专利名称：一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台的制作方法
技术领域：
一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台
技术领域：
本实用新型涉及一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台。
背景技术：
随着电力市场化和电力负荷的不断增长，以及对电力系统的安全性更加重视， 以大功率电力电子器件为基础的灵活交流输电技术(FACTS)已经成为人们研究的热点。 FACTS装置可以灵活快速的控制系统，可以有效地提高输电容量，增强系统稳定，提高系统 的可靠性和安全性，因此对FACTS设备的建模与相关仿真研究一直是电力系统数字仿真所 关注的问题之一。灵活交流输电系统(Flexible AC Transmission System,FACTS)的概念是由美国 电力科学研究院的Hingorani博士于1986年首先提出的。FACTS的基本内涵是基于采用现 代大功率电力电子技术构成的各种FACTS设备，结合先进的控制理论和计算机信息处理技 术等，实现对交流输电网运行参数和变量(如电压、相角、阻抗、潮流等)更加快速、连续和 频繁的调节，进而达到提高输电系统运行效率、稳定性和可靠性的目的。国外对于FACTS的研制应用进展较快，从六十年代早期就开始应用静止无功补偿 器(Static Var Compensator，SVC)，第一台输电用SVC由通用电气公司制造，于1977年在 美国Tri-Mate GT系统投运，主要用于电压控制；1978年，在美国电力研究院(EI3RI)的支 持下，西屋电气公司制造的用于电压及稳定控制的SVC安装在美国明尼苏达州的动力与照 明系统。目前SVC已在全世界得到了广泛应用。在国内FACTS的发展总体上相对滞后。对 SVC的研究与应用始于70年代末，目前在广东江门、湖北凤凰山等500kV变电站有数台SVC 运行，在钢铁企业中也有较多的应用。在实际的SVC工程项目中，系统规划、控制策略设计和整体测试是基本的先决条 件。在规划和设计阶段主要依靠功能强大的非实时计算机仿真软件，而完整地实施SVC项 目还需要在设备安装、投运之前则利用仿真系统对所设计的实际设备进行测试，以验证其 控制和保护系统的性能是否满足设计要求。目前国际上的研究趋势都是采用混合实时仿真器，它是电力电子装置与计算机模 拟元件相结合，利用先进的仿真技术，完成对SVC控制器的动态测试，以往难以做到的实时 测试，现在都能比较容易地实现。近年来，基于全数字实时仿真系统的控制保护装置闭环试验平台逐渐得到应用， 该平台采用数字仿真方法模拟实际电力系统，通过数字-物理仿真接口将SVC控制器接入 仿真系统，从而对SVC装置进行闭环试验。和基于动态模拟实验室的闭环试验相比，该平台 投资较小，建模和试验简单灵活，得到了较快发展，如国内外一些单位基于RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真装置)已经建立了 SVC装置闭环试验平台，但是此类平 台可以模拟电网规模有限，无法适应我国大电网互联背景的SVC动态试验要求。我国电网近年来发展迅速，SVC装置不断应用，寻找一种有效的SVC控制器动态试 验平台，具有较好的扩展性和兼容性，可以模拟大规模电力系统，并精确实现SVC控制器的闭环动态试验研究，是亟待解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验 平台，能够通过对数字量和模拟量的精确转换，实现将电力系统静态无功补偿系统控制器 接入数字仿真系统进行动态闭环试验。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，包括工作终端、计算单 元、物理接口装置、功率放大器、SVC控制器和辅助试验设备；所述工作终端、计算单元、物 理接口装置、功率放大器依次连接；所述功率放大器、SVC控制器和辅助试验设备之间两两 连接。所述计算单元采用计算服务器机群组成。所述功率放大器包括一组线性电压电流功率放大器单元。SVC装置的主电路包括并联的FC支路和TCR支路。所述FC支路包括并联的第一 FC支路和第二 FC支路。所述SVC装置还包括和所述FC支路并联的滤波器组支路。所述滤波器组支路包括1组5次谐波滤波器和1组7次谐波滤波器。所述辅助试验设备由录波、分析、记录仪表组成。相对于现有技术，本实用新型具有以下优点(1)计算单元通过数值计算方式实现对大型电力系统的精确模拟，并通过物理接 口装置接入各种实际控制保护装置，开展大电网背景下的控制保护装置闭环试验；(2)物理接口装置可以输入输出常规电力系统元件的各个参数，没有特别的限制， 可灵活用于不同类型控制保护装置的闭环试验研究。由于本实用新型的电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台通过计算 单元对大规模电力系统的运行状况进行精确的模拟，并实现了与实际控制保护装置的Al、 AO、DI, DO等接口，从而接入SVC控制器进行闭环试验，提供了一种新的电力系统静态无功 补偿系统控制器的动态试验平台。因此，本实用新型可以进行数字模型搭建的大规模电力 系统背景下的实际SVC装置闭环试验，适用于电力系统静态无功补偿系统控制器的研制和 试验过程。
