CN103257586B - 一种无功功率控制仿真装置 - Google Patents
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Abstract
一种无功功率控制仿真装置，属于电气测量领域，尤其涉及一种用于高压直流输电设备的直流控制保护系统仿真研究的测试装置，无功计算值和无功参考值信号端通过第一算术运算元件和第一比例元件连接到第二和第三算术运算元件，极限无功值信号端连接到第二和第三算术运算元件；无功控制信号端连接到第一和第二与门；第二算术运算元件通过第一斯密特触发器连接到第一与门；第三算术运算元件通过第二斯密特触发器连接到第二与门；第一与门通过第二定时器连接到滤波器无功上升信号端；第二与门通过第一定时器连接到滤波器无功下降信号端。该装置可真实地模拟、反映直流控制保护装置的运行状态，为直流控制保护装置的研究或设计提供相应的仿真结果。
Description
技术领域
本发明属于电气测量领域，尤其涉及一种用于高压直流输电设备的直流控制保护系统仿真研究的分接头位置仿真测试装置。
背景技术
电力需求的不断增长导致了输电系统向长距离、大容量和高稳定性的方向发展。随着各电网区域内的特高压交流输电工程和高压直流输电工程的建设项目不断增加，用电量集中区域的电网呈现出明显的多直流馈入的特高压交直流混联受端电网特征，电网结构紧密，多条交直流线路之间电气距离更加紧密，特高压和超高压交流系统故障后，易引发包含高压直流在内的多条直流同时换相失败，而多回直流的换相失败其恢复过程又将对交流系统产生较大冲击，如果各直流系统的恢复策略配合不当，则还有可能导致多条直流同时发生连续的换相失败，甚至引发直流闭锁。多回直流同时发生双极闭锁，大量潮流大范围转移或将引发系统稳定问题。这种交直流系统间的交互作用给特高压交直流混联受端电网的安全运行带来巨大挑战。
因此，在高压直流输电工程的研究或设计阶段，必须对交直流系统间的交互作用给特高压交直流混联受端电网的稳定性进行试验和仿真，并参照试验和仿真结果，对研究或设计的结果进行验证，对系统的稳定性进行评估。中国实用新型专利“一种多馈入直流输电系统实时数字仿真模型”(实用新型专利号：ZL201210532759.X授权公告号：CN102945004A)公开了多馈入直流输电系统实时数字仿真模型，其包括多个并联的等值超高压直流输电系统，所述超高压直流输电系统包括一次系统实时数字仿真模型和二次系统实时数字仿真模型；所述一次系统实时数字仿真模型包括换流站和直流输电线路，所述换流站设置在直流输电线路的两端；所述二次系统实时数字仿真模型包括换流站控制系统和保护系统，所述换流站控制系统和保护系统与换流站连接，用于控制和保护换流站的运行。通过换流站控制系统和保护系统对换流站运行的控制和保护，避免交流系统故障后易引发多回直流同时故障和多回直流故障及其恢复过程对交流系统产生的冲击。但是，该仿真模型没有涉及分接头位置的仿真，无法真实地模拟高压直流输电直流控制保护系统的分接头位置运行状态。
发明内容
本发明的目的是要提供一种无功功率控制仿真装置，其可真实地模拟反映高压直流输电直流控制保护系统的分接头位置状态，为直流控制保护装置的分接头位置研究或设计提供相应的仿真结果，解决为直流控制保护装置的分接头位置研究或设计提供验证平台的技术问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种无功功率控制仿真装置，至少包括无功功率计算模块和无功控制模块，用于高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真，其特征在于：
所述的无功控制模块包括第一至第三加减运算元件，第一比例元件，第一与门，第二与门，第一定时器和第二定时器；
无功计算值信号端和无功参考值信号端连接到第一加减运算元件，第一加减运算元件的输出端，连接到第二加减运算元件的同相输入端，并且通过第一比例元件，连接到第三加减运算元件的同相输入端，极限无功值信号端连接到第二加减运算元件和第三加减运算元件的反相输入端；
无功控制信号端连接到第一与门和第二与门的第一输入端；第二加减运算元件的输出端，通过第一斯密特触发器连接到第一与门的第二输入端；第三加减运算元件的输出端，通过第二斯密特触发器连接到第二与门的第二输入端；第一与门的输出端，通过第二定时器连接到滤波器无功上升信号端；第二与门的输出端，通过第一定时器连接到滤波器无功下降信号端。
本发明的无功功率控制仿真装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的无功功率控制仿真装置还设有电压控制模块，所述的电压控制模块包括第四至第六加减运算元件，第二比例元件，第三与门，第四与门，第三定时器和第四定时器；交流电压信号端和电压参考值信号端连接到第四加减运算元件，第四加减运算元件的输出端，连接到第五加减运算元件的同相输入端，并且通过第二比例元件，连接到第六加减运算元件的同相输入端，极限电压值信号端分别连接到第五加减运算元件和第六加减运算元件的反相输入端；电压控制信号端连接到第三与门和第四与门的第一输入端；第五加减运算元件的输出端，通过第三斯密特触发器连接到第三与门的第二输入端；第六加减运算元件的输出端，通过第四斯密特触发器连接到第四与门的第二输入端；第三与门的输出端，通过第四定时器连接到滤波器电压上升信号端；第四与门的输出端，通过第三定时器连接到滤波器电压下降信号端。
