直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备的制作方法
【专利摘要】一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，设置有电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置、调速器执行机构、特高压直流控制保护装置、实时仿真装置、接口交互装置和功率放大器；电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置通过接口交互装置和功率放大器采集所述实时仿真装置的控制观测量并将控制信息输入至实时仿真装置，特高压直流控制保护装置进行直流输电系统控制操作。本实用新型能够对大容量直流孤岛系统频率稳定性、电压稳定性、机网协调控制特性进行检测，缩短现场试验的周期，规避现场试验的风险，提高电力系统运行的安全稳定性，具有运行控制灵活、仿真结果精度高等特点。
【专利说明】直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统稳定性【技术领域】，特别是涉及一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备。
【背景技术】
[0002]随着大容量特高压直流输电系统的建成投产，其巨大的输电容量显著提高了电力系统的电力输送能力。特高压是指±800kV量级标准，然而，大容量特高压直流系统与交流系统并联运行时，直流部分将对交流电网主网架的稳定性带来较大影响，直流闭锁将导致交流系统线路越极限运行，出现系统阻尼水平低、系统暂态失稳等问题。为减少大容量特高压直流闭锁故障对电网安全稳定性方面的影响，大容量直流输电系统需要采用孤岛运行方式，即直流整流站与送端电源自成系统。
[0003]为了确保实际输电系统的稳定性，需要针对直流孤岛系统准确研究发电机组的控制特性、直流控制保护特性，尤其是需要能详细反映发电机组从负载到停机宽阔运行工况的调速控制特性。由于直流孤岛系统本身是个精密的小系统，和大系统相比，直流孤岛系统对仿真参数和模型偏差的容错性较弱。而现有技术中的仿真检测设备及检测方法不适用于直流孤岛系统。
[0004]因此，针对现有技术不足，提供一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备以克服现有技术不足甚为必要。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备及其检测方法，能够对大容量直流孤岛系统的控制特性进行研究，精确分析孤岛系统的稳定性。
[0006]本实用新型的上述目的通过如下技术手段实现。
[0007]—种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，设置有电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置、调速器执行机构、特高压直流控制保护装置、实时仿真装置、接口交互装置和功率放大器；
[0008]所述实时仿真装置的第一输出端与所述接口交互装置的第四输入端连接，所述接口交互装置的第三输出端与所述实时仿真装置的第一输入端连接，所述接口交互装置的第一输出端与所述功率放大器的第一输入端连接，所述功率放大器的第一输出端与所述电站监控装置的第一输入端连接，所述功率放大器的第二输出端与所述励磁控制装置的第二输入端连接，所述功率放大器的第三输出端与所述调速器电气调节装置的第二输入端连接，所述电站监控装置的第一输出端与所述调速器电气调节装置的第一输入端连接，所述电站监控装置的第二输出端与所述励磁控制装置的第一输入端连接，所述调速器电气调节装置的第一输出端与所述调速器执行机构的第一输入端连接，所述励磁控制装置的第一输出端与所述接口交互装置的第一输入端连接，所述调速器执行机构的第一输出端与所述接口交互装置的第二输入端连接，所述特高压直流控制保护装置的第一输出端与所述接口交互装置的第三输入端连接，所述接口交互装置的第二输出端与所述特高压直流控制保护装置的第一输入端连接；
[0009]所述电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置通过接口交互装置和功率放大器采集所述实时仿真装置的母线ABC三相电压瞬时值、定子ABC三相电流瞬时值、机组机端断路器合闸位置控制观测量并将控制信息输入至所述实时仿真装置，所述特高压直流控制保护装置进行直流输电系统控制操作。
[0010]上述电站监控装置、励磁控制装置和调速器电气调节装置进行系统级频率、电压稳定控制；所述调速器电气调节装置与调速器执行机构联合对发电机组的有功功率进行控制和对发电机组的频率进行调节；所述电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置、调速器执行机构整体对直流孤岛运行系统的发电机组进行控制；所述特高压直流控制保护装置实现对直流孤岛运行系统的控制。
[0011]上述实时仿真装置为RTDS仿真器。
[0012]上述实时仿真装置对大型水轮发电机组、直流输电系统以及相应交流输电线路进行实时仿真计算。
