[发明专利]一种高压直流输电系统控制与保护算法验证平台

说明书

技术领域    

    本发明涉及一种高压直流输电系统控制与保护算法验证平台，属电力系统控制与仿真技术领域。

背景技术    

基于晶闸管的高压直流输电系统（HVDC）在我们国家远距离、大容量的输电中发挥着非常重要的作用，比如长江中上游的水电站发出来的电能很大部分是通过高压直流输电系统输送到华东的负荷中心。基于晶闸管的高压直流输电系统虽已经在实际系统中运行，但由于HVDC本身是一个很强的非线性系统，同时它与交流系统之间的相互影响的机理也非常复杂，关于它的控制与保护始终是电力系统研究的热点。

传统的纯数值仿真的研究方法来验证高压直流的控制与保护方案往往不够有说服力，希望能在一个更接近实际设备运行情况的条件下测试与验证高压直流的控制保护策略与参数整定。但实际系统中的高压直流输电系统的控保（控制与保护）装置价格一般都很昂贵，同时内部的控制算法一般都不开放，不便于进行控制与保护算法研究。另外，由于实际的电力系统为了安全和稳定的考虑，往往都不允许接入设备进行试验。因此传统一般都是通过动模试验的方法来验证无功补偿控制器， 即通过微缩的小功率物理原型来验证控制器。但这样的方法主要的问题是局限在改变系统的参数和拓扑非常不方便，小功率物理原型系统的规模一般也比较小，同时做各种短路故障试验也比较危险。

发明内容    

本发明的目的是，为了能在一个更接近实际设备运行情况的条件下测试与验证高压直流的控制保护策略与参数整定，本发明提出一种高压直流输电系统控制与保护算法验证平台。

实现本发明的技术方案是，本发明一种高压直流输电系统控制与保护算法验证平台由电力系统实时仿真器、仿真工作站、PXI工业计算机和PXI上位机组成。

本发明中的电力系统实时仿真器，用于模拟实际的高压直流输电系统。

本发明中的仿真器工作站，用于高压直流输电系统模型的搭建和仿真任务在各服务器间的分配，其通过网络与服务器群通信。

本发明中的PXI工业计算机，用于模拟真实的高压直流输电系统中的控制保护装置。

电力系统实时仿真器与仿真工作站互连；PXI工业计算机和PXI上位机互连；电力系统实时仿真器的模拟输出端连接PXI工业计算机的模拟输入端，电力系统实时仿真器的数字输入端连接PXI工业计算机的数字输出端。

本发明的电力系统实时仿真器，由多个计算机服务器组成，其中一个服务器负责物理接口，与I/O板卡通过总线互联；服务器之间通过高速的网络连接。因为其是由多个高性能的服务器构成，具有强大的并行运算能力，能够灵活的进行各种规模的系统仿真，同微缩的物理原型系统相比，数值仿真也便于测试包括故障在内的各种工况。

本发明的PXI是由PXI联盟定义的一种工业计算机，主要由三个部分组成：带高速背板总线的机箱，CPU模块，各种I/O板卡。PXI可以运行实时操作系统，其实时操作系统的定时精度可以达到1微秒；PXI的CPU模块上的多核CPU，具有强大的计算能力，使得其可以实时运行直流输电系统控制与保护策略；同时PXI的实时操作系统支持多线程多任务操作，使其在运行高优先级的控制保护算法时，还可以有一个低优先级的通信线程和上位机通过以太网进行通信，这样可以非常便于算法的实时调参，系统的状态监测。

本发明的电力系统实时仿真器，用于模拟实际的高压直流输电系统；多个服务器间通过高速网络连接。

本发明的仿真器工作站负责高压直流输电系统模型的搭建和仿真任务在各服务器间的分配，其通过网络与服务器群通信。

本发明的PXI工业计算机，用来模拟真实的高压直流输电系统中的控制保护装置，PXI计算机主要由带高速背板总线的机箱，CPU模块，I/O板卡构成；PXI工业计算机和仿真器间通过I/O板卡进行真实的物理信号交换而构成闭环系统。

本发明的有益效果是，本发明平台利用实时仿真器来代替微缩的小功率实际高压直流输电系统，克服了实际物理难以改变系统的参数和拓扑结构以及做短路故障试验的危险性的局限。该平台选用PXI工业计算机为高压直流控制与保护算法的实现平台，来代替昂贵的直流控制保护装置；同时PXI工业计算机具有易于开发算法、在线调参等优点。该平台在高压直流输电系统控制与保护算法验证与参数整定中能起到非常重要的作用。

附图说明

图1为高压直流输电系统控制与保护算法验证平台框图；

图2为高压直流输电系统拓扑图；

图3为高压直流输电系统控制与保护策略框图；