技术领域

本发明涉及一种用于直流输电系统动态特性研 究的动模实验装置。

背景技术

自 1954年瑞典哥特兰的世界上第一项高压直流输� �工程投运以来， 高压直 流输电技术已随着电力电子技术的突飞猛进而 飞速发展， 它在长距离输电、 电 网互联等方面有独特优点， 已作为高压交流输电技术的有力补充而在全世 界广 泛应用。 其主要优点为： 提高传输容量和传输距离。 随着电网区域的扩大， 电 能的传输容量和传输距离也不断增大。 所需电网电压等级越高，紧凑型输电的效 果越好； 提高电能传输的经济性。 输电电压越高， 输送单位容量的价格越低； 节省线路走廊。 一般来说， 一回 1150kV 输电线路可代替 6 回 500kV 线路。 采 用特高压输电提高了走廊利用率。 我国幅员辽阔， 西电东送、 南北互供的电网 发展战略使高压直流输电技术大有用武之地， 目前我国己经投运多个直流系统。

高压直流输电作为新兴的技术， 目前在我国还处于刚起步的阶段， 在实际 运行中难免会出现很多不可预计的故障， 导致单极闭锁、 换相失败等较为严重 的后果。

根据有关电力生产单位现有的培训设施和条件 ， 目前对参与直流运行的工 作人员培训的方法基本都在课堂进行， 主要是理论体系的培训。 到需要用相应 仪器设备实际操作时， 缺少能够很好地模拟现场实际的动模实验装置 ， 即便是 到运行现场实际操作， 除了对安全运行带来隐患外也未必能提高处理 应急故障 的水平。 这显然不能达到专业技术培训的目的。

发明内容 本发明的目的就是为解决上述问题， 提供一种用于直流输电系统动态特性 研宄的动模实验装置， 用于直流运行人员的岗前培训。

为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案：

一种用于直流输电系统动态特性研宄的动模实 验装置， 它在动模实验室中 搭建直流输电系统的主电路与控制保护电路， 并在该平台上设置上位机与控制 保护电路连接， 上位机还通过监测电路与主电路连接； 其中， 所述直流输电系 统的主电路包括整流侧电路和逆变侧电路， 所述整流侧电路的交流母线 I 与动 模实验室的整流侧等值交流电网连接， 即外部市网相连， 交流电压大小为 380V, 模拟实际中的 380kV的交流电压； 逆变侧电路的交流母线 II与动模实验室的逆 变侧等值交流电网连接， 即与动模网相连， 交流电压为 1000V, 模拟实际中的 500kV电网交流电压；所述上位机通过控制保护� ��路在逆变侧电路的动模实验室 的逆变侧等值交流电网和直流输电系统主电路 上进行动作， 在上面不同位置设 置故障， 并收集逆变侧电路两端的交流电压与电流和直 流电压、 电流、 触发角 参数， 并进行数据信号的分析， 完成对逆变侧电路的交流端发生故障的瞬时直 流动态响应的模拟。

所述整流侧电路包括整流侧等值交流电网， 它与交流母线 I 连接， 在交流 母线 I上并联有若干个换流变压器 I，各换流变压器 I与一个相应的换流阀 I连 接， 各换流阀 I串接， 串接的换流阀 I间通过隔离开关 I与中性点接地电阻 I 连接后接地； 同时串接的换流阀 I两端还分别通过平波电抗器 I、直流输电线路 电阻与逆变侧电路的平波电抗器 II串接；同时交流母线 I还与工作线路 I连接， 在工作线路 I上并联若干个补偿电容 I、 若干组交流滤波器 I；

所述逆变侧电路的交流母线 II 与逆变侧等值交流电网连接， 交流母线 II 上并联若干个换流变压器 II， 各换流变压器 II与一个相应的换流阀 II连接， 各换流阀 II串接， 串接的换流阀 II间通过隔离开关 II与中性点接地电阻 II 连接后接地； 同时串接的换流阀 II两端还分别通过平波电抗器 II、直流输电线 路电阻与整流侧电路的平波电抗器 I 串接； 同时交流母线 II还与工作线路 π 连接， 在工作线路 II上并联若干个补偿电容 II、 若干组交流滤波器 II；

