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1、(10)申请公布号 CN 103439967 A (43)申请公布日 2013.12.11 CN 103439967 A *CN103439967A* (21)申请号 201310373654.4 (22)申请日 2013.08.23 G05B 23/02(2006.01) (71)申请人 南方电网科学研究院有限责任公司 地址 510080 广东省广州市越秀区东风东水 均岗 6 号粤电大厦西塔 1603 申请人 南京南瑞继保电气有限公司 (72)发明人 饶宏 田杰 黎小林 李岩 李钢 董云龙 王珂 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 许方 (54) 发明名。
2、称 一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验 系统 (57) 摘要 本发明公开一种柔性直流输电控制保护系统 的闭环试验系统， 包括实时数字仿真器和基于模 块化多电平的柔性直流输电装置的控制保护设 备， 所述实时数字仿真器的交流电压及电流信号 输出端与控制保护设备的交流模拟量输入端连 接， 直流电压及电流信号输出端与直流模拟量输 入端连接 ； 实时数字仿真器的开关状态信号输出 端连接控制保护设备的开关量输入端连接， 而控 制保护设备的开关分合命令信号输出端连接实时 数字仿真器的开关量输入端。此系统具有简单灵 活的特点， 可方便快速地实现对整个基于模块化 多电平的柔性直流输电实际控制保护系统装置的 。
3、测试。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103439967 A CN 103439967 A *CN103439967A* 1/1 页 2 1. 一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统， 其特征在于 ： 包括实时数字仿真 器和基于模块化多电平的柔性直流输电装置的控制保护设备， 所述实时数字仿真器的交流 电压及电流信号输出端采用小电压信号直接与控制保护设备的交流模拟量输入端连接， 实 时数字仿真器的直流电压及电流信号输出端与控制。
4、保护设备的直流模拟量输入端连接 ； 实 时数字仿真器的开关状态信号输出端连接控制保护设备的开关量输入端连接， 而控制保护 设备的开关分合命令信号输出端连接实时数字仿真器的开关量输入端 ； 实时数字仿真器模 拟输出的基于模块化多电平的柔性直流换流阀子模块电容电压和子模块故障状态与控制 保护设备的换流阀控制设备的每个子模块输入端相连， 而控制保护设备的阀控制设备脉冲 信号与实时数字仿真器的脉冲输入端相连。 2. 如权利要求 1 所述的一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统， 其特征在 于 ： 所述实时数字仿真器采用 RTDS 或 RT-LAB 实时仿真装置。 权 利 要 求 书 CN 1034。
5、39967 A 2 1/4 页 3 一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统 技术领域 0001 本发明属于电力电子技术领域， 特别涉及一种基于模块化多电平的柔性直流输电 控制保护系统的闭环试验系统。 背景技术 0002 随着电力电子器件和控制技术的进步， 柔性直流容量和电压等级越来越高。基于 模块化多电平的柔性直流输电因其易于实现新能源并网、 黑启动、 功率反转、 构建多端直流 系统等诸多优点， 而越来越得到广泛应用。 0003 基于模块化多电平的柔性直流输电装置在研发及功能测试阶段需要模拟现场情 况作闭环试验， 以调整与验证控制系统的稳态和动态性能。闭环试验常用的方法构建物 理原型机， 。
6、构建物理原型机的方法是将换流阀等一次系统设备按照一定的容量比例进行缩 小， 并按照实际拓扑结构搭建成小容量的动态模拟试验系统， 并通过接口设备与实际控制 保护设备连接形成闭环系统来完成各种动态试验。 0004 基于模块化多电平的柔性直流输电控制保护系统装置的试验具有以下特点 ： 0005 （1） 基于模块化多电平的柔性直流输电装置根据各站的实际情况单独计算与设计 换流阀等一次设备的参数， 每套基于模块化多电平的柔性直流输电装置的设备参数和换流 阀子模块个数均不相同 ； 0006 （2） 基于模块化多电平的柔性直流输电装置模型较为复杂， 随着容量的上升， 子模 块数越来越来， 导致搭建动模系统造。
