交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，包括模拟交直流并联电网运行特性的实时数字仿真器、对所述实时数字仿真器输出的线路状态量与线路保护装置输出的电平信号进行模数转换的模数转换接口板卡和功率放大器，所述实时数字仿真器与所述模数转换接口板卡双向连接，所述功率放大器的输入端连接所述模数转换接口板卡，所述功率放大器的输出端连接所述线路保护装置的输入端，所述线路保护装置的输出端连接所述模数转换接口板卡。通过实施上述系统能够详细模拟交直流并联电网的电磁暂态特性以及线路保护装置的实际响应，对真实的电网线路的继电保护情况进行模拟，从而为继电保护的动作判断提供了有效的技术手段。
【专利说明】
交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力系统仿真技术领域，特别是涉及一种交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统。【背景技术】
[0002]电力系统在运行过程中，往往可能发生各种故障和存在非正常运行状态，例如各种形式的短路、过负荷等，一旦发生故障，为防止事故的扩大和避免故障设备继续遭受破坏，必须迅速地、有选择性地从电力系统中切除故障设备，以保障电力系统中其他非故障部分的正常运行，而要在极短的时间内切除故障设备，只有借助于继电保护装置才能实现，因此继电保护装置的可靠性、选择性、灵敏性和速动性对于保障电力系统的安全正常运行尤为重要。目前，电网工作人员往往只能在电力系统发生故障之后才能对继电保护装置的性能如动作是否正确等有比较清晰的认识，而对于其他没有发生故障的电网线路而言，则无法判断出继电保护装置在电力设备发生故障时的动作行为是否正确，因此目前对于继电保护装置的动作准确性的判断仍缺乏有效的技术手段，不利于保障电力系统的安全正常运行。
[0003]此外，目前电网向着超高压、大容量、远距离的交直流并联运行发展，技术复杂性越来越高，直流系统将对落点附近的交流系统带来网架结构以及电网运行特性等方面的重大影响。一般情况下，直流故障、交流侧故障引起直流换相失败后，交流侧电气特性特别是线路潮流将发生突变，交直流相互作用耦合紧密，同时考虑直流落点附近的交流系统结构不同对交直流相互影响的程度也有很大区别，因此如何对换流站落点附近的线路保护进分析、验证其在各种故障下的动作行为是否正确，对于本领域技术人员而言是一个亟需解决的问题。【实用新型内容】
[0004]基于此，有必要针对现有技术中无法对交直流并联电网中没有发生故障的继电保护装置的动作准确性进行有效判断的问题，提供一种交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，该实时仿真系统能够详细模拟交直流并联电网的电磁暂态特性以及线路保护装置的实际响应，是一种适用面广、实用性强、精度高的线路继电保护仿真系统。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采取如下的技术方案:
[0006]—种交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，所述系统包括模拟交直流并联电网运行特性的实时数字仿真器、对所述实时数字仿真器输出的线路状态量与线路保护装置输出的电平信号进行模数转换的模数转换接口板卡和功率放大器，
[0007]所述实时数字仿真器与所述模数转换接口板卡双向连接，
[0008]所述功率放大器的输入端连接所述模数转换接口板卡，所述功率放大器的输出端连接所述线路保护装置的输入端，[〇〇〇9]所述线路保护装置的输出端连接所述模数转换接口板卡。
[0010]上述交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统基于实时数字仿真器、模数转换接口板卡、功率放大器以及被测试的线路保护装置之间的连接，通过将实时数字仿真器模拟交直流并联电网运行特性而生成的测试线路保护装置的线路状态量经模数转换接口板卡和功率放大器发送至被测试的线路保护装置，为被测试的线路保护装置提供模拟的动作条件，使得被测试的线路保护装置在实时数字仿真器模拟的各种故障下作出相应的动作， 并将开出的电平信号经模数转换接口板卡反馈至实时数字仿真器，从而实现实时数字仿真器对被测试的线路保护装置的动作是否准确的判断，因此本实用新型所提出的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统能够基于实时数字仿真器、模数转换接口板卡、功率放大器与线路保护装置之间的结构关系而实现对线路保护装置的实际响应的仿真分析，为线路保护装置的继电保护动作的分析判断提供了有效的技术手段，具有适用面广、实用性强的特点。【附图说明】
[0011]图1为本实用新型其中一个实施例中交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统的结构示意图。【具体实施方式】
[0012]下面将结合附图及较佳实时例对本实用新型的技术方案进行详细描述。
