專利名稱：一種用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置。
背景技術(shù)：
自1卯4年瑞典哥特蘭的世界上第一項高壓直流輸電工程投運以來，高壓直流輸電技術(shù)已隨著電力電子技術(shù)的突飛猛進而飛速發(fā)展，它在長距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)等方面有獨特優(yōu)點，已作為高壓交流輸電技術(shù)的有力補充而在全世界廣泛應(yīng)用。其主要優(yōu)點為提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴大，電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷增大。所需電網(wǎng)電壓等級越高，緊湊型輸電的效果越好；提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性。輸電電壓越高，輸送單位容量的價格越低；節(jié)省線路走廊。一般來說，一回1150kV輸電線路可代替6回500kV 線路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。我國幅員遼闊，西電東送、南北互供的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略使高壓直流輸電技術(shù)大有用武之地，目前我國已經(jīng)投運多個直流系統(tǒng)。高壓直流輸電作為新興的技術(shù)，目前在我國還處于剛起步的階段，在實際運行中難免會出現(xiàn)很多不可預(yù)計的故障，導(dǎo)致單極閉鎖、換相失敗等較為嚴重的后果。根據(jù)有關(guān)電力生產(chǎn)單位現(xiàn)有的培訓(xùn)設(shè)施和條件，目前對參與直流運行的工作人員培訓(xùn)的方法基本都在課堂進行，主要是理論體系的培訓(xùn)。到需要用相應(yīng)儀器設(shè)備實際操作時，缺少能夠很好地模擬現(xiàn)場實際的動模實驗裝置，即便是到運行現(xiàn)場實際操作，除了對安全運行帶來隱患外也未必能提高處理應(yīng)急故障的水平。這顯然不能達到專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，用于直流運行人員的崗前培訓(xùn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，它在動模實驗室中搭建直流輸電系統(tǒng)的主電路與控制保護電路，并在該平臺上設(shè)置上位機與控制保護電路連接，上位機還通過監(jiān)測電路與主電路連接；其中，所述直流輸電系統(tǒng)的主電路包括整流側(cè)電路和逆變側(cè)電路，所述整流側(cè)電路的交流母線I與動模實驗室的整流側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，即外部市網(wǎng)相連，交流電壓大小為380V，模擬實際中的380kV的交流電壓；逆變側(cè)電路的交流母線II與動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，即與動模網(wǎng)相連，交流電壓為1000V，模擬實際中的500kV電網(wǎng)交流電壓；所述上位機通過控制保護電路在逆變側(cè)電路的動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)和直流輸電系統(tǒng)主電路上進行動作，在上面不同位置設(shè)置故障， 并收集逆變側(cè)電路兩端的交流電壓與電流和直流電壓、電流、觸發(fā)角參數(shù)，并進行數(shù)據(jù)信號的分析，完成對逆變側(cè)電路的交流端發(fā)生故障的瞬時直流動態(tài)響應(yīng)的模擬。所述整流側(cè)電路包括整流側(cè)等值交流電網(wǎng)，它與交流母線I連接，在交流母線I上并聯(lián)有若干個換流變壓器I，各換流變壓器I與一個相應(yīng)的換流閥I連接，各換流閥I串接，串接的換流閥I間通過隔離開關(guān)I與中性點接地電阻I連接后接地；同時串接的換流閥I 兩端還分別通過平波電抗器I、直流輸電線路電阻與逆變側(cè)電路的平波電抗器II串接；同時交流母線I還與工作線路I連接，在工作線路I上并聯(lián)若干個補償電容I、若干組交流濾波器I ；所述逆變側(cè)電路的交流母線II與逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，交流母線II上并聯(lián)若干個換流變壓器II，各換流變壓器II與一個相應(yīng)的換流閥II連接，各換流閥II串接， 串接的換流閥II間通過隔離開關(guān)II與中性點接地電阻II連接后接地；同時串接的換流閥 II兩端還分別通過平波電抗器II、直流輸電線路電阻與整流側(cè)電路的平波電抗器I串接； 同時交流母線II還與工作線路II連接，在工作線路II上并聯(lián)若干個補償電容II、若干組交流濾波器II ；所述各隔離開關(guān)、各換流閥、各電壓互感器和電流互感器均與控制保護電路連接。