7、价越来越高 ； 0007 （3） 基于模块化多电平的柔性直流输电用于多端基于模块化多电平的柔性直流输 电和新能源 （例如风电接入） 接入， 通过搭建原型机完整模拟整个系统试验几乎无法实现。 0008 由于以上原因， 采用动态模型测试方法对基于模块化多电平的柔性直流输电的控 制保护系统进行功能及动态性能测试显得非常不经济， 并且变动动态模型设备及参数的施 工周期较长， 对整个柔性直流系统进行完整模拟往往不能实现。 目前， 对基于模块化多电平 柔性直流输电控制保护进行测试， 主要依靠离线仿真进行模拟， 但离线仿真的调度系统、 执 行周期、 运行参数等不能准备模拟实际控制保护设备， 不能准确模拟控制。
8、保护系统的稳态 和动态性能， 不能很好地指导实践。 目前， 基于模块化多电平柔性直流输电实际控制保护装 置还未有较好的测试方式。 随着数字处理技术、 数字信号技术和并行计算技术等的发展， 利 用实时仿真设备， 与基于模块化多电平柔性直流输电控制保护设备构成闭环测试系统， 使 对实际控制保护设备进行稳态和动态性能进行测试成为一种可能。 本案即是基于此种考虑 而产生。 发明内容 0009 本发明的目的， 在于提供一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统， 其具 有简单灵活的特点， 可方便快速地实现对整个基于模块化多电平的柔性直流输电实际控制 保护系统装置的测试。 说 明 书 CN 1034399。
9、67 A 3 2/4 页 4 0010 为了达成上述目的， 本发明的解决方案是 ： 0011 一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统， 包括实时数字仿真器和基于模 块化多电平的柔性直流输电装置的控制保护设备， 所述实时数字仿真器的交流电压及电流 信号输出端采用小电压信号直接与控制保护设备的交流模拟量输入端连接， 实时数字仿真 器的直流电压及电流信号输出端与控制保护设备的直流模拟量输入端连接 ； 实时数字仿真 器的开关状态信号输出端连接控制保护设备的开关量输入端连接， 而控制保护设备的开关 分合命令信号输出端连接实时数字仿真器的开关量输入端 ； 实时数字仿真器模拟输出的基 于模块化多电平的柔。
10、性直流换流阀子模块电容电压和子模块故障状态与控制保护设备的 换流阀控制设备的每个子模块输入端相连， 而控制保护设备的阀控制设备脉冲信号与实时 数字仿真器的脉冲输入端相连。 0012 上述实时数字仿真器采用 RTDS 或 RT-LAB 实时仿真装置。 0013 采用上述方案后， 本发明通过实时仿真设备构建柔性直流输电控制保护系统闭环 试验系统， 将改变以前电力电子装置靠搭建原型机予以物理验证的单一技术手段， 克服物 理原型机验证周期长、 成本高和缺乏灵活性的缺点， 为基于可关断器件电力电子控制保护 装置提供较为全面的试验验证。 本发明的实施将实现对基于模块化多电平柔性直流输电形 成较为完整闭环测。
11、试验证， 从而缩短工程的开发、 设计和建设周期， 减少工程成本。基于模 块化多电平柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统由实时数字仿真器和控制保护设 备构成。通过选择合适的数字模型元件， 根据实际工程拓扑结构并输入相应的参数即可构 建成适合特定工程需要的数字模型， 将各电力设备对应的数字模型按照实际拓扑结构进行 连接， 就形成了一次系统模型程序。利用数字仿真器配套的编译软件将模型程序进行编译 后， 下载到数字仿真器的处理器板卡中进行运算。数字仿真器的硬件部分通常还包括了接 口板卡。接口板卡一边通过电缆或光纤与处理器板卡相连接， 另一边通过电缆与控制保护 设备相连接， 完成数字仿真器与实际控制保。
12、护设备的接口。 0014 本发明由于采用实时数字仿真器与基于模块化多电平的柔性直流输电控制保护 构成闭环系统的结构， 可方便、 快速地修改一次设备的参数及拓扑结构， 满足不同基于模块 化多电平的柔性直流输电工程的试验需求 ； 同时通过实时仿真器搭建基于模块化多电平的 柔性直流输电控制保护系统闭环系统试验系统， 能够实现对大型和多端基于模块化多电平 的柔性直流输电系统控制保护系统进行测试。 附图说明 0015 图 1 是基于模块化多电平的柔性直流输电相关一次系统的拓扑结构示意图 （以两 端基于模块化多电平的柔性直流输电系统为例说明） ； 0016 图 2 是基于模块化多电平换流器拓扑结构及子模块。
13、拓扑结构 ； 0017 图 3 是基于模块化多电平的柔性直流输电相关一次系统数字模块搭建的示意图 ； 0018 图 4 是本发明实时数字闭环试验系统的结构示意图。 具体实施方式 0019 以下将结合附图， 对本发明的技术方案进行详细说明。 0020 如图 4 所示， 本发明提供一种柔性直流输电控制保护系统的闭环试验系统， 包括 说 明 书 CN 103439967 A 4 3/4 页 5 实时数字仿真器和基于模块化多电平的柔性直流输电装置的控制保护设备， 所述实时数 字仿真器与基于模块化多电平的柔性直流输电装置的控制保护设备连接， 形成闭环试验系 统。 0021 所述实时数字仿真器的交流电压及。
