一种电力异构混合实时仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供的一种电力异构混合实时仿真系统及方法，涉及电力系统技术领域，旨在实现大规模的电力系统的实时仿真，该系统包括：VSC仿真子平台、HVDC仿真子平台以及交流系统仿真子平台。其中：该VSC仿真子平台用于仿真柔性直流输电系统；该HVDC仿真子平台，该HVDC仿真子平台采用第二RTDS仿真器对高压直流输电系统进行仿真模拟，而该交流系统仿真子平台中采用对交流输电系统进行仿真模拟，并利用第一FPGA单元与第二RTDS仿真器进行混合实时仿真接口的交互。本发明专利技术应用于大规模电网中。

Electric power heterogeneous mixing real-time simulation system and method

A heterogeneous power provided by the embodiment of the invention of hybrid real-time simulation system and method, relates to the technical field of electric power systems, to achieve real-time simulation of large-scale power system, the system includes: VSC simulation sub platform, HVDC simulation platform and simulation sub sub system of communication platform. Among them: for the simulation of HVDC system simulation of the VSC sub platform; the HVDC simulation platform, the simulation of HVDC sub platform using second RTDS simulator simulation of HVDC transmission system, and the communication system simulation platform using the AC transmission system for simulation and interactive real-time hybrid simulation interface the first FPGA unit and second RTDS simulator. The invention is applied to large-scale power grids.

【技术实现步骤摘要】
一种电力异构混合实时仿真系统及方法
本专利技术涉及电力系统
，尤其涉及一种电力异构混合实时仿真系统及方法。
技术介绍
近年来，随着国民经济快速发展，我国交直流电力系统也步入了快速发展期，高压直流、MMC-HVDC、STATCOM等大功率电力电子技术的广泛应用，交直流电网规模越来越庞大，系统电力电子化特征越来越明显，系统运行特性也变得更为复杂，这对交直流电力系统仿真提出了更为严苛的要求。为了深入研究分析电力电子化特征明显、多回交直流混联运行的复杂大电网，应以全景仿真规模、重要控制装置接入、与实际电网运行数据接口等技术要求采取合适的仿真手段和仿真工具。但目前国内外已有的仿真工具对此均有一定的局限性，不能很好满足交直流复杂大电网仿真分析的要求。例如，RTDS(RealTimeDigitalSimulator)作为目前国际上广泛使用的商业化电磁暂态实时仿真工具，虽然可以能较为精确地实现电力系统仿真，但是由于受限于仿真规模无法实现大规模的电力系统仿真；电力系统分析软件BPA作为常用的机电暂态仿真程序，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点，然而由于BPA仅仅是一种仿真分析软件，而无法接入外部设备进行实际网络设备中的仿真，因此该仿真输出结果无法真实的反映实际网络设备的情形，不具备实时仿真的功能。因此，提供一种能够实现大规模的实时仿真系统是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种电力异构混合实时仿真系统及方法，能够实现大规模的电力系统的实时仿真。