基于adpss的svc控制器閉環檢測平臺及自定義建模方法
【專利摘要】本發明公開了基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺，包括工作終端、計算單元、物理接口裝置、功率放大器、SVC控制器和錄波器，所述工作終端與計算單元之間以及計算單元與物理接口裝置之間均通過以太網連接，所述物理接口裝置將各濾波支路開關位置信號傳輸給SVC控制器，SVC控制器將TCR支路晶閘管投切控制量和各濾波支路的開關投切信號傳輸給物理接口裝置。本發明采用上述結構，能夠克服了以往混合仿真方式受仿真規模限制的缺點，為交直流混聯大電網下校驗SVC動態性能和功能完整性提供了很好的試驗平臺和試驗手段，為現場實施提供指導意見，為SVC裝置能夠在實際電網中安全穩定運行打下堅實的基礎。
【專利說明】基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺及自定義建模方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統仿真領域，具體是基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺及自定義建模方法。

【背景技術】
[0002]隨著電力系統的發展，電力系統的穩定性已成為人們關注的主要問題。為了提高電力系統的輸電能力，一般通過安裝靜止型動態無功補償裝置SVC來提高電壓穩定性。SVC一般由TCR和各次諧波的濾波支路構成，通過控制TCR中晶閘管的開通角度來改變阻抗特性，提供可調的感性無功功率，通過控制各濾波支路的開關提供不同容量的容性無功功率。尤其是隨著特高壓電網的不斷建設，特高壓交流輸電線路的充電功率大，無功功率隨著輸送有功功率變動大，無功分層、電壓控制難度大。在特高壓交流輸電通道上安裝大容量SVC裝置，有助于在故障下緊急釋放儲備的無功功率，增強電網電壓支撐能力，提高輸送容量和暫態穩定極限，有效阻尼功率振蕩。
[0003]在實際SVC工程項目實施之前，系統規劃、控制策略設計和整體裝置測試是基本的先決條件。在規劃和設計階段主要通過非實時計算機仿真軟件如PSASP、MATLAB等進行仿真計算，而完整地實施SVC項目還需要在設備安裝、投運之前利用仿真系統對所設計的實際設備進行閉環測試，考核控制器的動態特性，以驗證其控制和保護系統的性能是否滿足設計要求。
[0004]從國際上的研究趨勢來看，目前基本都是采用混合實時仿真手段完成外接電力電子控制器的動態測試，將電力電子裝置與計算機模擬元件結合起來，但是這些仿真技術在實時性方面存在瓶頸。近年來，基于全數字實時仿真系統的控制保護裝置的閉環試驗平臺逐漸得以推廣和應用。該試驗平臺利用數字仿真方法模擬實際電力系統，通過數字-物理仿真接口將SVC控制器接入仿真系統，對SVC裝置進行閉環試驗。與基于動態模擬實驗室的閉環試驗相比，這種建模和試驗方法更為簡單靈活，如基于加拿大的RTDS (Real TimeDigital Simulator,實時數字仿真裝置)建立了 SVC裝置的閉環試驗平臺，但是該平臺受仿真節點和仿真規模的限制，可模擬的電網規模較小，無法滿足互聯大電網下SVC動態性能測試的需要。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺及自定義建模方法，克服了以往混合仿真方式受仿真規模限制的缺點，為交直流混聯大電網下校驗SVC動態性能和功能完整性提供了很好的試驗平臺和試驗手段，為現場實施提供指導意見，為SVC裝置能夠在實際電網中安全穩定運行打下堅實的基礎，同時還能提高后續含SVC模型的電網仿真分析和研究的精確性。