所述控制保護電路包括一個DSP控制電路，它與通過網(wǎng)口與上位機連接；DSP控制器還通過一個A/D采樣模塊、一個信號調(diào)理電路、與一個傳感器和互感器模塊連接，該傳感器和互感器模塊設(shè)置在主電路；同時，DSP控制器還與各隔離開關(guān)連接，而且DSP控制器還通過CPLD電路、晶閘管驅(qū)動電路與各換流閥連接。所述監(jiān)測電路包括一個數(shù)據(jù)采集卡、一個信號調(diào)理電路、一個傳感器和互感器模塊，該數(shù)據(jù)采集卡與上位機連接和信號調(diào)理電路連接，信號調(diào)理電路通過傳感器和互感器模塊與主電路連接。控制保護電路和監(jiān)控電路構(gòu)造圖如圖2所示。本發(fā)明中，搭建了直流輸電系統(tǒng)的主電路與控制保護電路，并在該平臺上實現(xiàn)其控制保護系統(tǒng)，通過設(shè)置各種故障(如單相接地故障等)，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與底層控制器收集交直流系統(tǒng)各變量的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)口通信輸出到監(jiān)控機，并利用上位機應(yīng)用軟件編程進行數(shù)據(jù)信號的分析，供培訓(xùn)人員學(xué)習(xí)和參考。直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)電路的交流母線與動模實驗室的外部市網(wǎng)相連，交流電壓大小為380V，模擬的實際中的380kV的交流電壓。該側(cè)在實驗中屬于固定側(cè)，裝置是事先調(diào)整好不進行動作的。直流輸電系統(tǒng)的逆變側(cè)電路的交流母線與動模實驗室的動模網(wǎng)相連，一般交流電壓為1000V，模擬的實際中的500kV電網(wǎng)交流電壓。在動模實驗室操作是在逆變側(cè)動模網(wǎng)和直流系統(tǒng)上進行動作，在上面不同位置設(shè)置故障，通過在不同位置設(shè)置故障，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與底層控制器輸出交流系統(tǒng)的電壓與電流和直流系統(tǒng)的電壓、電流、觸發(fā)角等參數(shù)到監(jiān)控機，并利用上位機應(yīng)用軟件編程進行數(shù)據(jù)信號的分析，使實驗人員對逆變側(cè)交流端發(fā)生故障的瞬時直流動態(tài)響應(yīng)有更深的認識，提高了運行人員在現(xiàn)場實際操作時遇見緊急故障的判斷能力和處理能力。上位機能夠?qū)崿F(xiàn)對整個系統(tǒng)狀態(tài)的實時監(jiān)視與控制。DSP控制器控制產(chǎn)生整流器和逆變器的觸發(fā)脈沖，以及控制開關(guān)動作，并把有關(guān)運行信息反饋給上位機。本發(fā)明的有益效果是它可以在非電力生產(chǎn)現(xiàn)場有限的場地內(nèi)模擬研究直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)特性，解決了直流輸電系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)沒有相應(yīng)設(shè)備儀器實際操作的難題， 提高了受訓(xùn)人員在實際操作中的綜合分析、判斷解決各類故障的技能。


圖1為直流輸電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)(主電路和控制保護系統(tǒng))；圖2為控制保護系統(tǒng)電路圖。其中，1.整流側(cè)等值交流電網(wǎng)，2.交流母線I，3.換流變壓器I，4.換流閥I，5.隔離開關(guān)I，6.平波電抗器I，7.中性母線接地極1，8補償電容I，9.交流濾波器I，10.直流輸電線電阻，11.逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)，12.交流母線II，13.換流變壓器II，14.換流閥II， 15.隔離開關(guān)II，16.平波電抗器II，17.逆變側(cè)中性母線接地極，18.補償電容II，19.交流濾波器II，20.電流互感器，21.電壓互感器，22.控制保護系統(tǒng)，23.上位機，24.網(wǎng)口， 25. DSP控制器，26. A/D模塊，27.信號調(diào)理電路I，28.傳感器與互感器模塊I，29. CPLD電路，30.晶閘管驅(qū)動電路，31.數(shù)據(jù)采集卡，32.信號調(diào)理電路II，33.傳感器與互感器模塊 II。