探讨高压供电规划设计及仿真软件研究

探讨高压供电规划设计及仿真软件研究

李嘉怡

（东莞电力设计院523413）

摘要：文中详细论述了多种设备的配置，高压直流输电一次物理模型和二次部分的结构优化，控制保护系统软硬件的调整和修改，设备间接口的设计，以及通过适当的通信系统实现直流输电模拟仿真系统的一次模型与控制保护系统间互联，与其他直流、交流仿真系统及其自动控制装置的连接，并通过后台及数据采集系统实现对系统的监控，仿真系统的基本功能、硬件系统和软件的组成，重点介绍了该系统中模拟量运算与控制软件的设计从而建成完整的数模混合式高压直流输电仿真系统的工作.

1.由于高压直流输电系统在大功率远距离输电和

非同步联网方面具有诸多优势，近几年来在我国的应用日益广泛，远距离高压直流输电工程已成为国家实施“西电东送、南北互供、全国联网”战略中投资、经营的重点，国家计划在201。年前后建成多达2。多个超高压直流输电工程。面对日益增加的高压直流输电工程和日益复杂的全国互联电网系统，迫切需要深入研究直流输电及其与电网互联的关键技术，

1.1.数模混合直流输电装置90世纪80年代，与我国第1条高压直流输电系统（葛南工程）配套，国内从原BBC公司引进了数模混合式直流输电仿真装置。该装置在推动我国高压直流输电技术的发展过程中发挥了巨大的作用。

90年代以来，全数字实时仿真技术得到发展开发出商业化的装置，随着计算机硬件技术的发展和数学模型、计算方法的改进，采用不同的硬件和计算方法的全数字实时仿真装置不断完善，它们各有特点如9。年代初加拿大曼尼托巴直流中心的RTDS、9。年代末法国电力公司的ARENE、近期加拿大TET公司HYPERSIM、中国电力科学研究院的ADPSS等。全数字实时仿真装置的优点是维护和建模方便，使用灵活，但在模拟换流阀等大功率电力电子器件的快速电磁暂态过程时其精确度还有待于研究提高。通过今后进一步的开发完善，全数字实时仿真在电力系统研究和控制保护装置研发验证等方面将得到更加广泛的应用。但是，在以下几方面，数模混合仿真装置具有自身的优势：①与全数字实时仿真相比，在换流变压器和换流阀等应用物理器件的模拟方面，数模混合式仿真装置能更准确地反映实际的暂态物理过；②由于直流输电系统的控制保护装置功能繁多、逻辑复杂，在直流输电工程的控制和保护设备的研发、系统调试研究、现场事故分析和运行维护、直流输电控制保护策略研究与优化等工作中，只有实际的直流控制保护装置才能满足要求，而目前的全数字实时仿真技术只限于其基本功能的模拟；③随着计算机和电子技术的发展，数模混合式仿真技术亦在不断地进步；④在直流输电技术研发和应用方面，数模混合式直流仿真技术和装置在未来相当长的时间内仍有巨大的发展潜力。

2.模拟量运算和控制软件设计

本系统中把模拟量的运算与控制任务分配在3号工业控制机。具体内容包括：①检测系统状态，并根据系统状态实时地、准确地计算系统潮流，并把最终结果加以整理发出，使控制屏的表计正确指示；②接受经上位机转发来的教练机指令，对欲演项目进行处理，从而控制变电站的表计按演示项目的要求指示。程序整体框图如图1所示。

图一3号下位机软件总体框图

3系统的建立和优化

3.1各分部分的建立和优化

实际的高压直流工程相似，直流输电仿真系统分为一次系统与二次系统两大部分。其中：一次系统包括模拟高压直流输电系统一次设备的仿真元件，如换流阀、换流变压器、交/直流滤波器、输电线路等；二次系统包括控制与保护设备和后台监控通信设备等。虽然不同的直流仿真系统的一次系统的物理模型有所差别，不同的直流控制保护技术各有特点，但是，仿真系统的建立都要解决系统优化等问题。以下介绍仿真中心利用上述最新合作开发的直流仿真装置建成的数模混合式直流仿真系统，其经验可供其他仿真系统参考。