[0013]上述接口交互装置设置有用于DA信号送出的GTAO板卡、用于AD信号送入的GTAI板卡、用于开关量送出的GTDO板卡以及用于开关量送入的GTDI板卡。
[0014]上述功率放大器的型号为PA30B数字仿真功率放大器。
[0015]本实用新型的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，设置有电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置、调速器执行机构、特高压直流控制保护装置、实时仿真装置、接口交互装置和功率放大器；所述电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置通过接口交互装置和功率放大器采集所述实时仿真装置的控制观测量并将控制信息输入至所述实时仿真装置，所述特高压直流控制保护装置进行直流输电系统控制操作。能够对大容量直流孤岛系统的控制特性进行研究，精确分析孤岛系统的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]利用附图对本实用新型作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。
[0017]图1为本实用新型一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型电站监控装置的结构示意图。
[0019]图3为本实用新型发电机静止励磁控制装置的结构示意图。
[0020]图4为本实用新型发电机调速控制的结构示意图。
[0021]图5为本实用新型发电机调速器执行机构的结构示意图。
[0022]图6为本实用新型直流孤岛装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。
[0024]实施例1。
[0025]一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，如图1所示，设置有电站监控装置100、励磁控制装置200、调速器电气调节装置300、调速器执行机构400、特高压直流控制保护装置500、实时仿真装置600、接口交互装置700和功率放大器800。
[0026]实时仿真装置600的第一输出端611与接口交互装置700的第四输入端724连接，接口交互装置700的第三输出端713与所述实时仿真装置600的第一输入端621连接，所述接口交互装置700的第一输出端711与所述功率放大器800的第一输入端821连接，所述功率放大器800的第一输出端811与所述电站监控装置100的第一输入端121连接，所述功率放大器800的第二输出端与812所述励磁控制装置200的第二输入端222连接，所述功率放大器800的第三输出端813与所述调速器电气调节装置300的第二输入端322连接，所述电站监控装置100的第一输出端111与所述调速器电气调节装置300的第一输入端321连接，所述电站监控装置的第二输出端112与所述励磁控制装置200的第一输入端221连接，所述调速器电气调节装置300的第一输出端311与所述调速器执行机构400的第一输入端421连接，所述励磁控制装置200的第一输出端211与所述接口交互装置700的第一输入端721连接，所述调速器执行机构400的第一输出端411与所述接口交互装置700的第二输入端722连接，所述特高压直流控制保护装置500的第一输出端511与所述接口交互装置700的第三输入端723连接，所述接口交互装置700的第二输出端712与所述特高压直流控制保护装置500的第一输入端521连接。
[0027]电站监控装置100、励磁控制装置200、调速器电气调节装置300通过接口交互装置700和功率放大器800采集所述实时仿真装置600的控制观测量并将控制信息输入至所述实时仿真装置600，所述特高压直流控制保护装置500进行直流输电装置控制操作。
[0028]具体的，电站监控装置100、励磁控制装置200和调速器电气调节装置300进行系统级频率、电压稳定控制；调速器电气调节装置300与调速器执行机构400联合对发电机组的有功功率进行控制和对发电机组的频率进行调节；电站监控装置100、励磁控制装置200、调速器电气调节装置300、调速器执行机构400整体对直流孤岛运行装置的发电机组进行控制；特高压直流控制保护装置500实现对直流孤岛运行装置的控制。
[0029]该直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备包含了发电机组的励磁、调速控制以及全站的有功、无功调节控制、直流输电装置的控制保护，能够准确反映直流孤岛装置机组与直流装置间的相互作用、机组间的相互作用，能准确反映机组控制逻辑、直流控制保护逻辑动作的过程。故能够对大容量直流孤岛装置的控制特性进行研究，精确分析孤岛装置的稳定性。
[0030]实施例2。
[0031]一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其它结构与实施例1相同，不同之处在于，还具有如下技术特征:
[0032]实时仿真装置6OO 为 RTDS (Real Time Digital Simulat1n)仿真器。RTDS 电力装置实时仿真设备，由加拿大RTDS技术公司研制。全数字式实时仿真器由计算芯片RSCAD、计算处理器等硬件设备Rack等组成，包括配套的工作站或微机，可以连续和实时地进行电力装置的电磁暂态仿真研究。
[0033]实时仿真装置600对大型水轮发电机组、直流输电装置以及相应交流输电线路进行实时仿真计算。具体是对直流孤岛装置电源部分包括大型水轮发电机组六阶电路模型电磁暂态仿真计算、直流输电装置12脉动阀模型及直流线路电磁暂态仿真计算、交流输电线路行波模型电磁暂态仿真计算。
[0034]接口交互装置700为实时仿真装置600与电网控制保护装置连接的通讯交互装置，设置有用于DA信号送出的GTAO板卡、用于AD信号送入的GTAI板卡、用于开关量送出的GTDO板卡以及用于开关量送入的GTDI板卡。大型水轮发电机组的电站监控装置100、励磁控制装置200和调速器电气调节装置300采集发电机定子电流、机端电压、机端断路器分合闸位置等信号进行控制计算获得控制信号，控制装置将相应控制信号返回给实时仿真装置 600。
[0035]功率放大器800的型号为PA30B数字仿真功率放大器。
[0036]电站监控装置100由两面控制屏柜组成，包括1模件和CPU，实现AGC、AVC功能，按照一定算法完成对全站发电机组有功功率控制、频率调节，无功功率控制、电压调节。
[0037]其中，AGC按照与容量成比例原则控制，即公式(I)。
[0038]
E
D — D w ism(‘―I O ……μ、 ……
——^ --\ I ——Ij ^J /I /KLJm9
Ixx
I=I
[0039]式中，11为参加AGC调频控制的发电机数量；
[0040]Pnw.为参加AGC调频的Ilil台机组在当前水头下最大出力；
I'::
[0041 ] Y1 Ρ:.为参加AGC调频的所有机组在当前水头出力之和;
[0042]Pt为AGC分配到第纟台机组的有功功率指令。
I*
[0043]AVC按照自动电压控制原则控制机组无功，即如下公式(2)和(3)。
[0044]□按照调度给定全站总无功方式控制无功负荷分配:
_5] Qaw =Qsm-Qwii …… (2)；
[0046]式中,Qsa为全站无功设定值；
[0047]为不参加AVC控制机组所发无功之和；
[0048]□按照调度给定的母线电压值，对全站无功进行分配:
[_] Qa FC 二 Qset +W.KVnar — QlW……(3 );
[0050]式中，W为母线实际电压与给定电压偏差;
[0051]Krmf为母线电压在正常值范围内的调压系数。
[0052]大型水轮发电机组励磁控制系统200由一面屏柜组成，包括励磁调节与PSS，励磁控制器包含电压环AVR和励磁电流环ECR功能。
[0053]电压环AVR:控制目标量为发电机机端电压，运行时给定值可在允许范围内调整；
[0054]励磁电流环ECR:控制目标量为励磁电流，运行时的给定值可在10% JJN到110%
If O范围内调整(@为发电机额定励磁电流，#0为发电机空载励磁电流)。
[0055]调速器电气调节装置300真实反映发电机组调速器电气调节控制规律，由一面屏柜组成，包括采集发电机组机端电压、定子电流按照一定算法转换为一次调频控制、控制模式切换的发电机转速信号，换算为机组定功率控制的有功功率信号，作为调速器电气调节的开度控制、功率控制模式的输入信号。调速器电气调节装置300最终输出调门指令作为调速器执行机构的开度信号。
[0056]调速器执行机构400模拟机组的执行机构的副环、液压装置、水轮机、引水装置等环节，可以准确反映执行机构的死区、饱和、速度限制特性及分段关闭规律，可以实现从满载到停机宽阔运行范围的水力过渡过程、机械过渡过程特性仿真。调速器执行机构400最终输出发电机组的原动转矩，驱动机组转子旋转。
[0057]特高压直流控制保护装置500可以实现直流输电装置的正常启停控制、紧急停运控制、功率调节，可以实现直流输电装置阀单元、直流线路、接地极线路的保护模拟。
[0058]电站监控装置的结构示意图如图2所示，发电机静止励磁控制装置的结构示意图如图3所示,发电机调速控制的结构示意图如图4所示,发电机调速器执行机构的结构示意图如图5所示,直流孤岛装置的结构示意图如图6所示。
[0059]直流孤岛运行稳定性分析的闭环控制仿真试验平台包含了发电机组的励磁、调速控制以及全站的有功、无功调节控制、直流输电装置的控制保护，能够准确反映直流孤岛装置机组与直流装置间的相互作用、机组间的相互作用，能准确反映机组控制逻辑、直流控制保护逻辑动作的过程。能够对大容量直流孤岛装置的控制特性进行研究，精确分析孤岛装置的稳定性。
[0060]实施例3。
[0061]采用如上实施例1或2所述的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备进行检测，将实时仿真装置600通过接口交互装置700、功率放大器800大型水轮发电机组实际的控制装置连接，将实时仿真装置600通过接口交互装置700与大容量特高压直流控制保护装置500相连。
