一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台的制作方法

1.本技术涉及电力输电工程技术领域，尤其涉及一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台。


背景技术：

2.随着经济的发展，电网规模和输电容量变得越来越大，使得长距离和大容量的跨区域直流输电工程应用越来越广泛。但是，随着直流输电功率的提升，直流电路一旦发生交流联络线跳闸故障，直流被动进入孤岛运行方式，送端电网系统低转动惯量、低有效短路比的特性将给系统带来频率与电压的稳定性问题。而送端机组的励磁、调速控制系统响应特性与直流控制保护系统的响应是否配合得当，将直接关系孤岛系统的安全稳定运行。
3.目前，对于直流孤岛运行工况下机网协调动作特性缺乏有效的研究手段，传统的bpa建模机组励磁控制子系统和调速控制子系统过于简化，进而提出了基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台。
4.但是传统的基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台需要借助功率放大器实现实时数字仿真系统建模工作站与励磁控制子系统、调速控制子系统、电站监控子系统的信号交互，导致系统接线复杂，同时串入功放环节影响了系统仿真误差精度，且使用时需要格外注意功放的使用安全。


技术实现要素：

5.本技术公开的一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台，用于解决现有技术中，基于实时数字仿真系统的机网协调特性研究实时仿真平台需要借助功率放大器实现实时数字仿真系统建模工作站与励磁控制子系统、调速控制子系统、电站监控子系统的信号交互，导致系统接线复杂，同时串入功放环节影响了系统仿真误差精度，且使用时需要格外注意功放的使用安全的技术问题。
6.本技术公开了一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台，包括：电站监控子系统、励磁控制子系统、调速控制子系统、实时数字仿真系统建模工作站、输入输出端口；
7.所述输入输出端口包括输入端口和输出端口，所述输入端口包括模拟量输入板卡和数字量输入板卡，所述输出端口包括模拟量输出板卡和数字量输出板卡；
8.所述实时数字仿真系统建模工作站通过输出端口与所述电站监控子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述输入输出端口与所述励磁控制子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述输入输出端口与所述调速控制子系统相连接；
9.其中，所述模拟量输出板卡用于将所述实时数字仿真系统建模工作站产生的电压值信号，以预设比例缩放信号，并传输至所述电站监控子系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统；
10.所述模拟量输入板卡用于将所述电站监控子系统产生的电压值信号，以所述预设比例放大信号，并传输至实时数字仿真系统建模工作站；或者用于，将所述励磁控制子系统
产生的电压值信号，以所述预设比例放大信号，并传输至实时数字仿真系统建模工作站；或者用于，将所述调速控制子系统产生的电压值信号，以所述预设比例放大信号，并传输至实时数字仿真系统建模工作站。
11.可选的，所述电站监控子系统通过继电器开出信号控制所述励磁控制子系统。
12.可选的，所述电站监控子系统与所述调速控制子系统通过继电器开出信号进行交互。
13.可选的，所述实时数字仿真系统建模工作站通过光纤与所述输入输出端口相连接。
14.可选的，所述电站监控系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统均通过线缆与所述输入输出端口相连接。
15.可选的，所述实时数字仿真系统建模工作站包括：电站机组、变压器、交流线路和直流系统。
16.可选的，所述模拟量输入板卡和所述数字量输入板卡用于将信号从所述电站监控子系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统传递给所述实时数字仿真系统建模工作站。
17.可选的，所述模拟量输出板卡和所述数字量输出板卡用于将信号从所述实时数字仿真系统建模工作站，传递给所述电站监控子系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统。
18.可选的，所述模拟量输出板卡和所述模拟量输入板卡输出的均为峰峰值
±
10v的电压量信号。
19.可选的，所述数字量输出板卡和所述数字量输入板卡输出的均为
±
24v的直流信号。
