本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于rtds的柔性直流輸電全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置。

背景技術(shù)：

用rtds/rtlab等實(shí)時(shí)仿真工具來(lái)模擬一次設(shè)備，接入真實(shí)的控制保護(hù)屏柜，形成的實(shí)施仿真平臺(tái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于直流輸電的建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)維各個(gè)階段。如圖1所示，采用rtds實(shí)時(shí)仿真設(shè)備來(lái)模擬柔性直流輸電主回路，接入閥控、極控、直流保護(hù)、站控與監(jiān)控裝置，構(gòu)成一套完整的含控制保護(hù)屏柜的rtds實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。廠家可以搭建該套系統(tǒng)完成設(shè)備出廠前試驗(yàn)，建設(shè)單位可以通過(guò)該系統(tǒng)完成設(shè)備驗(yàn)收，運(yùn)行單位可以借助該系統(tǒng)完成裝置級(jí)快速故障診斷，科研單位可以使用該系統(tǒng)開(kāi)展柔性直流技術(shù)研究。

以上仿真系統(tǒng)需要采購(gòu)專(zhuān)門(mén)的控制保護(hù)屏柜，整套系統(tǒng)造價(jià)昂貴。以南方電網(wǎng)牛從直流仿真平臺(tái)為例，整套控制保護(hù)屏柜造價(jià)約1000萬(wàn)元，配套的rtds造價(jià)約500萬(wàn)元。此外，整套系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作巨大，需要采購(gòu)備品備件板卡防止單個(gè)元件失效導(dǎo)致整套系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，需要定期檢修確保運(yùn)行正常，運(yùn)維工作復(fù)雜度可類(lèi)比換流站控制保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)。另外，利用該平臺(tái)開(kāi)展仿真試驗(yàn)涉及整套控制保護(hù)屏柜的啟停，仿真試驗(yàn)周期較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種基于rtds的柔性直流輸電全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置，以解決含控制保護(hù)屏柜的柔性直流輸電實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)造價(jià)昂貴、運(yùn)行維護(hù)困難的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案如下。

一種基于rtds的柔性直流輸電全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置，包括上位機(jī)區(qū)、rack區(qū)、閥控區(qū)和mmc換流閥區(qū)；

所述上位機(jī)區(qū)包括上位機(jī)，上位機(jī)上運(yùn)行rtds程序，通過(guò)rtdsruntime人機(jī)交互界面模擬柔性直流輸電的監(jiān)控系統(tǒng)，并執(zhí)行順控操作；

所述rack區(qū)包括gtwif板卡、3～6個(gè)pb5板卡和rack機(jī)箱，gtwif板卡和pb5板卡安裝在rack機(jī)箱上，通過(guò)rack機(jī)箱上的背板交換數(shù)據(jù)；gtwif板卡負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信；pb5板卡用于仿真模擬一次設(shè)備，并計(jì)算控制保護(hù)模塊，計(jì)算得到的調(diào)制波傳遞給所述閥控區(qū)，所述控制保護(hù)模塊是通過(guò)rtdscbuilder功能將現(xiàn)場(chǎng)控制保護(hù)的c語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)化為rtds模塊得到；

所述閥控區(qū)包括4個(gè)gtfpga板卡，并分別對(duì)應(yīng)整流側(cè)上橋臂閥控區(qū)、整流側(cè)下橋臂閥控區(qū)、逆變側(cè)上橋臂閥控區(qū)和逆變側(cè)下橋臂閥控區(qū)，所述閥控區(qū)接收所述rack區(qū)的調(diào)制波和所述mmc換流閥區(qū)的橋臂電流、mmc子模塊電容電壓，實(shí)現(xiàn)mmc子模塊排序均壓，最終生成每個(gè)mmc子模塊的導(dǎo)通/關(guān)斷信號(hào)，并傳遞給所述mmc換流閥區(qū)；

所述mmc換流閥區(qū)分為整流側(cè)和逆變側(cè)，整流側(cè)與逆變測(cè)均采用3個(gè)gtfpga板卡，每個(gè)gtfpga板卡模擬每相的上下橋臂，mmc換流閥接收所述rack區(qū)pb5板卡發(fā)送的調(diào)制波。

本發(fā)明基于rtds的柔性直流輸電全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置，通過(guò)對(duì)閥控和換流器極控制保護(hù)程序的模擬，能夠模擬柔性直流一次設(shè)備和控制保護(hù)邏輯，能夠構(gòu)成rtds全數(shù)字仿真系統(tǒng)，間接實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)測(cè)試，可發(fā)揮rtds實(shí)時(shí)仿真測(cè)試的優(yōu)勢(shì)；c語(yǔ)言可直接轉(zhuǎn)化為功能模塊，操作簡(jiǎn)單，不存在邏輯語(yǔ)言轉(zhuǎn)化問(wèn)題，操作簡(jiǎn)單方便，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為含控制保護(hù)屏柜的rtds實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)；

圖2為本發(fā)明基于rtds的柔性直流輸電全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的總體方案示意圖；