本发明的无功功率控制仿真装置的一种更好的技术方案，其特征在于所述的无功功率控制仿真装置还设有Umax/Qmax控制模块，所述的Umax/Qmax控制模块包括第七加减运算元件，第八加减运算元件，第五与门，第五斯密特触发器，模式选择开关和比较器；交流电压信号端依次通过第七加减运算元件和第五斯密特触发器，连接到滤波器UMax信号端；无功控制信号端通过第五与门连接到模式选择开关的控制端；极限无功值信号端通过第八加减运算元件，连接到模式选择开关；无功计算值信号端和模式选择开关的输出端，分别连接到比较器的一个输入端，比较器的输出端连接到滤波器QMax信号端。
本发明的有益效果是：
1.本发明的无功功率控制仿真装置可真实地模拟、反映直流控制保护装置的分接头位置运行状态，为直流控制保护装置的研究或设计提供相应的仿真结果；
2.本发明的无功功率控制仿真装置具有跨平台仿真测试的优点，既可以在真实环境以实际元件实现，又可以在虚拟环境中以计算机软件来实现；
附图说明
图1是用于直流控制保护系统的仿真装置的原理框图；
图2是本发明的无功功率控制仿真装置的无功控制模块原理图；
图3是本发明的无功功率控制仿真装置的电压控制模块原理图；
图4是本发明的无功功率控制仿真装置的Umax/Qmax控制模块原理图；
图5是本发明的无功功率控制仿真装置的无功功率计算模块原理图。
以上图中各部件的标号：100-高压直流输电设备，110-交流滤波器投切装置，120-换流变压器，130-晶闸管换流器，200-控制单元，210-角度、电流电压基准值计算装置，220-换流器触发角控制装置，230-触发脉冲产生装置，240-换流变分接头控制装置，250-极功率控制装置，260-过负荷控制装置，270-无功功率控制装置，300-直流系统保护单元，900-运行控制工作站。2711～2718-第一至第八加减运算元件，2721～2725-第一至第五斯密特触发器，2731-第一比例元件，2732-第二比例元件，2741～2745-第一至第五与门，2751～2754-第一至第四定时器，2761-模式选择开关，2762-比较器，INC_F_U-滤波器电压上升信号端，INC_F_Q-滤波器无功上升信号端，DEC_F_U-滤波器电压下降信号端，DEC_F_Q-滤波器无功下降信号端，DEC_F_UM-滤波器UMax信号端，DEC_F_QM-滤波器QMax信号端，UAC_100-交流电压信号端，UCONTROL-电压控制信号端，UREF-电压参考值信号端，UDEAD-极限电压值信号端，QCONTROL-无功控制信号端，QDCAC-无功计算值信号端，QDEAD-极限无功值信号端，QREF-无功参考值信号端，ALPHA_ORD-触发角指令信号端。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步详细描述。
图2展示了本发明的无功功率控制仿真装置的一个实施例，用于高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真。本发明的无功功率控制仿真装置是直流控制保护系统的无功功率控制装置270的主功能单元。高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真装置如图1所示。无功功率控制装置270是直流输电控制系统中对换流站无功功率进行控制的环节,它通过调整换流站装设的交流滤波器投切装置110，控制无功补偿设备的投入容量或改变换流器吸收的无功功率,将换流站与交流系统交换的无功功率控制在规定的范围内(无功功率控制方式，例如，最大无功交换限制QMax),或将换流站交流母线电压控制在规定的范围内(交流电压控制方式，例如，最高/最低电压限制UMax)。
本发明的无功功率控制仿真装置至少包括无功功率计算模块和无功控制模块，图5展示了所述的交直流系统交换无功功率计算模块的一个实施例，所述的无功控制模块如图2所示，包括第一至第三加减运算元件2711～2713，第一比例元件2731，第一与门2741，第二与门2742，第一定时器2751和第二定时器2752；
无功计算值信号端QDCAC和无功参考值信号端QREF连接到第一加减运算元件2711，第一加减运算元件2711的输出端，连接到第二加减运算元件2712的同相输入端，并且通过第一比例元件2731，连接到第三加减运算元件2713的同相输入端，极限无功值信号端QDEAD连接到第二加减运算元件2712和第三加减运算元件2713的反相输入端；
无功控制信号端QCONTROL连接到第一与门2741和第二与门2742的第一输入端；第二加减运算元件2712的输出端，通过第一斯密特触发器2721连接到第一与门2741的第二输入端；第三加减运算元件2713的输出端，通过第二斯密特触发器2722连接到第二与门2742的第二输入端；第一与门2741的输出端，通过第二定时器2752连接到滤波器无功上升信号端INC_F_Q；第二与门2742的输出端，通过第一定时器2751连接到滤波器无功下降信号端DEC_F_Q。