图1是本实用新型的电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台的示意 图；图2是电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台工作原理示意图；图3是SVC模型一次主接线电路图；图4是SVC控制器工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述。
4[0028]图1是本实用新型电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台的示意图， 表示了试验平台中各组成部分之间的连接关系。如图1所示，本实用新型的电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台主 要包括工作终端10，计算单元20，物理接口装置30，功率放大器40，SVC控制器50，辅助试 验设备60。工作终端10，在本试验平台中担当数字电力系统的搭建者，用户通过工作终端10 实现电力系统的搭建、参数输入以及对试验参数的设置，并将相关数据及设定提交到计算 单元20，并从计算单元20接收试验反馈结果。实际试验中用户可以通过工作终端10在仿 真的电网任意地点、任意多处设置接入实际SVC控制器接口，实现将需要的控制点电压信 号和安装点电压流信号输入到SVC控制器，将SVC控制器输出的TCR支路晶闸管触发信号 和FC支路开关投切信号反馈回数字仿真系统，即实现将实际的电力系统静态无功补偿系 统SVC控制器接入数字电网的实际效果。当仿真任务结束后，工作终端10接收计算结果， 并可对仿真结果进行统计处理，如搜索某些电气量的极值、形成不同形式的对比图表等，以 便于分析各种参数变化对仿真结果的影响。仿真系统允许多个工作终端10同时提交不同 的计算任务和接收结果。计算单元20，主要负责接受工作终端10上传的计算任务，模拟整个电力系统的运 行过程，并按照物理接口装置设置将相应的电气量或开关量通过物理接口装置30的AI和 DI通道传送给功率放大器40或者SVC控制器50。计算单元20由控制节点和计算节点群组 成，其中计算节点群是一组相互独立、通过高速网络互联的机群服务器节点，并通过调度服 务器加以管理，它可充分利用机群中每个计算节点的资源，实现复杂电力系统情况的模拟。物理接口装置30，作为仿真系统生成的数字量和实际控制保护装置需要物理量的 交换枢纽，通过物理装置的接口模块，A/D(D/A)板卡、I/O板卡等，在试验过程中，为SVC控 制器提供并发送其所需的SVC控制点三相电压和SVC安装点三相电压六个模拟量信号，并 接收和处理控制SVC控制器所输出TCR支路晶闸管投切控制量信号和FC支路开关投切信 号。功率放大器40，包含一组线性电压电流功率放大器单元，用于将物理装置接口 30 输出的电压量线性放大，得到和SVC控制器50输入需要相匹配的电压电流量，其中电压电 流的放大倍数是可以在功率放大器中选定的。SVC控制器50是本动态试验平台的被测对象，其输入来自如果功率放大器40的输 出，其输出的整流桥控制脉冲将通过物理接口装置30转换为数字量输入数字电力系统并 由计算单元20带入后续计算过程。通过将SVC控制器接入数字电力系统，可以模拟并检验 其在系统中的实际效果。试验辅助设备60，用于人工监视和记录功率放大器40和SVC控制器50的电气量， 保存记录试验数据等。使试验中监控的电气量不但可以从工作终端10中进行监视和管理， 还可以形成实际的电压电流量通过试验仪表记录下来，方便时候的分析和研究。本实用新型的电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台的硬件具体连 接方式为工作终端10和计算单元20、计算单元20和物理接口装置30分别通过千兆以太 网连接，物理接口装置30和功率放大器40通过专用屏蔽信号线连接，功率放大器40、实际 控制保护装置50和辅助试验设备60之间通过专用信号线连接。[0037]图2是电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台工作原理示意图。如图2所示，SVC控制器的动态试验平台的硬件组成包括工作终端、计算单元、物 理接口装置、功率放大器、SVC控制器，录波仪等。利用工作终端搭建数字电力系统模型，其中SVC数学模型的电路接线图如图3所 示，该SVC装置的主电路由FC支路和TCR支路并联组成。具体包括4个支路1个TCR支 路、2个FC支路、1个由1组5次谐波滤波器和1组7次谐波滤波器组成的滤波器组支路。 由于阀的导通关断，SVC会产生谐波电流，因此为降低SVC对系统的谐波污染，SVC中还应设 有滤波器。对基波而言，滤波器呈容性，即向系统注入无功功率。滤波器支路是由滤波电容 器、电抗器和电阻器适当组合而成，它们是单调谐滤波器。在对称条件下，将TCR支路接成 三角形，可消除支路产生的3次谐波电流，故TCR支路主要产生的是5次和7次谐波电流， 因此SVC装置运行时TCR和滤波器支路必须闭合，同时接入20kV系统，TCR发出的谐波电 流才能被滤波器吸收，不致流入500kV和220kV系统。