[0013]在其中一个实施例中，参见图1所示，一种交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，该系统包括模拟交直流并联电网运行特性的实时数字仿真器100、对实时数字仿真器输出的线路状态量与线路保护装置输出的电平信号进行模数转换的模数转换接口板卡200 和功率放大器300，实时数字仿真器100与模数转换接口板卡200双向连接，功率放大器300 的输入端连接模数转换接口板卡200,功率放大器300的输出端连接线路保护装置400的输入端，线路保护装置400的输出端连接模数转换接口板卡200。下面对本实施例中的各个组成部分进行详细介绍:
[0014]实时数字仿真器100根据对交直流并联电网运行特性的模拟生成测试线路保护装置400的线路状态量，例如实时数字仿真器100通过建立电网模型来模拟交直流并联电网的运行特性等，得到用于测试线路保护装置400的线路状态量，该线路状态量包括线路保护装置400所在线路的三相电压、电流等状态量，实时数字仿真器100与模数转换接口板卡200连接，并通过模数转换接口板卡200将线路状态量输出至功率放大器300;[〇〇15]功率放大器300的输入端与模数转换接口板卡200连接，输出端与线路保护装置 400的输入端连接，功率放大器300接收经过模数转换接口板卡200转换后的线路状态量，对接收到的线路状态量进行比例放大，得到包括电压、电流二次值的比例放大后的线路状态量，并将比例放大后的线路状态量发送至线路保护装置400;
[0016]线路保护装置400的输出端连接模数转换接口板卡200,线路保护装置400根据功率放大器300发送的比例放大后的线路状态量开出相应的电平信号，并经模数转换接口板卡200将模数转换的电平信号反馈至实时数字仿真器100,实时数字仿真器100对接收到的、 线路保护装置400反馈的电平信号进行仿真分析，得到关于线路保护装置400的仿真结果。
[0017]在本实施例中，模数转换接口板卡200用于对实时数字仿真器100输出的线路状态量和线路保护装置400反馈的电平信号进行转换，具体地，模数转换接口板卡200包括模拟量输入板卡GTA1、模拟量输出板卡GTAO、数字量输入板卡GTDI和数字量输出板卡GTDO。
[0018]本实施例所提出的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统基于实时数字仿真器、模数转换接口板卡、功率放大器以及被测试的线路保护装置之间的连接，通过将实时数字仿真器模拟交直流并联电网运行特性而生成的测试线路保护装置的线路状态量经模数转换接口板卡和功率放大器发送至被测试的线路保护装置，为被测试的线路保护装置提供模拟的动作条件，使得被测试的线路保护装置在实时数字仿真器模拟的各种故障下作出相应的动作，并将开出的电平信号经模数转换接口板卡反馈至实时数字仿真器，从而实现实时数字仿真器对被测试的线路保护装置的动作是否准确的判断，因此本实用新型所提出的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统能够基于实时数字仿真器、模数转换接口板卡、功率放大器与线路保护装置之间的结构关系而实现对线路保护装置的实际响应的仿真分析，为线路保护装置的继电保护动作的分析判断提供了有效的技术手段，具有适用面广、 实用性强的特点，对于保障交直流并联电网的正常运行具有重要意义。
[0019]作为一种具体的实施方式，交直流并联电网包括直流系统和交流系统，直流系统的直流落点与交流系统通过换流母线连接。
[0020]作为一种具体的实施方式，电网线路继电保护实时仿真系统还包括模拟交直流并联电网中直流系统的二次控制保护的直流输电控制保护装置，该直流输电控制保护装置经模数转换接口板卡与实时数字仿真器闭环连接。此外，本实施方式中的直流输电控制保护装置可以为高压直流控制保护装置、特高压直流控制保护装置或者柔性直流控制保护装置中的任意一种或任意组合。
[0021]作为一种具体的实施方式，线路保护装置所在的线路为与直流系统逆变侧换流母线强耦合的交流架空线路，即本实施方式中被测试的线路保护装置所在的线路是直流落点附近且电气距离短的交流架空线路。对于交直流并联电网而言，直流系统对直流落点附近的交流系统的网架结构和电网运行特性的影响十分重大，一般情况下，直流故障、交流侧故障引起直流换相失败后，交流侧电气特性，特别是线路潮流将发生改变，同时考虑到直流落点附近的交流系统结构的不同对于交直流相互影响的程度也有很大区别，因此，对于直流落点附近的交流系统中线路继电保护的仿真分析具有切合实际的意义，本实用新型所提出的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统能够对交直流并联电网中直流落点附近的线路保护进行实时仿真测试，验证直流落点附近的线路保护在各种故障下的动作行为是否正确，对如何避免线路保护装置的误动具有重要意义。
[0022]目前，线路保护装置多种多样，作为一种具体的实施方式，本实施方式中的被测试的线路保护装置为基于纵联距离保护原理、纵联方向保护原理、纵联零序保护原理中任意一种或者其组合的超高压线路主保护。具体地，线路保护装置可以为超高压线路成套保护装置PCS-901或者超高压线路成套保护装置PCS-902中的任意一种或者上述两种的组合。 [〇〇23] 作为一种具体的实施方式，实时数字仿真器为RTDS(Real Time Digital Simulator，RTDS)。实时数字仿真一般基于实时数字仿真器完成，实时数字仿真器的配套建模软件中提供了包含各种非线性电力电子元件在内的电力元件电磁暂态数学模型，能够详细的模拟直流输电系统电磁暂态特性，同时实时数字仿真器能够通过接口板卡闭环连接直流控制保护装置与交流保护装置，具有真实反映系统实际控制保护特性的优势。目前，实时数字仿真器包括ADPSS、HYPERS頂、RTDS等，其中RTDS是一种发展成熟、应用范围最广、技术先进的仿真器，具有仿真速度快，可以实时输出仿真结果的特点，而且不但可以用于电力系统的仿真分析研究，还可以提供电力系统一次设备、各类控制系统及各种电力系统自动化设备实时数字仿真试验的闭环试验环境，是一套专门用来对电力系统电磁暂态过程进行全数字模拟的计算机装置，因此本实施方式采用RTDS作为实时数字仿真器对电网线路保护装置进行仿真测试，能够有效提高仿真测试的速度，优化对线路继电保护的仿真模拟效果。