圖3為本發(fā)明基于rtds的柔性直流輸電全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置一個(gè)具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為解決含控制保護(hù)屏柜的柔性直流輸電實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)造價(jià)昂貴，運(yùn)行維護(hù)困難問(wèn)題，本專(zhuān)利申請(qǐng)利用rtds的pb5板卡和gtfpga板卡，搭建了一套柔性直流全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置。

總體技術(shù)方案如圖2所示，采用rtds的gtfpga+pb5處理器組合(類(lèi)似于cpu+fpga)的硬件方案，gtfpga是并行計(jì)算的，能夠模擬大規(guī)模電力電子器件。pb5是順序計(jì)算，可以完成節(jié)點(diǎn)運(yùn)算等復(fù)雜任務(wù)。用gtfpga模擬mmc換流閥，計(jì)算整流側(cè)與逆變側(cè)閥控模型(代替柔直整流側(cè)與逆變側(cè)閥控柜)。gtfpga運(yùn)算出子閥和閥控信息后，將計(jì)算結(jié)果傳遞給pb5處理器。pb5模擬計(jì)算換流閥以外的一次設(shè)備，計(jì)算換流器極控制保護(hù)模型(代替控制保護(hù)屏柜)，并求解節(jié)點(diǎn)方程?？刂票Ｗo(hù)模型是通過(guò)rtds自帶的cbuilder功能，將控制保護(hù)屏柜內(nèi)的c語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)化得到。

一種具體實(shí)現(xiàn)方式如圖3所示：連接線表示光纖，所有光纖均表示一對(duì)收發(fā)光纖；gtfpga表示1塊mmcsupportunit(模塊化多電平仿真支持硬件單元)板卡，其前面板有編號(hào)為#1～#8的上下兩排各四個(gè)光纖i/o口，用于gtfpga互聯(lián)；背面有一個(gè)光纖i/o口，用于和pb5通信。rtds換流閥模型為gm模型，最大支持512電平mmc換流閥仿真，rtds軟件采用v4.008版本。

1、上位機(jī)區(qū)：運(yùn)行rtds程序，在rtdsruntime頁(yè)面，模擬了監(jiān)控系統(tǒng)，可直接在上位機(jī)的rtds軟件中執(zhí)行順控操作。

2、rack區(qū)：1個(gè)rack最多支持6個(gè)pb5，具體需要多少pb5根據(jù)整個(gè)模型規(guī)模而定。rack區(qū)主要仿真模擬交流電網(wǎng)、斷路器、變壓器等一次設(shè)備，并計(jì)算控制保護(hù)模塊?？刂票Ｗo(hù)模塊通過(guò)rtdscbuilder功能將現(xiàn)場(chǎng)控制保護(hù)的c語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)化為rtds模塊得到。rack區(qū)計(jì)算得到的調(diào)制波傳遞給閥控區(qū)。

3、閥控區(qū)：用4個(gè)gtfpga模擬，使用的fpga固件為mmcctrl216，分為整流側(cè)上橋臂閥控區(qū)、整流側(cè)下橋臂閥控區(qū)、逆變測(cè)上橋臂閥控區(qū)、逆變測(cè)下橋臂閥控區(qū)。閥控區(qū)接收rack區(qū)的調(diào)制波和mmc換流閥區(qū)橋臂電流、子模塊電容電壓等信息，實(shí)現(xiàn)子模塊排序均壓，最終生成每個(gè)mmc子模塊的導(dǎo)通/關(guān)斷信號(hào)，傳遞給mmc換流閥區(qū)。

4、mmc換流閥區(qū)：整流側(cè)與逆變測(cè)均采用3個(gè)gtfpga，使用的fpga固件為mmcgmvalve508。每個(gè)gtfpga能夠模擬每相的上下橋臂，前面板光纖i/o口能夠輸出256電平信息，如果所模擬的mmc換流閥超過(guò)256電平，需要采用2組光纖。如圖3所示；mmc換流閥接收rack區(qū)pb5發(fā)送的調(diào)制波。

通過(guò)對(duì)閥控和換流器極控制保護(hù)程序的模擬，本申請(qǐng)?zhí)岢龅姆抡嫜b置能夠模擬柔性直流一次設(shè)備和控制保護(hù)邏輯，能夠構(gòu)成rtds全數(shù)字仿真系統(tǒng)，間接實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)測(cè)試，可發(fā)揮rtds實(shí)時(shí)仿真測(cè)試的優(yōu)勢(shì)；c語(yǔ)言可直接轉(zhuǎn)化為功能模塊，操作簡(jiǎn)單，不存在邏輯語(yǔ)言轉(zhuǎn)化問(wèn)題，操作簡(jiǎn)單方便，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。除此之外，本申請(qǐng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、節(jié)省了控制保護(hù)屏柜、mmc閥控屏柜、運(yùn)行人員工作站，大大減少了仿真設(shè)備，降低了仿真平臺(tái)建設(shè)成本，同時(shí)有滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)仿真計(jì)算的要求；

2、仿真平臺(tái)設(shè)備的減少，大大降低了運(yùn)行維護(hù)的工作量；

3、減少了仿真工作周期，提高了仿真效率；

4、由于除rtds外為純軟件，因此可以各個(gè)仿真平臺(tái)共用一套仿真硬件，降低了仿真硬件成本。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。