[发明专利]基于模块化多电平换流器的柔性直流输电半实物仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，特别涉及基于模块化多电平换流器的柔性直流输电半实物仿真系统。

背景技术

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术（Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current，简称“MMC-HVDC”或“MMC”）是电压源换流器高压直流输电（Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current，简称“VSC-HVDC”）在多电平领域的一个重要分支，而模块化多电平换流器是最近几年兴起的一种崭新的适用于高压柔性直流输电技术领域的换流器，它的出现打破了原有的两电平拓扑独占柔性直流市场的局面，增加了柔性直流应用的可选方案。模块化多电平的每一个桥臂均有相同数量的子模块与桥臂电抗串联而成，通过控制子模块的投入和退出，使输出地电压逼近正弦交流电压，从而形成稳定的工作点，同时，通过同一相单元上下桥臂投入电容的互补，形成稳定的直流电压，这样就实现了系统的稳定运行。

由于高压直流输电系统设备数量庞大，系统复杂，控制保护装置功能繁多、逻辑复杂，如果将设计的设备直接投入操作，将会有许多不必要的成本浪费和材料浪费，布局不合理，同时，还有可能引起安全问题。因此，目前一般先通过半实物仿真测试MMC-HVDC的控制保护装置，待确定控制保护装置的控制保护策略正确之后才正式投入工程应用中。

MMC-HVDC可分为伪双极MMC-HVDC和完全双极MMC-HVDC两种，其系统结构分别如图1、图2所示。与伪双极MMC-HVDC系统相比，完全双极MMC-HVDC系统的主要优势表现在：

（1）直流线路绝缘水平大大降低，在同样的额定直流电压下，比伪双极MMC-HVDC系统绝缘水平低得多。

（2）易于系统分期建设和增容扩建，先投运单极再投运双极，有利于早日发挥投资效益。

（3）能够适合不同电压等级、不同容量的柔性直流输电系统。

（4）可在双极平衡、双极不平衡、单极大地回线、单极金属回线等方式下运行，运行方式灵活多样。

鉴于完全双极MMC-HVDC具有以上优良特性，现在已有规划中的多电平VSC-HVDC采用如图2所示的完全双极MMC-HVDC系统结构。但是，由于目前已运行的MMC-HDVC系统容量比较小，因此，目前的MMC-HVDC控制保护策略和系统运行特性的研究，主要是基于伪双极MMC-HVDC系统的，目前的各种MMC-HVDC半实物仿真测试系统也主要是基于伪双极MMC-HVDC系统的。

此外，RT-LAB是一种可以实现实时电力系统电磁暂态仿真的并行计算机系统，可以将其结果输出，与实际设备连接构成灵活方便的半实物仿真回路，用于各种控制保护装置的试验。基于RT-LAB的伪双极MMC-HVDC系统的半实物仿真测试已经用于实际工程的试验；而基于RT-LAB的完全双极MMC-HVDC系统的半实物仿真测试方法至今未见相关专利或文献报道。因此，设计一种基于RT-LAB的完全双极MMC-HVDC系统的半实物仿真测试方法以及RT-LAB与外部控制保护装置的接口显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电半实物仿真系统，使得完全双极MMC-HVDC系统的半实物仿真可以应用于实际工程试验，从而使对控制保护装置的测试更接近实际应用。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电半实物仿真系统，包含：至少一个现场可编程门阵列FPGA仿真机、数字仿真主机、输入输出IO扩展机箱和外设互联扩展总线PCIe交换机；

所述FPGA仿真机用于实现整流站双极阀控及阀体模型或逆变站双极阀控及阀体模型的实时仿真；

所述数字仿真主机用于实现MMC-HVDC系统中交直流系统的实时仿真；

所述IO扩展机箱用于连接MMC-HVDC控制保护柜；

所述数字仿真主机、所述FPGA仿真机以及所述IO扩展机箱通过所述PCIe交换机互联。