海上风电经vsc-mtdc输电并网系统的动态模拟系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海上风电经VSC-MTDC(多端柔性直流)输电并网系统的动态模拟系统。
【背景技术】
[0002]在化石能源供应紧张和环境污染日益加剧的多重压力下，风能等可再生能源发电得以迅速地发展，尤其是大规模近海风电场的开发已经成为了国际上风能利用的大趋势。
[0003]然而，由于海上风电场远离海岸，且海边的电网大多为网架末端，海边电网较为虚弱，因此，海上风电并网对所连接的电网稳定性和电能质量等产生了很大的影响。同时，由于交流电缆受过大容性电流的限制，无法实现这些海上风电场的远距离供电。基于以上两种因素，VSC-MTDC输电方式成为了大型海上风电场并网的最佳方式，因此其相关研究受到了广泛的关注。专利号为201110308466.4的中国专利海上风电经柔性直流输电并网系统的动模装置”，公开了一种海上风电经柔性直流输电并网系统的动模专利，该专利给出了并网系统的主电路和控制电路设计方法。专利号为201220206525.7的中国专利:“海上风电场并网的轻型直流输电系统”，公开了一种轻型直流输电系统设计方案，该专利给出了一种大容量的换流站主电路设计方案。专利号为200810038541.8的中国专利:“海上风电柔性直流输电变流器控制系统”，公开了一种换流站的控制系统，该专利给出了不依赖于通信的整流站和换流站的控制策略涉及方法。以上专利及现有技术存在的缺陷是:
[0004]1.201110308466.4中国专利仅给出了海上风电经两端柔性直流输电系统的动模装置，没有提出多端柔性直流输电并网系统动模装置的设计方案，没有涉及到多端柔性直流输电并网系统的直流电压控制和优化控制。
[0005]2.201220206525.7中国专利仅给出了一种由移相变压器及多个功率单元直流侧输出端级联构成的大容量换流器的主电路设计方案，是一种两端柔性直流输电系统的主电路设计，没有涉及到多端柔性直流输电系统的主电路和控制系统设计。
[0006]3.200810038541.8中国专利仅给出了海上风电经两端柔性直流输电系统换流站的控制策略，没有涉及到实时通信在控制过程中的应用，没有涉及到多端柔性直流输电系统的控制系统设计。
[0007]为了实现用于海上风电并网时VSC-MTDC输电系统运行与控制策略的研究，需要在实验室环境下建立其动态模拟系统。
【发明内容】
[0008]本发明为了解决上述问题，提出了海上风电经VSC-MTDC输电并网系统的动态模拟系统，本装置可以为海上风电经VSC-MTDC输电并网系统的系统方案、控制系统设计、控制策略研究、动态响应特性分析提供一个可靠方便的研究平台，为系统工程开发和调试提供一个良好的测试环境。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]—种海上风电经VSC-MTDC输电并网系统的动态模拟系统，包括运行调度中心、换流站、海上风电场、直流网络和交流网络，其中:
[0011]所述运行调度中心设置有中央监控系统，用于负责海上风电经VSC-MTDC输电并网系统的实时监视与控制；
[0012]所述换流站，包括风电场换流站和网侧换流站，均设有监控系统，包括换流站监控主站、监控终端、数据采集终端、站内GPS时钟模块以及站内网络，所述换流站监控主站用于换流站内所有设备的实时监测与控制，实时上传状态信息至中央监控系统并接收中央监控系统下发的指令；所述监控终端可通过数据采集电路采集换流站的实时状态信息，通过固态开关监控电路实时地监测、控制固态开关，通过全控型半导体开关器件的监控电路来实现开关器件的监测与控制，通过其通信模块可实时上传状态信息并接收换流站监控主站的下发指令；所述数据采集终端用于实时地采集换流站的交、直流电气量状态信息；所述站内GPS时钟模块用于换流站监控系统的精确定时，所述站内网络负责实现换流站监控计算机与监控终端、数据采集终端间的通信；
[0013]所述海上风电场包括若干台风机模拟装置，且接入换流站的交流侧母线；
[0014]所述直流网络采用直流线路构成相应的辐射状或环状网络结构，所述交流母线与无穷大电源或普通电网、发电机、变压器、线路以及综合负荷相连。
[0015]所述中央监控系统设备有前置数据服务器、数据服务器、应用程序服务器、SCADA服务器、工作站、集中显示屏以及通信网络，其中:
[0016]所述前置数据服务器，用于监控数据的预处理、筛选和格式化；
[0017]所述数据服务器，用于数据的储存和管理；
[0018]所述应用程序服务器，用于储存和运行应用程序；
[0019]所述SCADA服务器，用于实现并网系统的实时监视与控制；
[0020]所述工作站是人机交互的硬件设备，作为进行监视和控制的工作平台；
[0021]所述通信网络，用于实现运行调度中心内部各设备间、与换流站监控系统间的数据传输与交互。
[0022]所述风电场换流站包括主电路和监控系统，其中，主电路包括交流母线，交流母线上连接有正极、负极系统，正极、负极系统结构对称，均包括换流变压器、限流电阻、交流电抗器、电压源型换流器、直流电容器、直流线路、接地极、电压互感器、电流互感器和固态开关，换流变压器连接交流母线，交流母线连接换流变压器，换流变压器的另一侧连接限流电阻，限流电阻串联交流电抗器，交流电抗器连接电压源型换流器，电压源型换流器并联有直流电容器，直流电容器一端连接电压互感器和直流线路，另一侧与另一个直流电容器相连。
[0023]所述风电机组采用鼠笼式异步风电机组、双馈感应风电机组或永磁直驱同步风电机组中的一种或几种。
[0024]所述风机模拟装置中采用直流调速机模拟海上风电机组的原动机，所述风机模拟装置具备独立的监控系统，并预留有接口与换流站监控系统进行信息交互。
[0025]所述中央监控系统采用客户端/服务器的架构，包括实时监测模块、控制模块、辅助决策模块、故障录波与分析模块、通信模块以及外部接口模块，其中:
[0026]所述实时监测模块，用于负责实时地收集、监视与显示各换流站及其交流侧电网的状态信息和运行信息，并负责非正常运行设备、故障设备的告警；
[0027]所述控制模块，接收电力系统调度中心发出的控制指令，实现VSC-MTDC输电并网系统的启停控制、换流站控制模式的选择、换流站控制指令值计算、紧急控制和辅助控制；
[0028]所述辅助决策模块，利用离线计算和在线计算两种手段，结合相应电网分析理论，实现直流系统运行状态的计算和预测、系统静态稳定性分析、系统暂态稳定性分析、系统可靠性评估和系统安全性评估；
[0029]所述故障录波与分析模块，用于记录各换流站上传的所有数据信息，并进行数据回放、故障分析、故障诊断和打印报表；
[0030]所述通信模块，用于显示直流系统各层次网络的运行状态，并提供自检、调试与测试；
[0031]所述外部接口模块包括人机接口和开放接口，人机接口用于管理员访问、程序调试以及程序错误处理的系统软件维护工作，开放接口用于为高级应用程序访问中央监控系统提供统一规范的接口。
[0032]所述换流站的监控系统，包括实时监测模块、控制模块、故障录波与分析模块以及通信模块，其中:
[0033]所述实时监测模块用于实时地监测风电场换流站的换流器、阀组、冷却系统、通信系统的运行状态以及其他附属设备运行状态；
[0034]所述风电场实时监测模块能够接收风