根据调控需要，TCR支路通过晶闸管 触发调节，FC支路通过高压开关自动投退。图4给出了实际的SVC系统控制器工作原理示意图，由工作终端和计算单元组成 的仿真装置与SVC控制器的接口信号分为两类，一是输出的系统运行参量，包括SVC装置控 制点的三相母线电压，和SVC装设点的三相母线电压信号；二是输入的开关量，即SVC装置 TCR支路晶闸管触发信号和FC支路开关的投切信号。这里，输入输出都是针对仿真装置而 言的。SVC控制器将根据实际接收到的控制点母线电压和装设点母线电压，通过测量单元、 电压调节单元、分配单元和触发单元，形成TCR支路晶闸管触发信号和FC支路开关的投切 信号，反馈回仿真装置，来控制SVC数学模型的相关元件动作。为便于描述，我们约定用户在仿真试验中需要将六个电压变量ul、u2、u3、u4、u5、 u6从仿真装置输出到SVC控制器，需要将SVC控制器发出的六个开关控制信号反馈回仿真 装置。为实现上述功能，用户需要在工作终端的程序中设定好将六个电压变量ul、u2、u3、 u4、u5、u6从物理接口装置的AO板卡通道输出到SVC控制器，并通过物理接口装置的DI板 卡通道采集SVC控制器发出的脉冲控制信号返回给仿真系统。并根据仿真软件中的参数设 定将物理接口装置功能板卡相应的通道通过屏蔽信号线接到SVC控制器中，为了达到SVC 控制器要求电压输入，在AO板卡中经过A/D转换得到的模拟量电压u需要先经过功率放大 器线性放大得到U’后输入到SVC控制器中。在仿真过程中，计算单元进行仿真计算，并在每一时步将需要输出的数据ul、u2、 u3、u4、u5、u6通过千兆以太网发送给物理接口装置的主控板，主控板再将数据经过功能板 的AO通道输出，经过放大后传递给SVC控制器；同时功能板采集DI通道的数据并发给主控 板，主控板将数据通过千兆以太网上传至计算单元。这样，计算单元中通过数字方式模拟的 电力系统就和实际SVC控制器形成了闭环，从而可以对实际的SVC控制器进行闭环试验。
权利要求1.一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征在于，包括工作终 端(10)、计算单元(20)、物理接口装置(30)、功率放大器00)、SVC控制器(50)和辅助试 验设备(60)；所述工作终端(10)、计算单元(20)、物理接口装置(30)、功率放大器00)依 次连接；所述功率放大器GO)、SVC控制器(50)和辅助试验设备(60)之间两两连接。
2.如权利要求1所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征 在于，所述计算单元O0)采用计算服务器机群组成。
3.如权利要求1所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征 在于，所述功率放大器GO)包括一组线性电压电流功率放大器单元。
4.如权利要求1所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征 在于，SVC装置(50)的主电路包括并联的FC支路和TCR支路。
5.如权利要求4所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征 在于，所述FC支路包括并联的第一 FC支路和第二 FC支路。
6.如权利要求4或5所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其 特征在于，所述SVC装置(50)还包括和所述FC支路并联的滤波器组支路。
7.如权利要求6所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征 在于，所述滤波器组支路包括1组5次谐波滤波器和1组7次谐波滤波器。
8.如权利要求1所述一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，其特征 在于，所述辅助试验设备(60)由录波、分析、记录仪表组成。
专利摘要本实用新型涉及一种电力系统静态无功补偿系统控制器的动态试验平台，包括工作终端、计算单元、物理接口装置、功率放大器、SVC控制器和辅助试验设备；所述工作终端、计算单元、物理接口装置、功率放大器依次连接；所述功率放大器、SVC控制器和辅助试验设备之间两两连接。本实用新型试验平台通过计算单元对大规模电力系统的运行状况进行精确的模拟，并实现了与实际控制保护装置的AI、AO、DI、DO等接口，从而接入SVC控制器进行闭环试验；本实用新型可以进行数字模型搭建的大规模电力系统背景下的实际SVC装置闭环试验，适用于电力系统静态无功补偿系统控制器的研制和试验过程。
文档编号G05B23/02GK201859348SQ20102060679
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者于广亮, 孙丽香, 孙强, 张星, 徐得超, 施荣, 李亚搂, 李刚, 王峰, 田芳 申请人:中国电力科学研究院, 西北电网有限公司