所述各隔离开关、 各换流阀、 各电压互感器和电流互感器均与控制保护电 路连接。

所述控制保护电路包括一个 DSP控制电路， 它与通过网口与上位机连接； DSP控制器还通过一个 A/D采样模块、 一个信号调理电路、 与一个传感器和互 感器模块连接， 该传感器和互感器模块设置在主电路； 同时， DSP控制器还与各 隔离开关连接， 而且 DSP控制器还通过 CPLD电路、 晶闸管驱动电路与各换流阀 连接。

所述监测电路包括一个数据采集卡、 一个信号调理电路、 一个传感器和互 感器模块， 该数据采集卡与上位机连接和信号调理电路连 接， 信号调理电路通 过传感器和互感器模块与主电路连接。 控制保护电路和监控电路构造图如图 2 所示。

本发明中， 搭建了直流输电系统的主电路与控制保护电路 ， 并在该平台上 实现其控制保护系统， 通过设置各种故障 （如单相接地故障等）， 利用数据采集 系统与底层控制器收集交直流系统各变量的数 据， 通过网口通信输出到监控机， 并利用上位机应用软件编程进行数据信号的分 析， 供培训人员学习和参考。 直流输电系统的整流侧电路的交流母线与动模 实验室的外部巿网相连， 交 流电压大小为 380V， 模拟的实际中的 380kV的交流电压。 该侧在实验中属于固 定侧， 装置是事先调整好不进行动作的。

直流输电系统的逆变侧电路的交流母线与动模 实验室的动模网相连， 一般 交流电压为 1000V, 模拟的实际中的 500kV电网交流电压。 在动模实验室操作 是在逆变侧动模网和直流系统上进行动作， 在上面不同位置设置故障， 通过在 不同位置设置故障， 利用数据采集系统与底层控制器输出交流系统 的电压与电 流和直流系统的电压、 电流、 触发角等参数到监控机， 并利用上位机应用软件 编程进行数据信号的分析， 使实验人员对逆变侧交流端发生故障的瞬时直 流动 态响应有更深的认识， 提高了运行人员在现场实际操作时遇见紧急故 障的判断 能力和处理能力。

上位机能够实现对整个系统状态的实时监视与 控制。 DSP 控制器控制产生 整流器和逆变器的触发脉冲， 以及控制开关动作， 并把有关运行信息反馈给上 位机。

本发明的有益效果是： 它可以在非电力生产现场有限的场地内模拟研 宄直 流输电系统的动态特性， 解决了直流输电系统专业技术培训没有相应设 备仪器 实际操作的难题， 提高了受训人员在实际操作中的综合分析、 判断解决各类故 障的技能。

附图说明

图 1为直流输电系统总体结构 （主电路和控制保护系统）；

图 2为控制保护系统电路图。 其中， 1.整流侧等值交流电网， 2.交流母线 I， 3.换流变压器 I， 4.换流阀 I， 5.隔离开关 I， 6.平波电抗器 I， 7.中性母线接地极 I， 8补偿电容 I， 9.交 流滤波器 I， 10.直流输电线电阻， 11.逆变侧等值交流电网， 12.交流母线 II， 13.换流变压器 II， 14.换流阔 II， 15.隔离开关 II， 16.平波电抗器 II， 17.逆 变侧中性母线接地极， 18.补偿电容 II， 19.交流滤波器 II， 20.电流互感器， 21.电压互感器， 22.控制保护系统， 23.上位机， 24.网口, 25. DSP控制器， 26. A/D 模块， 27.信号调理电路 I， 28.传感器与互感器模块 I， 29. CPLD电路， 30.晶闸 管驱动电路， 31.数据采集卡， 32.信号调理电路 II， 33.传感器与互感器模块 II。 VI- V12为电压互感器接口， II- 112为电流互感器接口， Tl- T8为换流阀触 发脉冲接口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明 。

