直流控制保护系统仿真平台的工程应用

实际工程的直流控制系统包括很多个控制调节回路，主要包括直流功率和电流控制、电流裕度补偿、定电流调节器、定直流电压控制器、定熄弧角控制、换流变分接头控制等，各个控制调节回路相互配合，共同实现直流系统的稳定运行。为了验证基于PSCAD/EMTDC的直流控制保护系统仿真平台搭建的直流控制系统与实际工程的控制系统的功能与特性的一致性，本书以三峡至常州直流输电工程（简称三常工程）为例进行仿真平台功能验证。

三常工程是我国继葛南直流输电工程后的第一回采用±500kV电压等级的直流输电工程，2003年投入双极运行。首端整流站位于距三峡水电站58km的宜昌龙泉，受端逆变站位于常州政平，距常州500kV武南变电站5km，线路全长约890km。直流主回路建模时所用到相关参数汇总如表31～表33所示。

表31　换流站系统电压频率及直流电压参数

续表

表32　换流站直流系统参数

续表

表33　龙泉换流站换流变压器参数

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实际工程的控制系统通过RTDS构成闭环实时仿真系统，控制器采用与实际工程一致的单重化配置的MACH2系统的外部控制器，具有与现场一致的控制功能并具备相应的保护功能。基于PSCAD/EMTDC的直流控制系统采用本书开发的交直流系统电磁暂态仿真平台搭建，搭建的控制系统模型与实际工程的控制系统应用程序结构相同，采用相同功能的模块以及程序中断周期，构成闭环非实时仿真系统。为仅比较直流控制系统的特性，避免交流系统模型差异对直流控制系统特性产生较大的影响，RTDS与PSCAD仿真模型的交流系统均采用具有系统等值阻抗的无穷大系统。RTDS闭环仿真系统结构如图332所示，所有交直流一次系统均在RTDS中模拟，一次系统结构包括两侧交流系统和交流滤波器场（Station A/B AC system and filter）、直流一次系统（Station A/B DC system）。直流系统的直流电压、电流等模拟量通过RTDS模拟量输出板卡输出至MACH2控制保护系统的IO接口板卡，MACH2控制保护系统输出的触发脉冲通过RTDS数字量输入板卡输入至RTDS的换流阀模型中。

PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统结构如图333所示，所有交直流一次系统、控制保护系统均在PSCAD/EMTDC中仿真，直流系统的直流电压、电流等模拟量输出至控制保护系统回路中，控制系统输出的触发脉冲输入至换流阀模型中完成阀的触发，整个系统也构成一个闭环的离线非实时仿真系统。

PSCAD/EMTDC的直流控制系统模型按照工程实际软件结构搭建，该工程的直流控制系统工控机内除主CPU外，PS803板卡由4个数字信号处理器（DSP）、1个现场可编程阵列（FPGA）以及外围构件组成，直流控制系统仿真模型软件包含的软件功能系统结构如图334所示。

选取直流启停、直流电流阶跃、整流侧和逆变侧交流系统单相和三相故障、直流线路故障五项试验进行直流控制系统动态特性测试及对比。

图3-32　龙政直流工程RTDS闭环仿真系统结构图

图3-33　龙政直流工程PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统结构

图334　直流控制系统仿真模型应用软件系统结构

CFC—换流器触发控制器；VARC—电压和角度参考值计算；TCC—换流变分接头控制；EPC—紧急功率控制；MSQ—控制模式顺序控制；APC—有功功率控制器；RPC—无功功率控制；UCC_MIF—交流电压测量应用程序；CFC_DSP—换流器触发控制应用程序（包括Umin、Amin计算等）；BSQ_DSP—解闭锁顺序控制；CP—触发脉冲；CPT—触发时刻