[0006]本發明為實現上述目的，采用以下技術方案實現:基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺，包括工作終端、計算單元、物理接口裝置、功率放大器、SVC控制器和錄波器，所述工作終端與計算單元之間以及計算單元與物理接口裝置之間均通過以太網連接，所述物理接口裝置將各濾波支路開關位置信號傳輸給SVC控制器，SVC控制器將TCR支路晶閘管投切控制脈沖和各濾波支路的開關投切信號傳輸給物理接口裝置，所述功率放大器將物理接口裝置傳來的電壓或電流信號放大后傳輸給SVC控制器，所述錄波器接收SVC控制器發出的開關位置信號和控制脈沖信號，并記錄功率放大器輸出的信號。
[0007]工作終端主要用于搭建基于機電-電磁混合仿真的工程文件，實現電網數據和拓撲錄入、機電-電磁子網劃分、SVC主電路的電磁建模和參數設置、模擬量和數字量的輸入輸出接口配置及后續的用戶自定義SVC建模等，根據用戶需求靈活模擬電網的各種運行方式，實現機電暫態和電磁暫態計算。
[0008]計算單元為ADPSS仿真平臺的程序處理單元，主要負責接受工作終端上傳的計算任務，按照用戶預先設定的運行或故障方式模擬電網運行情況。該計算單元由控制節點和計算節點群組成，其中計算節點群是一組相互獨立、通過高速網絡互聯的機群服務器節點，通過調度服務器加以管理，可充分利用機群中每個計算節點的資源，實現復雜電力系統的各種類型故障的模擬，并行處理各機電子網和電磁子網提交的任務，實現數據的實時通訊。
[0009]物理接口裝置則用于實現模擬量和數字量的輸入輸出，主要由A0、D0、D1、AI四種類型的板卡組成。根據工作終端的相關設置，一方面，將電壓/電流等模擬量通過物理接口裝置的模擬量輸出AO通道傳送給功率放大器，最終發送給SVC控制器，將各濾波支路的開關位置信號等數字量通過物理接口裝置的數字量輸出DO通道直接傳送給SVC控制器；另一方面，通過數字量輸入DI通道接收SVC控制器發出的TCR支路晶閘管投切控制量和各濾波支路的開關投切信號。
[0010]功率放大器包含一組線性電壓電流功率放大器單元，將AO通道輸出的信號合理線性化放大至SVC控制器所能接收的電壓范圍，同時也要確保信號不失真。
[0011]SVC控制器則為被檢測對象，主要集成了電壓電流互感器、信號調理板、信號采樣板和控制板。SVC控制器從功率放大器獲取電壓、電流信號，經過信號調理后對各路模擬量進行采樣，根據控制算法計算后產生晶閘管的觸發脈沖信號和各濾波支路的投切控制信號，回傳給物理接口箱相應配置的DI通道。通過將SVC控制器接入基于ADPSS仿真的大規模電力系統中，可以較為精確地模擬和校驗SVC在各種系統運行方式下的動態控制策略及暫態控制行為對電網輸送容量和提高系統阻尼的影響。
[0012]進一步地，作為優選方案，所述物理接口裝置與功率放大器之間通過屏蔽信號線連接，功率放大器、SVC控制器、物理接口裝置以及錄波器之間通過導線連接。
[0013]一種采用上述檢測平臺實現自定義建模的方法，包括以下步驟:
(a)建立SVC三個控制環節的傳遞函數，繪制各功能框圖，建立各功能框圖之間的連接關系并指定輸入輸出關系，手動輸入各傳遞函數中相關參數的實際值，最終將SVC控制模型作為一個可變導納注入電網模型中；
(b)對所述的用戶自定義SVC模型各個模塊進行輸入輸出的邏輯測試，判斷其輸入輸出是否滿足期望值的要求，判斷動作行為是否合理；對所述SVC模型進行初值平衡，當模型的初始輸出與PSASP穩定計算的初始狀態不吻合時，找出輸出值不合理控制框和SVC模型的平衡條件，根據這一平衡條件對SVC模型進行反復處理，確保初值平衡；
(C)將糾錯完畢后的SVC自定義模型固化在用戶模型庫中，在應用前需通過數據轉換，先將其分別轉換為系統模型描述文件SYSMODEL.MST和用戶自定義模型描述文件UDLIB.MST，再分別轉換成程序直接應用的模型參數庫文件SYSMODEL.DST和UDLIB.DST，此外還需轉換成初值計算的模型參數文件SYSMODEL.1NT和UDLIB.1NT ；