V1-V12為電壓互感器接口，11-112為電流互感器接口，T1-T8為換流閥觸發(fā)脈沖接口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖1、圖2中，它在動模實驗室中搭建直流輸電系統(tǒng)的主電路與控制保護電路，并在該平臺上設(shè)置上位機23與控制保護電路連接，上位機23還通過監(jiān)測電路與主電路連接；其中，所述直流輸電系統(tǒng)的主電路包括整流側(cè)電路和逆變側(cè)電路，所述整流側(cè)電路的交流母線12與動模實驗室的整流側(cè)等值交流電網(wǎng)1連接，即外部市網(wǎng)相連，交流電壓大小為 380V，模擬實際中的380kV的交流電壓；逆變側(cè)電路的交流母線1112與動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)11 (動模網(wǎng))相連，交流電壓為1000V，模擬實際中的500kV電網(wǎng)交流電壓； 所述上位機23通過控制保護電路在逆變側(cè)電路的動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)11和直流輸電系統(tǒng)主電路上進行動作，在上面不同位置設(shè)置故障，并收集逆變側(cè)電路兩端的交流電壓與電流和直流電壓、電流、觸發(fā)角參數(shù)，并進行數(shù)據(jù)信號的分析，完成對逆變側(cè)電路的交流端發(fā)生故障的瞬時直流動態(tài)響應(yīng)的模擬。所述整流側(cè)電路包括整流側(cè)等值交流電網(wǎng)，它與交流母線12連接，在交流母線12 上并聯(lián)有若干個換流變壓器13，各換流變壓器13與一個相應(yīng)的換流閥14連接，各換流閥 14串接，串接的換流閥14間通過隔離開關(guān)15與中性母線接地極17連接；同時串接的換流閥14兩端還分別通過平波電抗器16、直流輸電線路電阻10與逆變側(cè)電路的平波電抗器I I 16串接；同時交流母線12還與工作線路I連接，在工作線路I上并聯(lián)若干個補償電容18、 若干組交流濾波器19 ；所述逆變側(cè)電路的交流母線1112與逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，交流母線1112上并聯(lián)若干個換流變壓器1113，各換流變壓器1113與一個相應(yīng)的換流閥1114連接，各換流閥 1114串接，串接的換流閥1114間通過隔離開關(guān)1115與中性點接地極1117連接；同時串接的換流閥Π14兩端還分別通過平波電抗器1116、直流輸電線路電阻10與整流側(cè)電路的平波電抗器16串接；同時交流母線1112還與工作線路II連接，在工作線路II上并聯(lián)若干個補償電容1118、若干組交流濾波器1119 ；所述各隔離開關(guān)、各換流閥均與控制保護電路連接。所述控制保護電路包括DSP控制電路25，它與通過網(wǎng)口 M與上位機23連接；DSP 控制器25還通過A/D模塊沈、信號調(diào)理電路127、與傳感器和互感器模塊128，傳感器和互感器模塊1 設(shè)置在主電路；同時，DSP控制器25還與各隔離開關(guān)連接，同時DSP控制器25
5還通過CPLD電路29、晶閘管驅(qū)動電路30與各換流閥連接。所述監(jiān)測電路包括數(shù)據(jù)采集卡31、信號調(diào)理電路1132、傳感器和互感器模塊 1133，數(shù)據(jù)采集卡31與上位機23連接，數(shù)據(jù)采集卡31與信號調(diào)理電路1132連接，信號調(diào)理電路1132通過傳感器和互感器模塊1133與主電路連接。本發(fā)明的工作過程為以直流輸電線路的接地故障為例，正常情況下，隔離開關(guān) 15和隔離開關(guān)1115都閉合，動模裝置在控制保護系統(tǒng)的作用下額定運行，在直流輸電線路上設(shè)置接地故障，直流線路的電壓電流會發(fā)生突變，該變化通過電壓互感器V6和電流互感器16傳送到控制保護裝置22，傳感器和互感器模塊1 與傳感器和互感器模塊1133接收該變化信號，逐級上傳，傳送到上位機23和DSP控制電路25，DSP控制電路25根據(jù)信號的變化通過晶間管驅(qū)動電路30與T1-T8連接改變輸出的觸發(fā)脈沖，這樣會達到恢復(fù)電壓電流的效果，此時故障如果消除，系統(tǒng)即恢復(fù)額定運行。如果故障未消除，還要通過DSP控制電路25控制所有隔離開關(guān)15和隔離開關(guān)1115的動作。以上述故障為例，在該線路接地故障下會先打開該線路上與平波電抗器16、平波電抗器III6相連的隔離開關(guān)，進而打開與補償電容18和補償電容1118連接的隔離開關(guān)，切除電容，防止換流母線12和換流母線1112過電壓。這樣會針對該故障起到斷開故障線路和保護設(shè)備的效果。當然，根據(jù)故障類型的不同，每個隔離開關(guān)的動作也會隨之改變。
權(quán)利要求