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：本专利技术实施例的第一方面，提供一种电力异构混合实时仿真系统，包括：电压源换流器VSC仿真子平台，所述VSC仿真子平台包括：相互连接的VSC实时仿真器和VSC控制装置，其中，所述VSC实时仿真器用于仿真VSC设备，所述VSC控制装置用于控制所述VSC实时仿真器仿真出的VSC设备的运行状态，其中：所述VSC实时仿真器包括第一实时数字仿真RTDS仿真器；高压直流输电HVDC仿真子平台，所述HVDC仿真子平台包括：相互连接的第二RTDS仿真器和直流控制装置，所述第二RTDS仿真器用于仿真HVDC系统，所述直流控制装置用于从所述第二RTDS仿真器获取所述第二RTDS仿真器的仿真数据，并向所述第二RTDS仿真器反馈控制命令；交流系统仿真子平台，所述交流系统仿真子平台包括：相互连接的并行计算机和第一现场可编程门阵列FPGA单元，所述并行计算机用于仿真交流系统；所述第一RTDS仿真器与所述第二RTDS仿真器通过总线集线器GBH和通信交换器IRCSwitch连接，所述第一FPGA单元与所述第二RTDS仿真器通过光纤连接，用于实现所述并行计算机与所述第二RTDS仿真器之间的通信。可选的，所述VSC实时仿真器还包括：第二FPGA单元，所述第二FPGA单元与所述VSC控制保护装置光纤连接，其中：所述第二FPGA单元用于仿真模块化多电平换流器MMC子模块，所述VSC控制装置用于控制所述第二FPGA单元仿真出的MMC子模块的运行状态；第二FPGA单元与所述第一RTDS仿真器光纤连接，其中：所述第一RTDS仿真器用于仿真与MMC子模块连接的外部电路，所述第二FPGA单元用于将阀组状态传输至所述第一RTDS仿真器，所述第一RTDS仿真器用于将阀组参数传输至所述FPGA单元。可选的，所述HVDC仿真子平台还包括：直流人机界面HMI，所述直流HMI与所述直流控制装置数据连接，所述直流HMI用于向所述直流控制装置发送操作命令，并接收所述直流控制装置返回的所述HVDC系统状态。示例性的，所述VSC控制装置包括：MMC阀级控制、MMC站级控制以及MMC系统级控制，所述MMC阀级控制分别与MMC站级控制、第二FPGA单元光纤连接，所述MMC站级控制与所述MMC系统级控制光纤连接；所述MMC系统级控制用于向MMC站级控制发送运行指令，并接收所述MMC站级控制返回的运行状态信息；所述MMC站级控制用于向所述MMC阀级控制发送检测MMC子模块运行状态的指令，并接收所述MMC阀级返回的MMC子模块导通个数的运行信息；所述MMC阀级控制用于控制所述第二FPGA单元仿真出的MMC子模块的运行状态。具体的，所述第二FPGA单元还用于仿真计算第一元件，仿真步长为2-3μs，所述第一元件包括：阀组和桥臂电抗；所述第一RTDS仿真器用于仿真的所述外部电路中的元件包括第二元件和第三元件，所述第二元件的仿真步长为50-100μs，所述第三元件的仿真步长为2-3μs，所述第二元件包括交流母线和主断路器，所述第三元件包括旁路断路器、启动电阻以及直流线路。具体的，所述第一FPGA单元将所述并行计算机每个仿真步长得到的交流母线电压以及相角信息发送至所述第二RTDS仿真器，所述第二RTDS仿真器将仿真的功率信息和时间同步信号发送至所述第一FPGA单元。示例性的，所述第一FPGA单元的型号为ML605，所述第一FPGA与所述并行计算机通过总线接口PCI-E连接。具体的，所述第二RTDS仿真器用于第四元件的仿真，所述第四元件的仿真步长为50-100μs，所述第四元件包括阀桥、换流变换器、平波电抗器、直流线路、滤波器以及避雷器；还用于将信号状态量发送至直流控制装置，所述信号状态量包括信号的模拟量和开关量。本专利技术实施例的第二方面，提供一种应用于第一方面所述的系统的仿真方法，所述方法包括：根据系统中各设备的运行数据在交流系统仿真子平台中的并行计算机中建立交流系统的机电暂态模型；根据HVDC系统的运行数据在HVDC仿真子平台的第二RTDS仿真器中建立HVDC系统的电磁暂态仿真模型；根据系统中各设备的运行数据在VSC仿真子平台中建立VSC设备的电磁暂态模型；启动VSC仿真子平台中VSC控制装置的第一保护程序和HVDC仿真子平台中直流控制装置的第二保护程序；启动所述电磁暂态模型进行仿真，以便于电磁暂态模型通过向交流系统仿真子平台中的第二FPGA单元发送时间同步信号启动机电暂态模型进行机电暂态仿真。示例性的，所述根据系统中各设备的运行数据在VSC仿真子平台中建立VSC设备的电磁暂态模型，具体包括：根据系统各设备的运行数据在VSC仿真子平台中的第一RTDS仿真器中建立VSC设备的外部电路的电磁暂态仿真模型，在VSC仿真子平台中的第二FPGA单元中建立VSC设备自身的电磁暂态模型。