[0062]采用所述实时仿真装置600对大型水轮发电机组、直流输电装置以及相应交流输电线路进行实时仿真计算，控制装置采集实时仿真装置600的工况信号并进行计算处理获得控制信息，控制装置将相应的控制信息返回输送至实时仿真装置600。
[0063]特高压直流控制保护装置500实现对大容量特高压直流输电装置的控制操作。
[0064]大型水轮发电机组实际的控制装置包括电站监控装置100、励磁控制装置200、调速器电气调节装置300和调速器执行机构400。
[0065]电站监控装置100实现对包含多台大型水轮发电机组并列运行的发电厂进行自动发电控制以及自动电压控制，电站监控装置100的控制指令通过现场总线下发至励磁控制装置200和调速器电气调节装置300。
[0066]励磁控制装置200实现对大型水轮发电机组的励磁控制、电压调节，调速器电气调节装置300与调速器执行机构400联合实现对大型水轮发电机组调速控制，调速器电气调节装置300实现机端电压量测、机组转速换算、调速器电气调节控制模拟，并输出调门开度指令，调速器执行机构400实现对电站引水装置、水轮机、液压装置模拟，并输出发电机组的原动转矩。
[0067]本实用新型可以实现对大容量直流孤岛装置频率稳定性、电压稳定性、机网协调控制特性的检测研究，缩短现场试验的周期，规避现场试验的风险，提高电力装置运行的安全稳定性。具有运行控制灵活、仿真结果精度高等特点。
[0068]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其特征在于: 设置有电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置、调速器执行机构、特高压直流控制保护装置、实时仿真装置、接口交互装置和功率放大器； 所述实时仿真装置的第一输出端与所述接口交互装置的第四输入端连接，所述接口交互装置的第三输出端与所述实时仿真装置的第一输入端连接，所述接口交互装置的第一输出端与所述功率放大器的第一输入端连接，所述功率放大器的第一输出端与所述电站监控装置的第一输入端连接，所述功率放大器的第二输出端与所述励磁控制装置的第二输入端连接，所述功率放大器的第三输出端与所述调速器电气调节装置的第二输入端连接，所述电站监控装置的第一输出端与所述调速器电气调节装置的第一输入端连接，所述电站监控装置的第二输出端与所述励磁控制装置的第一输入端连接，所述调速器电气调节装置的第一输出端与所述调速器执行机构的第一输入端连接，所述励磁控制装置的第一输出端与所述接口交互装置的第一输入端连接，所述调速器执行机构的第一输出端与所述接口交互装置的第二输入端连接，所述特高压直流控制保护装置的第一输出端与所述接口交互装置的第三输入端连接，所述接口交互装置的第二输出端与所述特高压直流控制保护装置的第一输入端连接； 所述电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置通过接口交互装置和功率放大器采集所述实时仿真装置的控制观测量并将控制信息输入至所述实时仿真装置，所述特高压直流控制保护装置进行直流输电装置控制操作。
2.根据权利要求1所述的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其特征在于:所述电站监控装置、励磁控制装置和调速器电气调节装置进行系统级频率、电压稳定控制；所述调速器电气调节装置与调速器执行机构联合对发电机组的有功功率进行控制和对发电机组的频率进行调节；所述电站监控装置、励磁控制装置、调速器电气调节装置、调速器执行机构整体对直流孤岛运行系统的发电机组进行控制；所述特高压直流控制保护装置实现对直流孤岛运行系统的控制。
3.根据权利要求2所述的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其特征在于:所述实时仿真装置为RTDS仿真器。
4.根据权利要求3所述的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其特征在于:所述实时仿真装置对大型水轮发电机组、直流输电系统以及相应交流输电线路进行实时仿真计笪
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5.根据权利要求1或2所述的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其特征在于:所述接口交互装置设置有用于DA信号送出的GTAO板卡、用于AD信号送入的GTAI板卡、用于开关量送出的GTDO板卡以及用于开关量送入的GTDI板卡。
6.根据权利要求1或2所述的直流孤岛运行稳定性闭环仿真检测设备，其特征在于:所述功率放大器的型号为PA30B数字仿真功率放大器。
【文档编号】G05B23/02GK203930374SQ201420323558
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】李伟, 郭琦, 韩伟强, 黄立滨, 李书勇, 关红兵, 袁艺 申请人:中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心