1.一種用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，其特征是，它在動模實驗室中搭建直流輸電系統(tǒng)的主電路與控制保護電路，并在該平臺上設(shè)置上位機與控制保護電路連接，上位機還通過監(jiān)測電路與主電路連接；其中，所述直流輸電系統(tǒng)的主電路包括整流側(cè)電路和逆變側(cè)電路，所述整流側(cè)電路的交流母線I與動模實驗室的整流側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，即外部市網(wǎng)相連，交流電壓大小為380V，模擬實際中的380kV的交流電壓；逆變側(cè)電路的交流母線II與動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，即與動模網(wǎng)相連，交流電壓為 1000V，模擬實際中的500kV電網(wǎng)交流電壓；所述上位機通過控制保護電路在逆變側(cè)電路的動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)和直流輸電系統(tǒng)主電路上進行動作，在上面不同位置設(shè)置故障，并收集逆變側(cè)電路兩端的交流電壓與電流和直流電壓、電流、觸發(fā)角參數(shù)，并進行數(shù)據(jù)信號的分析，完成對逆變側(cè)電路的交流端發(fā)生故障的瞬時直流動態(tài)響應(yīng)的模擬。
2.如權(quán)利要求1所述的用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，其特征是， 所述整流側(cè)電路包括整流側(cè)等值交流電網(wǎng)，它與交流母線I連接，在交流母線I上并聯(lián)有若干個換流變壓器I，各換流變壓器I與一個相應(yīng)的換流閥I連接，各換流閥I串接，串接的換流閥I間通過隔離開關(guān)I與中性點接地極I連接；同時串接的換流閥I兩端還分別通過平波電抗器I、直流輸電線路電阻與逆變側(cè)電路的平波電抗器II串接；同時交流母線I還與工作線路I連接，在工作線路I上并聯(lián)若干個補償電容I、若干組交流濾波器I ；所述逆變側(cè)電路的交流母線II與逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，交流母線II上并聯(lián)若干個換流變壓器II，各換流變壓器II與一個相應(yīng)的換流閥II連接，各換流閥II串接，串接的換流閥II間通過隔離開關(guān)II與中性點接地極II連接；同時串接的換流閥II兩端還分別通過平波電抗器II、直流輸電線路電阻II與整流側(cè)電路的平波電抗器I、直流輸電線路電阻I串接；同時交流母線II還與工作線路II連接，在工作線路II上并聯(lián)若干個補償電容 II、若干組交流濾波器II ；所述各隔離開關(guān)、各換流閥均與控制保護電路連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，其特征是，所述控制保護電路包括DSP控制電路，它與通過網(wǎng)口與上位機連接；DSP控制器還通過 A/D模塊、信號調(diào)理電路I、與傳感器和互感器模塊I，傳感器和互感器模塊I設(shè)置在主電路； 同時，DSP控制器還與各隔離開關(guān)連接，同時DSP控制器還通過CPLD電路、晶閘管驅(qū)動電路與各換流閥連接。
4.如權(quán)利要求1所述的用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，其特征是， 所述監(jiān)測電路包括數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路II、傳感器和互感器模塊II，數(shù)據(jù)采集卡與上位機連接，數(shù)據(jù)采集卡與信號調(diào)理電路II連接，信號調(diào)理電路II通過傳感器和互感器模塊II與主電路連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性研究的動模實驗裝置，用于直流運行人員的崗前培訓(xùn)。所述直流輸電系統(tǒng)的主電路包括整流側(cè)電路和逆變側(cè)電路，所述整流側(cè)電路的交流母線I與動模實驗室的整流側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，即外部市網(wǎng)相連，交流電壓大小為380V，模擬實際中的380kV的交流電壓；逆變側(cè)電路的交流母線II與動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)連接，即與動模網(wǎng)相連，交流電壓為1000V，模擬實際中的500kV電網(wǎng)交流電壓；所述上位機通過控制保護電路在逆變側(cè)電路的動模實驗室的逆變側(cè)等值交流電網(wǎng)和直流輸電系統(tǒng)主電路上進行動作，完成對逆變側(cè)電路的交流端發(fā)生故障的瞬時直流動態(tài)響應(yīng)的模擬。
文檔編號G09B25/02GK102222438SQ20111016616
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者于大洋, 云玉新, 任敬國, 劉民, 姚金霞, 梁軍, 袁海燕, 郭啟偉 申請人:山東電力研究院