本发明的无功功率控制仿真装置的实施例还设有电压控制模块，所述的电压控制模块如图3所示，包括第四至第六加减运算元件2714～2716，第二比例元件2732，第三与门2743，第四与门2744，第三定时器2753和第四定时器2754；交流电压信号端UAC_100和电压参考值信号端UREF连接到第四加减运算元件2714，第四加减运算元件2714的输出端，连接到第五加减运算元件2715的同相输入端，并且通过第二比例元件2732，连接到第六加减运算元件2716的同相输入端，极限电压值信号端UDEAD分别连接到第五加减运算元件2715和第六加减运算元件2716的反相输入端；电压控制信号端UCONTROL连接到第三与门2743和第四与门2744的第一输入端；第五加减运算元件2715的输出端，通过第三斯密特触发器2723连接到第三与门2743的第二输入端；第六加减运算元件2716的输出端，通过第四斯密特触发器2724连接到第四与门2744的第二输入端；第三与门2743的输出端，通过第四定时器2754连接到滤波器电压上升信号端INC_F_U；第四与门2744的输出端，通过第三定时器2753连接到滤波器电压下降信号端DEC_F_U。
本发明的无功功率控制仿真装置的另一个实施例还设有Umax/Qmax控制模块，所述的Umax/Qmax控制模块如图4所示，包括第七加减运算元件2717，第八加减运算元件2718，第五与门2745，第五斯密特触发器2725，模式选择开关2761和比较器2762；交流电压信号端UAC_100依次通过第七加减运算元件2717和第五斯密特触发器2725，连接到滤波器UMax信号端DEC_F_UM；无功控制信号端QCONTROL通过第五与门2745连接到模式选择开关2761的控制端Ctrl；极限无功值信号端QDEAD通过第八加减运算元件2718，连接到模式选择开关2761；无功计算值信号端QDCAC和模式选择开关2761的输出端，分别连接到比较器2762的一个输入端，比较器2762的输出端连接到滤波器QMax信号端DEC_F_QM。
无功功率计算模块的一个实施例如图5所示，无功功率计算模块用于计算换流站与交流系统的无功交换量，无功功率计算模块根据交流电压信号端UAC_100和触发角指令信号端ALPHA_ORD等输入参数，计算无功交换量传送到无功计算值信号端QDCAC。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种无功功率控制仿真装置，至少包括无功功率计算模块和无功控制模块，用于高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真，其特征在于：
所述的无功控制模块包括第一至第三加减运算元件，第一比例元件，第一与门，第二与门，第一定时器和第二定时器；
无功计算值信号端和无功参考值信号端连接到第一加减运算元件，第一加减运算元件的输出端，连接到第二加减运算元件的同相输入端，并且通过第一比例元件，连接到第三加减运算元件的同相输入端，极限无功值信号端连接到第二加减运算元件和第三加减运算元件的反相输入端；
无功控制信号端连接到第一与门和第二与门的第一输入端；第二加减运算元件的输出端，通过第一斯密特触发器连接到第一与门的第二输入端；第三加减运算元件的输出端，通过第二斯密特触发器连接到第二与门的第二输入端；第一与门的输出端，通过第二定时器连接到滤波器无功上升信号端；第二与门的输出端，通过第一定时器连接到滤波器无功下降信号端。
2.根据权利要求1所述的无功功率控制仿真装置，其特征在于所述的无功功率控制仿真装置还设有电压控制模块，所述的电压控制模块包括第四至第六加减运算元件，第二比例元件，第三与门，第四与门，第三定时器和第四定时器；交流电压信号端和电压参考值信号端连接到第四加减运算元件，第四加减运算元件的输出端，连接到第五加减运算元件的同相输入端，并且通过第二比例元件，连接到第六加减运算元件的同相输入端，极限电压值信号端分别连接到第五加减运算元件和第六加减运算元件的反相输入端；电压控制信号端连接到第三与门和第四与门的第一输入端；第五加减运算元件的输出端，通过第三斯密特触发器连接到第三与门的第二输入端；第六加减运算元件的输出端，通过第四斯密特触发器连接到第四与门的第二输入端；第三与门的输出端，通过第四定时器连接到滤波器电压上升信号端；第四与门的输出端，通过第三定时器连接到滤波器电压下降信号端。
3.根据权利要求1或2所述的无功功率控制仿真装置，其特征在于所述的无功功率控制仿真装置还设有Umax/Qmax控制模块，所述的Umax/Qmax控制模块包括第七加减运算元件，第八加减运算元件，第五与门，第五斯密特触发器，模式选择开关和比较器；交流电压信号端依次通过第七加减运算元件和第五斯密特触发器，连接到滤波器UMax信号端；无功控制信号端通过第五与门连接到模式选择开关的控制端；极限无功值信号端通过第八加减运算元件，连接到模式选择开关；无功计算值信号端和模式选择开关的输出端，分别连接到比较器的一个输入端，比较器的输出端连接到滤波器QMax信号端。
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