图 1、 图 2中， 它在动模实验室中搭建直流输电系统的主电路 与控制保护电 路， 并在该平台上设置上位机 23与控制保护电路连接， 上位机 23还通过监测 电路与主电路连接； 其中， 所述直流输电系统的主电路包括整流侧电路和 逆变 侧电路， 所述整流侧电路的交流母线 12与动模实验室的整流侧等值交流电网 1 连接， 即外部市网相连， 交流电压大小为 380V, 模拟实际中的 380kV的交流电 压； 逆变侧电路的交流母线 ΙΠ2与动模实验室的逆变侧等值交流电网 11 (动模 网）相连， 交流电压为 1000V, 模拟实际中的 500kV电网交流电压； 所述上位机 23通过控制保护电路在逆变侧电路的动模实验� ��的逆变侧等值交流电网 11和直 流输电系统主电路上进行动作， 在上面不同位置设置故障， 并收集逆变侧电路 两端的交流电压与电流和直流电压、 电流、 触发角参数， 并进行数据信号的分 析， 完成对逆变侧电路的交流端发生故障的瞬时直 流动态响应的模拟。

所述整流侧电路包括整流侧等值交流电网， 它与交流母线 12连接， 在交流 母线 12上并联有若干个换流变压器 13， 各换流变压器 13与一个相应的换流阀 14连接， 各换流阀 14串接， 串接的换流阔 14间通过隔离开关 15与中性母线接 地极 Π连接； 同时串接的换流阔 14两端还分别通过平波电抗器 16、 直流输电 线路电阻 10与逆变侧电路的平波电抗器 1116串接； 同时交流母线 12还与工作 线路 I连接， 在工作线路 I上并联若干个补偿电容 18、 若干组交流滤波器 19; 所述逆变侧电路的交流母线 Π12 与逆变侧等值交流电网连接， 交流母线 1112上并联若干个换流变压器 1113， 各换流变压器 1113与一个相应的换流阀 1114连接， 各换流阀 ΙΠ4串接， 串接的换流阀 1114间通过隔离开关 1115与中 性点接地极 ΙΠ7 连接； 同时串接的换流阀 1114 两端还分别通过平波电抗器 1116、 直流输电线路电阻 10与整流侧电路的平波电抗器 16串接； 同时交流母 线 1112还与工作线路 II连接， 在工作线路 II上并联若干个补偿电容 1118、若 干组交流滤波器 1119;

所述各隔离开关、 各换流阀均与控制保护电路连接。

所述控制保护电路包括 DSP控制电路 25， 它与通过网口 24与上位机 23连 接； DSP控制器 25还通过 A/D模块 26、 信号调理电路 127、 与传感器和互感器 模块 128， 传感器和互感器模块 128设置在主电路； 同时， DSP控制器 25还与 各隔离开关连接， 同时 DSP控制器 25还通过 CPLD电路 29、 晶闸管驱动电路 30 与各换流阀连接。

所述监测电路包括数据采集卡 31、 信号调理电路 1132、 传感器和互感器模 块 1133，数据采集卡 31与上位机 23连接，数据采集卡 31与信号调理电路 Π32 连接， 信号调理电路 1132通过传感器和互感器模块 1133与主电路连接。

本发明的工作过程为： 以直流输电线路的接地故障为例， 正常情况下， 隔 离开关 15和隔离开关 1115都闭合， 动模装置在控制保护系统的作用下额定运 行， 在直流输电线路上设置接地故障， 直流线路的电压电流会发生突变， 该变 化通过电压互感器 V6和电流互感器 16传送到控制保护装置 22， 传感器和互感 器模块 128与传感器和互感器模块 1133接收该变化信号， 逐级上传， 传送到上 位机 23和 DSP控制电路 25， DSP控制电路 25根据信号的变化通过晶闸管驱动 电路 30与 T1-T8连接改变输出的触发脉冲， 这样会达到恢复电压电流的效果， 此时故障如果消除， 系统即恢复额定运行。 如果故障未消除， 还要通过 DSP控 制电路 25控制所有隔离开关 15和隔离开关 1115的动作。 以上述故障为例， 在 该线路接地故障下会先打开该线路上与平波电 抗器 16、平波电抗器 1116相连的 隔离开关， 进而打开与补偿电容 18和补偿电容 1118连接的隔离开关， 切除电 容， 防止换流母线 12和换流母线 1112过电压。 这样会针对该故障起到断开故 障线路和保护设备的效果。 当然， 根据故障类型的不同， 每个隔离幵关的动作 也会随之改变。