3.2一次系统的建立和优化数模混合式

直流输电仿真系统的一次系统是通过接线柜连接无源与有源模拟仿真元件和设备构成的，其中，无源元件包括换流变压器（带有载调压功能）、电阻、电容、电抗器等；有源元件包括换流阀、开关、负阻、电流和电压传感器等。目前，仿真中心采用的模拟元件的额定电压等级通常为100V。虽然物理模拟可以更完整、真实、形象地反映暂态过程，但是，物理模型的建立必然要受到模拟元件特性、容量、数量及试验场地、人员配置等因素的制约田“〕。保证物理模型的仿真精确性，同时最大限度利用仿真能力，针对不同的设备特点，需要采取不同的措施方法，例如：

1）针对按比例缩小的仿真系统产生的不成比例的高损耗及物理元件的非理想特性，通过采取补偿或减小元件电阻等措施、使之达到合理的损耗水平。

2）在对具体工程进行系统研究时，结合各工程的情况，首先进行系统等值，确定各模型元件的参数；然后，再按照实际工程的配置和接线方式，连接上述各物理模型，组成与研究系统相对应的各种直流输电仿真系统`一次模型。图1为典型的双极长距离高压直流输电.系统物理模型的组成结构

图二：双极长距离高压直流输电系统模型

3.2.1换流变压器换流变压器物理模型为三相三绕组有载调压变压器，采用饱和变压器T；与线性变压器T，串联的结构。该换流变压器物理模型可以根据仿真试验的需要，调整模型一次侧与二次侧的匝数比得到相应变比为保证变压器饱和前后的变比不变通过调整与线性变压器并联的线性电抗五。可以准确模拟实际变压器饱和后励磁特性的斜率。换流变压器模型装设的有载分接开关，其构成及工作原理与实际换流变压器相同，与直流控制保护装置配合，能够很好地模拟直流输电系统运行中实际换流变压器有载分接开关的动态调节过程。

3.3二次系统的建立和优化

仿真中心此次引进的直流控制保护系统（包括后台）等二次系统具备以下功能：①与实际直流工程基本相同的双极直流系统的控制和保护功能（不考虑冗余和切换功能）；②便于与不同直流输电主回路模型连接运行；③研究所需的硬件和软件扩展空间。

为了提高仿真试验效率，提高设备可靠性，并兼顾研究的方便性及投资等因素，这部分软、硬件的优化和改进过程，一方面突出仿真装置的系统分析和控制保护性能研究的功能，另一方面对非系统研究部分的内容有所弱化。直流仿真二次系统所做的主要改造工作包括）取消控制和直流保护的冗余在实际直流输电系统中，为了提高直流控制和保护系统的可靠性和可用率，极控通常采用二选一，直流保护系统则通常为三选二或四选二。实际工程中，冗余系统之间切换要涉及工程中大量一次、二次设备的配置和运行状况判断。鉴于在系统研究时，它不是仿真系统研究的重点，因此，在仿真系统中取消了控制和直流保护的冗余和切换功能。与此同时，保留控制和直流保护的全部重要性能和功能。

3.4优化站控系实际高压直流

输电工程站控系统庞大复杂。建立仿真系统时，对其进行大幅度优化，突出站控中与极控等系统性能和状态密切相关的部分，包括交/直流场重要开关的联锁和顺序操作、涉及无功控制的交流滤波器投切，

3.5优化通信系统

高压直流输电工程中，通过站内、站间通信体系连接众多监控设备。在仿真系统中，结合仿真的具体设备，保留控制、保护和后台之间的信息交换方式和途径，同时，对其他部分的通信接口等进行恰当处理。在下面的接口部分，将进行详尽的说明。通过上述改进后，仿真系统的软硬件结构更加紧凑，维护、使用和分析问题更加便利和快捷。

结束语

我国通过常规高压直流输电系统成套设计引进技术和成果的消化、吸收、再创新，已经掌握了常规直流输电系统成套设计的核心技术，具备了独立承担特高压直流输电工程的系统研究和成套设计能力。通过解决一系列关键技术问题，我国的特高压直流输电工程的系统研究和成套设计技术将达到国际先进水平。

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[2]龚彧.关于配电网电力工程技术问题分析及其施工安全的思考.科技创新导报，2015，3

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[5]于德龙，张琳东北电业职工大学（110015）变电运行仿真系统模拟量运算与控制软件设计

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