20.本技术公开的一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台，涉及电力输电工程技术领域。该装置包括：电站监控子系统、励磁控制子系统、调速控制子系统、实时数字仿真系统建模工作站和输入输出端口。所述电站监控子系统分别与所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站分别通过所述输入输出端口与所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站通过输出端口与所述电站监控子系统相连接。本技术在老一代机网仿真平台的基础上进行了优化，采用小信号的方式实现了实时数字仿真系统仿真模型与机组励磁控制子系统、调速控制子系统、电站监控子系统之间的模拟量信号交互，简化了试验系统，提高了系统仿真误差精度，降低了试验风险。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本技术实施例提供的一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台的结构示意图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.为了解决现有技术中，基于实时数字仿真系统的机网协调特性研究实时仿真平台需要借助功率放大器实现实时数字仿真系统建模工作站与励磁控制子系统、调速控制子系统、电站监控子系统的信号交互，导致系统接线复杂，同时串入功放环节影响了系统仿真误差精度，且使用时需要格外注意功放的使用安全的技术问题，本技术通过如下实施例公开了一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台。
25.参见图1，为本技术公开的一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台的结构示意图，所述基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台包括：电站监控子系统、励磁控制子系统、调速控制子系统、实时数字仿真系统建模工作站、输入输出端口。
26.进一步的，所述实时数字仿真系统建模工作站包括：电站机组、变压器、交流线路和直流系统。
27.所述输入输出端口包括输入端口和输出端口，所述输入端口包括模拟量输入板卡和数字量输入板卡，所述输出端口包括模拟量输出板卡和数字量输出板卡。
28.具体来说，所述输入端口包括模拟量输入板卡gtai和数字量输入板卡gtdi，所述输出端口包括模拟量输出板卡gta0和数字量输出板卡gtd0。
29.所述实时数字仿真系统建模工作站通过输出端口与所述电站监控子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述输入输出端口与所述励磁控制子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述输入输出端口与所述调速控制子系统相连接。
30.其中，所述模拟量输出板卡用于将所述实时数字仿真系统建模工作站产生的电压值信号，以预设比例缩放信号，并传输至所述电站监控子系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统。
31.所述模拟量输入板卡用于将所述电站监控子系统产生的电压值信号，以所述预设比例放大信号，并传输至实时数字仿真系统建模工作站。或者用于，将所述励磁控制子系统产生的电压值信号，以所述预设比例放大信号，并传输至实时数字仿真系统建模工作站。或者用于，将所述调速控制子系统产生的电压值信号，以所述预设比例放大信号，并传输至实时数字仿真系统建模工作站。
32.具体来说，所述实时数字仿真系统建模工作站与所述调速控制子系统信号交互，包括：
33.所述实时数字仿真系统建模工作站输出至所述调速控制子系统：
34.所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述模拟量输入板卡和所述模拟量输出板卡，将机端电压、机组有功、导叶行程和机组有功给定等数据与所述调速控制子系统进行交互。
35.所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述数字量输入板卡和所述数字量输出板卡，孤岛方式、联网方式、直流停运、断路器合闸位置、有功增、有功减、开机和停机等数据与所述调速控制子系统进行交互。
36.所述调速控制子系统输出至所述实时数字仿真系统建模工作站：
37.所述调速控制子系统通过所述模拟量输入板卡和所述模拟量输出板卡，将机组有功输出、主环pid输出、导叶给定输出和机组频率等数据与所述实时数字仿真系统建模工作站进行交互。
38.所述调速控制子系统通过所述数字量输入板卡和所述数字量输出板卡，将一次调频动作等数据与所述实时数字仿真系统建模工作站进行交互。
39.具体来说，所述实时数字仿真系统建模工作站与所述励磁控制子系统信号交互，包括：
40.所述实时数字仿真系统建模工作站输出至所述励磁控制子系统：
41.所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述模拟量输入板卡和所述模拟量输出板卡，将机端电压、同步电压、励磁电流和定子电流等数据与所述励磁控制子系统进行交互。
42.所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述数字量输入板卡和所述数字量输出板卡，将孤岛方式、联网方式、直流停运、断路器合闸位置、增磁、减磁、起励信号、停机信号、pss投、pss退和直流孤岛停运复归等数据与所述励磁控制子系统进行交互。
43.所述所述励磁控制子系统输出至所述实时数字仿真系统建模工作站：
44.所述励磁控制子系统通过所述模拟量输入板卡和所述模拟量输出板卡，将调节器输出uk等数据与所述实时数字仿真系统建模工作站进行交互。