[0024]下面将结合电网线路继电保护实时仿真系统的接口设计方法对本实用新型进行进一步的说明，具体的，在接口设计方法中，主要包括以下步骤:
[0025](1)根据仿真需求，确定被测试的线路保护装置，包括确定被测试的线路保护装置的保护原理、定值整定以及开入、开出；
[0026](2)根据所确定的被测试的线路保护装置的开入、开出，选择正确的数模转换接口板卡；[〇〇27](3)确定被测试的线路保护装置所在的线路，模拟该线路的电压、电流等状态量，并结合功率放大器的比例放大倍数设计正确的模数转换接口板卡的转换比例系数；[〇〇28] (4)RTDS根据所确定的线路，建立线路保护装置开出的电平信号与线路开关的关联控制模型，该关联控制模型用于RTDS模拟控制线路开关的关断；
[0029](5)闭环连接实时数字仿真器与被测试的线路保护装置；
[0030](6)利用实时数字仿真器配套程序编译软件，将仿真系统编译并下载到实时数字仿真器中运行。
[0031]本实用新型的仿真系统主要基于控制保护装置硬件在环仿真技术，构建含直流控制保护装置、线路保护装置的实时仿真系统，可以用于分析研究高压直流输电落点对附近线路保护的影响。
[0032]以上所述实时例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实时例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0033]以上所述实时例仅表达了本实用新型的几种实时方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其特征在于，包括模拟交直流并 联电网运行特性的实时数字仿真器、对所述实时数字仿真器输出的线路状态量与线路保护 装置输出的电平信号进行模数转换的模数转换接口板卡和功率放大器，所述实时数字仿真器与所述模数转换接口板卡双向连接，所述功率放大器的输入端连接所述模数转换接口板卡，所述功率放大器的输出端连接 所述线路保护装置的输入端，所述线路保护装置的输出端连接所述模数转换接口板卡。2.根据权利要求1所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其特征在于， 所述交直流并联电网包括直流系统和交流系统，所述直流系统的直流落点与所述交流系统通过换流母线连接。3.根据权利要求2所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其特征在于，还 包括模拟所述直流系统的二次控制保护的直流输电控制保护装置，所述直流输电控制保护装置经所述模数转换接口板卡与所述实时数字仿真器闭环连接。4.根据权利要求3所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其特征在于， 所述直流输电控制保护装置为高压直流控制保护装置、特高压直流控制保护装置或者柔性直流控制保护装置中的任意一种或任意组合。5.根据权利要求2至4中任一项所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其 特征在于，所述线路保护装置所在的线路为与所述直流系统逆变侧换流母线强耦合的交流架空 线路。6.根据权利要求1至4中任一项所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其 特征在于，所述线路保护装置为基于纵联距离保护原理、纵联方向保护原理、纵联零序保护原理 中任意一种或者其组合的超高压线路主保护。7.根据权利要求1至4中任一项所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其 特征在于，所述线路保护装置为超高压线路成套保护装置PCS-901或者超高压线路成套保护装置 PCS-902中的任意一种或者组合。8.根据权利要求1至4中任一项所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其 特征在于，所述模数转换接口板卡包括模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡和数 字量输出板卡。9.根据权利要求1至4中任一项所述的交直流并联电网线路继电保护实时仿真系统，其 特征在于，所述实时数字仿真器为RTDS。
【文档编号】G05B17/02GK205608420SQ201620433601
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】孙志媛, 廖梦君, 郭琦, 胡斌江, 王晓明, 朱益华
【申请人】广西电网有限责任公司电力科学研究院, 南方电网科学研究院有限责任公司