Cd)完成SVC自定義建模后，設置基于ADPSS的實際SVC控制器相同的故障形式，對相同母線的電壓、線路有功功率以及TCR的無功出力進行記錄，并與閉環測試結果進行逐一對比和分析，考核兩種方式下SVC模型的一致性，為后續SVC并網對整個電網安全穩定分析提供強有力的仿真手段。
[0014]進一步地，作為優選方案，所述步驟(b)的具體過程如下:
(bl)對單一平衡條件、單一平衡點和全模型的一次平衡:針對一個輸出不合理的控制框，列出一個平衡條件，在SVC模型的相應控制框輸入處疊加一個常數，使得SVC模型所有初值不合理的功能框輸出合理化，從而實現SVC全模型的初值平衡；
(b2)對于多個平衡條件和多個平衡點，則需要分模塊實現各自平衡:針對多個初始輸出不合理的控制框，列出多個平衡條件，對SVC模型不同控制框進行逐一問題排查，確保控制框的各自平衡。
[0015]本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果:
(I)本發明提出一種基于全數字實時仿真系統ADPSS的SVC控制器測試平臺及SVC自定義建模方法。通過搭建真實的電網仿真模型并外接實際的SVC控制器，不需要對實際電網進行等值和簡化處理，能夠充分地反映系統的真實穩態特性和動態特性，具有很高的可信度。
[0016](2)本發明提供的閉環測試平臺克服了以往混合仿真方式受仿真規模限制的缺點，為交直流混聯大電網下校驗SVC動態性能和功能完整性提供了很好的試驗平臺和試驗手段，為現場實施提供指導意見，為SVC裝置能夠在實際電網中安全穩定運行打下堅實的基礎。
[0017](3 )本發明采用基于ADPSS平臺的SVC控制器自定義建模及模型一致性測試，代替實際SVC裝置接入系統進行仿真模擬，提高后續含SVC模型的電網仿真分析和研究的精確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的測試平臺結構示意圖；
圖2為SVC控制策略示意圖；
圖3為HB線路發生三相短路接地故障后，基于ADPSS的實際SVC控制器測試結果；
圖4為HB線路發生三相短路接地故障后A機組-B機組的功角曲線圖；
圖5為基于ADPSS的SVC部分自定義模型；
圖6為采用SVC實際控制器時，母線電壓、線路有功、TCR無功曲線；
圖7為采用SVC自定義模型時，母線電壓、線路有功、TCR無功曲線。

【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0020]實施例1: 如圖1所示，本實施例所述的基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺，包括工作終端、計算單元、物理接口裝置、功率放大器、SVC控制器和錄波器，工作終端與計算單元之間以及計算單元與物理接口裝置之間均通過以太網連接，物理接口裝置將各濾波支路開關位置信號傳輸給SVC控制器，SVC控制器將TCR支路晶閘管投切控制脈沖和各濾波支路的開關投切信號傳輸給物理接口裝置，功率放大器將物理接口裝置傳來的電壓或電流信號放大后傳輸給SVC控制器，錄波器接收SVC控制器發出的開關位置信號和控制脈沖信號，并記錄功率放大器輸出的信號，本實施例中，物理接口裝置與功率放大器之間通過屏蔽信號線連接，功率放大器、SVC控制器、物理接口裝置以及錄波器之間通過導線連接。