45.所述励磁控制子系统通过所述数字量输入板卡和所述数字量输出板卡，将晶闸管触发脉冲等数据与所述实时数字仿真系统建模工作站进行交互。
46.具体来说，所述实时数字仿真系统建模工作站与所述电站监控子系统信号交互，包括：
47.所述实时数字仿真系统建模工作站输出至所述电站监控子系统：
48.所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述模拟量输入板卡和所述模拟量输出板卡，将机端电压、定子电流、机组有功、机组无功和机组频率等数据发送给所述电站监控子系统。
49.所述实时数字仿真系统建模工作站通过所述数字量输入板卡和所述数字量输出板卡，将断路器合闸位置、孤岛方式、联网方式和直流停运等数据发送给所述电站监控子系统。
50.具体来说，所述电站监控子系统与所述调速控制子系统信号交互，包括：
51.所述电站监控子系统将机组有功增、机组有功减和机组开机令等数据输出至所述调速控制子系统。
52.所述调速控制子系统将机组一次调频投入、机组一次调频动作、机组运行模式和机组转速等数据输出至所述电站监控子系统。
53.具体来说，所述电站监控子系统与所述励磁控制子系统信号交互，包括：
54.所述电站监控子系统将机组无功增、机组无功减、机组pss投入和机组pss退出等数据输出至所述励磁控制子系统。
55.在本技术的部分实施例中，所述电站监控子系统通过继电器开出信号控制所述励磁控制子系统。
56.在本技术的部分实施例中，所述电站监控子系统与所述调速控制子系统通过继电器开出信号进行交互。
57.在本技术的部分实施例中，所述实时数字仿真系统建模工作站通过光纤与所述输入输出端口相连接。
58.在本技术的部分实施例中，所述电站监控系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统均通过线缆与所述输入输出端口相连接。
59.在本技术的部分实施例中，所述模拟量输入板卡和所述数字量输入板卡用于将信号从所述电站监控子系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统传递给所述实时数字仿真系统建模工作站。
60.在本技术的部分实施例中，所述模拟量输出板卡和所述数字量输出板卡用于将信号从所述实时数字仿真系统建模工作站，传递给所述电站监控子系统、所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统。
61.在本技术的部分实施例中，所述模拟量输出板卡和所述模拟量输入板卡输出的均为峰峰值
±
10v的电压量信号。
62.在本技术的部分实施例中，所述数字量输出板卡和所述数字量输入板卡输出的均为
±
24v的直流信号。
63.上述基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台中，所述励磁调节子系统与实际发电机励磁调节控制系统一致，通过实时数字仿真系统与真实发电机励磁调节控制系统的闭环测试，最终建立的仿真系统能真实反映发电机励磁调节控制系统控制特性。
64.上述基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台中，所述调速控制子系统与实际发电机调速控制系统一致，通过实时数字仿真系统与真实发电机调速控制系统的闭环测试，最终建立的仿真系统能真实反映发电机调速控制系统控制特性。
65.上述基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台中，所述电站监控子系统与实际发电厂的监控系统一致，通过实时数字仿真系统机网协调特性研究实时仿真平台闭环测试，最终建立的仿真系统能真实反映电厂监控系统控制特性。
66.本发明为一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台，利用机组的励磁调节子系统、调速控制子系统和电站监控子系统与实时数字仿真系统形成闭环的仿真测试系统。所述的励磁调节子系统、调速控制子系统和电站监控子系统采用实际物理装置，采用该系统，可以准确模拟复杂工况下实际励磁调节子系统和调速控制子系统对机组的控制特性。基于该系统，可以研究直流孤岛运行时，发生送端交流故障、直流相关故障下，励磁调节子系统和调速控制子系统的控制特性以及其与直流控制保护的相互影响。
67.由以上技术方案可知，本技术公开的一种基于实时数字仿真系统的机网协调实验平台，涉及电力输电工程技术领域。该装置包括：电站监控子系统、励磁控制子系统、调速控制子系统、实时数字仿真系统建模工作站和输入输出端口。所述电站监控子系统分别与所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站分别通过所述输入输出端口与所述励磁控制子系统和所述调速控制子系统相连接，所述实时数字仿真系统建模工作站通过输出端口与所述电站监控子系统相连接。
68.在实际应用中，本技术在老一代机网仿真平台的基础上进行了优化，采用小信号的方式实现了实时数字仿真系统仿真模型与机组励磁控制子系统、调速控制子系统、电站
监控子系统之间的模拟量信号交互，简化了试验系统，提高了系统仿真误差精度，降低了试验风险。
69.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。