14、电流信号输出端采用小电压信号直接与控制 保护设备的交流模拟量输入端连接， 实时数字仿真器的直流电压及电流信号输出端与控制 保护设备的直流模拟量输入端连接 ； 实时数字仿真器的开关状态信号输出端连接控制保护 设备的开关量输入端连接， 而控制保护设备的开关分合命令信号输出端连接实时数字仿真 器的开关量输入端 ； 实时数字仿真器模拟输出的基于模块化多电平的柔性直流换流阀子模 块电容电压和子模块故障状态与控制保护设备的换流阀控制设备的每个子模块输入端相 连， 而控制保护设备的阀控制设备脉冲信号与实时数字仿真器的脉冲输入端相连。 0022 在本实施例中， 实时数字仿真器采用 RTDS 或 RT-LAB 。
15、实时仿真装置。 0023 本发明在实施时， 包括如下步骤 ： 0024 1） 根据基于模块化多电平的柔性直流输电装置的一次系统设备拓扑及参数和交 流系统参数， 建立基于模块化多电平的柔性直流输电相关一次系统数字仿真模型 ； 0025 2） 利用实时数字仿真器的配套建模软件， 建立基于模块化多电平的柔性直流输电 相关一次系统数字仿真模型的数字试验程序 ； 0026 3） 利用实时数字仿真器配套的程序编译软件将数字试验程序编译， 并下载到实时 数字仿真器上运行 ； 0027 4） 实时数字仿真器模拟的交流电压及电流、 直流电压及电流、 开关状态和开关分 合命令通过电缆实现实时数字仿真设备与实际控制。
16、保护系统相连， 实时数字仿真器模拟的 换流阀内部模拟量输出、 故障输出和脉冲输入通过电缆或光缆与实际控制保护设备相连， 构建闭环仿真系统， 从而实现对基于模块化多电平的柔性直流输电控制保护系统的功能和 动态性能进行详细测试。 0028 本发明基于模块化多电平的柔性直流输电相关的一次系统主要设备包括风力发 电厂、 交流等值系统、 发电机、 换流变压器、 基于模块化多电平的柔性直流输电换流阀、 交流 线路和直流线路， 另外还包括交流和直流侧的断路器、 隔离刀闸、 接地刀闸， 其两端拓扑结 构如图 1 所示， 其中包含了若干电压、 电流的测量量 ： 换流阀变交流系统侧母线电压电流、 换流阀阀侧电压电。
17、流、 各桥臂电流、 直流电压电流等。 0029 本发明根据拓扑结构及一次设备的参数搭建的柔性直流相关一次系统的数字仿 真模型如图 1 所示， 根据换流站交流侧拓扑结构及接线方式， 如图 1 所示的与站 1 相连的风 电场、 变压器 T1、 交流开关 Q1、 变压器 T2 等， 在数字仿真器配套建模软件搭建根据拓扑结 构及参数搭建交流系统仿真模型 ； 根据换流阀电抗器、 换流阀拓扑结构， 其具体拓扑结构如 图 2 所示， 电容值、 半控型器件等组成桥臂电抗器和换流阀等设备的参数， 在数字仿真配套 建模软件通过模型元件搭建换流阀及桥臂电抗仿真模型 ； 根据换流站直流侧线路的接线方 式、 线缆类型、。
18、 线缆长度、 高度等实际参数， 在数字仿真配套建模软件通过模型元件搭建直 流线路模型。 按照实际拓扑结构， 将上述各数字模型进行相互连接， 完成基于模块化多电平 的柔性直流输电相关一次系统数字模型。其一次模型搭建示意图如图 3 所示。 0030 本发明接口的实施方案如图 4 所示， 实时数字仿真器中柔性直流相关一次系统数 字模型运算得到的换流变系统侧交流电压、 换流变阀侧交流电压、 电流经过实时数字仿真 说 明 书 CN 103439967 A 5 4/4 页 6 器的模拟量板卡直接送往控制保护设备 ； 换流阀直流侧电压、 电流、 桥臂电流等电压电流信 号经过实时数字仿真器的模拟量输出板卡直接。
19、送往控制保护设备的直流模拟量输入板卡 进行采样 ； 交流侧断路器和直流侧隔离开关的位置状态等开关状态通过仿真器的开关量输 出板直接送往控制保护设备的开关量输入板卡， 控制保护设备对交流侧断路器和直流策略 隔离刀闸等的开关分合命令由控制保护设备的开关量输出板直接送往实时仿真器的开关 量输入板卡 ； 实时数字仿真器模拟输出的基于模块化多电平的柔性直流输电换流阀子模块 电容电压和子模块故障状态通过协议方式， 例如 AURORA 协议或千兆以太网协议直接与控 制保护设备的阀控制设备相连， 控制保护设备阀控制设备经过一系列运算后， 触发脉冲信 号通过协议方式直接与实时数字仿真设备相连， 完成对数字仿真模型中换流阀触发的精确 控制。 0031 通过上述方式， 基于模块化多电平的柔性直流输电实际控制保护实现了对实时数 字仿真模型的精确控制， 完成对控制保护设备的功能性测试和动态性能测试。 0032 以上实施例仅为说明本发明的技术思想， 不能以此限定本发明的保护范围， 凡是 按照本发明提出的技术思想， 在技术方案基础上所做的任何改动， 均落入本发明保护范围 之内。 说 明 书 CN 103439967 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103439967 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103439967 A 8 。