[0021]SVC控制器閉環檢測平臺搭建好之后，對SVC控制器的動態調節和暫態控制策略進行檢測。如圖2所示，SVC控制策略主要包括三個部分，分別是暫態強補控制、暫態電壓控制和阻尼控制。當系統正常無故障時，SVC則運行在穩態運行點；暫態強補控制是在電網發生嚴重故障時SVC投入的功能，為提高暫態強補控制投入的可靠性，同時考慮SVC安裝位置的實際情況，潮流方向和大小存在不確定的因素，則將SVC安裝處主變高壓側母線電壓V任意一相低于70%的額定電壓作為進入暫態強補的門檻值Vset，投入暫態強補的時間T視電網實際情況而定，一般取ls，暫態強補控制環節形成導納指令& ;暫態電壓控制則為基本電壓控制，只有在系統發生故障時才投入該項功能，進入條件為SVC安裝處主變高壓側母線電壓有效值低于90%的額定值，同時需要經過一定時間的確認延時,一般取10毫秒,將參考電壓Vkef與母線電壓V作差，通過電壓控制環對其誤差進行跟蹤控制；退出條件為電壓V高于94%的額定電壓值，退出也需要一定的確認延時，視電網從故障情況恢復到穩態的情況而定，一般取3?4s，當確認延時達到后，SVC控制模式則由暫態電壓控制轉移到穩態控制功能，暫態電壓控制環節形成導納指令久；阻尼控制環節則選取SVC安裝變電站高壓側出線的有功功率或者電流有效值作為輸入信號，通過隔直環節和移相環節，使SVC在較大范圍內能夠有效地抑制系統的低頻振蕩，提高系統的阻尼作用，阻尼控制環節最終形成導納指令 Bpsdc。
[0022]為了測試SVC三種控制策略的有效性，在ADPSS仿真平臺中模擬電網發生不同類型的電網故障，主要包括線路和主變的三相短路接地故障等，考核SVC在各種情況下的暫態強行補償功能、暫態電壓控制功能以及對系統阻尼控制功能等。通過錄波器記錄母線電壓波形、TCR無功出力波形、線路有功功率、TCR輸出脈沖信號、各濾波支路的開關位置信號等，用于檢測SVC是否按照設置的門檻值進入各控制環節中，同時檢驗SVC控制是否合理，是否對提高系統暫態穩定性和系統阻尼起到了積極的作用。
[0023]為了說明SVC控制策略的有效性，下面以HB線路發生三相短路接地故障的測試結果為例。圖3給出了該故障方式下TCR的無功出力QraoSVC安裝點主變高壓側母線線電壓Uab、主變高壓側出線的有功功率Pl以及出線電流Ia的實驗波形圖。如圖3所示，當故障發生后，TCR迅速釋放穩態時的無功儲備，根據安裝點高壓側母線線電壓Uab和變電站高壓側出線的有功功率Pl動態調整TCR的等效導納，實現對SVC注入系統的無功功率Qrai的動態調節，TCR的最大出力和最小出力差值基本上為TCR總容量的100%，實現了 TCR安裝容量的充分利用，從而證實了暫態強補功能的合理性。
[0024]表I則給出了在HB線路發生三相短路接地故障后的動態調節過程中，第二擺母線電壓、線路有功功率和TCR無功出力的最大值和最小值。
[0025]表I第二擺母線電壓、線路有功功率和TCR無功出力的最大值和最小值情況母線電壓φ.ιι.) 線路有功(MW) TCR出力(MVar)
最高最低差值最高最低差值最高最低差值
1.02 0.96 0.06174

1329 795 5340.93 173
86 4 52
圖4則對未投入SVC和投入SVC控制器兩種方式下，發生HB線路三相短路接地故障后Α、B機組間的功角差對比情況，分別對應灰色和黑色曲線。不難看出，投入SVC后，機組間的功角振蕩幅度有所減小，功角振蕩的時間明顯縮短，系統阻尼比由未投入時的3.08%提高到投入后的4.07%，從而證實了 SVC的暫態強補和阻尼調節功能的有效性，表明SVC有助于遠距離輸電系統功率振蕩的平息。
[0026]為方便電力系統相關工作人員進行含有SVC模型的離線分析計算，而ADPSS平臺的機電暫態計算模塊PSASP是目前通用的電力系統分析程序，已成為分析電網運行情況的必要手段。在PSASP中尚有典型的SVC控制器模型，但是與實際SVC控制器在各控制環節構思和具體框圖方面存在一定的偏差。為了較為真實地反映實際SVC控制策略，本發明利用ADPSS提供的用戶自定義模型接口模塊，在ADPSS機電暫態平臺對SVC實際控制器的數學模型進行詳細仿真，代替實際SVC裝置接入系統進行仿真模擬。