本专利技术实施例提供的电力异构混合实时仿真系统及方法，该系统中的VSC仿真子平台实现了快速电磁暂态过程的模拟仿真、HVDC仿真子平台实现了常规电磁暂态过程的模拟仿真以及交流系统仿真子平台实现了机电暂态过程的模拟仿真，使得该系统能够实现多种暂态过程的模拟仿真，利用交流系统仿真子平台中的并行计算机多路同时运算的特点实现了大规模的交流输电系统仿真，以及利用VSC仿真子平台和HVDC仿真子平台中的RTDS仿真器实现常规的交直流输电系统的仿真，使得该系统能够实现大规模的电力系统的实时仿真；另一方面，该系统中VSC仿真子平台和HVDC仿真子平台中的RTDS仿真器能够与外部设备(例如控制装置或保护装置)连接，使得该系统能够接收外部的输入，从而真正的实现实际网络电力系统中的实时模拟仿真；此外，利用FPGA单元和RTDS仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力异构混合实时仿真系统，其特征在于，包括：电压源换流器VSC仿真子平台，所述VSC仿真子平台包括：相互连接的VSC实时仿真器和VSC控制装置，其中，所述VSC实时仿真器用于仿真VSC设备，所述VSC控制装置用于控制所述VSC实时仿真器仿真出的VSC设备的运行状态，其中：所述VSC实时仿真器包括第一实时数字仿真RTDS仿真器；高压直流输电HVDC仿真子平台，所述HVDC仿真子平台包括：相互连接的第二RTDS仿真器和直流控制装置，所述第二RTDS仿真器用于仿真HVDC系统，所述直流控制装置用于从所述第二RTDS仿真器获取所述第二RTDS仿真器的仿真数据，并向所述第二RTDS仿真器反馈控制命令；交流系统仿真子平台，所述交流系统仿真子平台包括：相互连接的并行计算机和第一现场可编程门阵列FPGA单元，所述并行计算机用于仿真交流系统；所述第一RTDS仿真器与所述第二RTDS仿真器通过总线集线器GBH和通信交换器IRC Switch连接，所述第一FPGA单元与所述第二RTDS仿真器通过光纤连接，用于实现所述并行计算机与所述第二RTDS仿真器之间的通信。

【技术特征摘要】
1.一种电力异构混合实时仿真系统，其特征在于，包括：电压源换流器VSC仿真子平台，所述VSC仿真子平台包括：相互连接的VSC实时仿真器和VSC控制装置，其中，所述VSC实时仿真器用于仿真VSC设备，所述VSC控制装置用于控制所述VSC实时仿真器仿真出的VSC设备的运行状态，其中：所述VSC实时仿真器包括第一实时数字仿真RTDS仿真器；高压直流输电HVDC仿真子平台，所述HVDC仿真子平台包括：相互连接的第二RTDS仿真器和直流控制装置，所述第二RTDS仿真器用于仿真HVDC系统，所述直流控制装置用于从所述第二RTDS仿真器获取所述第二RTDS仿真器的仿真数据，并向所述第二RTDS仿真器反馈控制命令；交流系统仿真子平台，所述交流系统仿真子平台包括：相互连接的并行计算机和第一现场可编程门阵列FPGA单元，所述并行计算机用于仿真交流系统；所述第一RTDS仿真器与所述第二RTDS仿真器通过总线集线器GBH和通信交换器IRCSwitch连接，所述第一FPGA单元与所述第二RTDS仿真器通过光纤连接，用于实现所述并行计算机与所述第二RTDS仿真器之间的通信。2.根据权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述VSC实时仿真器还包括：第二FPGA单元，所述第二FPGA单元与所述VSC控制保护装置光纤连接，其中：所述第二FPGA单元用于仿真模块化多电平换流器MMC子模块，所述VSC控制装置用于控制所述第二FPGA单元仿真出的MMC子模块的运行状态；第二FPGA单元与所述第一RTDS仿真器光纤连接，其中：所述第一RTDS仿真器用于仿真与MMC子模块连接的外部电路，所述第二FPGA单元用于将阀组状态传输至所述第一RTDS仿真器，所述第一RTDS仿真器用于将阀组参数传输至所述FPGA单元。3.根据权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述HVDC仿真子平台还包括：直流人机界面HMI，所述直流HMI与所述直流控制装置数据连接，所述直流HMI用于向所述直流控制装置发送操作命令，并接收所述直流控制装置返回的所述HVDC系统的系统状态。4.根据权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述VSC控制装置包括：MMC阀级控制、MMC站级控制以及MMC系统级控制，所述MMC阀级控制分别与MMC站级控制、第二FPGA单元光纤连接，所述MMC站级控制与所述MMC系统级控制光纤连接；所述MMC系统级控制用于向MMC站级控制发送运行指令，并接收所述MMC站级控制返回的运行状态信息；所述MMC站级控制用于向所述MMC阀级控制发送检测MM...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧开健，李鹏，伍文聪，郭琦，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东,44