[0027]采用用戶自定義模型接口模塊搭建SVC自定義模型的具體步驟如下:
(a)建立SVC三個控制環節的傳遞函數，繪制各功能框圖，建立各功能框圖之間的連接關系并指定輸入輸出關系，手動輸入各傳遞函數中相關參數的實際值，最終將SVC控制模型作為一個可變導納注入電網模型中。圖5給出了基于ADPSS的SVC自定義模型的其中一部分，根據用戶自定義模型提供的代數運算、基本函數運算、邏輯控制運算、線性和非線性函數運算等搭建基本功能框，設置各功能框的輸入輸出信息及相應的內部系數等。
[0028](b)對所述的用戶自定義SVC模型各個模塊進行輸入輸出的邏輯測試，判斷其輸入輸出是否滿足期望值的要求，判斷動作行為是否合理；對所述SVC模型進行初值平衡，當模型的初始輸出與PSASP穩定計算的初始狀態不吻合時，找出輸出值不合理控制框和SVC模型的平衡條件，根據這一平衡條件對SVC模型進行反復處理，確保初值平衡。具體步驟和處理方法如下:
(bl)對單一平衡條件、單一平衡點和全模型的一次平衡:針對一個輸出不合理的控制框，列出一個平衡條件，在SVC模型的相應控制框輸入處疊加一個常數，使得SVC模型所有初值不合理的功能框輸出合理化，從而實現SVC全模型的初值平衡；
(b2)對于多個平衡條件和多個平衡點，則需要分模塊實現各自平衡:針對多個初始輸出不合理的控制框，列出多個平衡條件，對SVC模型不同控制框進行逐一問題排查，確保控制框的各自平衡。
[0029](C)將糾錯完畢后的SVC自定義模型固化在用戶模型庫中，在應用前需通過數據轉換，先將其分別轉換為系統模型描述文件SYSMODEL.MST和用戶自定義模型描述文件UDLIB.MST，再分別轉換成程序直接應用的模型參數庫文件SYSMODEL.DST和UDLIB.DST，此外還需轉換成初值計算的模型參數文件SYSMODEL.1NT和UDLIB.1NT。用戶模型庫、參數庫和模型參數文件均存放在數據目錄下的認18\子目錄中，可拷貝供多人使用。用戶在進行暫穩計算時，選擇UD模型調用，填寫相應SVC自定義模型號，進行控制參數編輯，關聯相關母線和支路即可。
[0030](d)完成SVC自定義建模后，設置基于ADPSS的實際SVC控制器相同的故障形式，對相同母線的電壓、線路有功功率以及TCR的無功出力進行記錄，并與閉環測試結果進行逐一對比和分析，考核兩種方式下SVC模型的一致性，為后續SVC并網對整個電網安全穩定分析提供強有力的仿真手段。通過SVC自定義建模，方便在PSASP平臺對系統的各種類型故障進行全方位掃描，及時預見SVC可能對系統起到反作用的情況，并針對一些可能產生的穩定性問題提供預見性的解決措施，為提高SVC的運行能力提供技術保障。
[0031]下面以DS線路發生三相短路接地故障為例，對實際SVC控制器和SVC自定義模型兩種方式下的測試結果進行對比。圖6和圖7為當DS線路發生三相短路接地故障，分別采用基于ADPSS的SVC實際控制器和自定義模型仿真時，SVC安裝點主變高壓側母線電壓、線路有功功率和TCR無功功率波形圖。為了精確對比兩種控制器模型的一致性，表2~表4分別對故障后兩種模式下線路有功功率前三擺的最大最小值、高壓側母線電壓和TCR無功出力以及3條特高壓母線的最低電壓進行對比。
[0032]結合波形和數據對比得知，兩種模式下線路有功功率在故障后前三擺的振蕩周期均分別為2.94s,2.81s,2.9s，振蕩模式一致；采用自定義模型仿真時，故障后TCR動態輸出包含約Is的暫態強補過程，與實測SVC實際控制器時的結果一致。暫態強補過程結束后，采用自定義模型仿真的TCR無功功率變化趨勢與實際控制器的變化趨勢大致相同，只是動態調節過程有細微的差別，母線電壓、線路有功功率變化趨勢也大致相同，各特高壓母線電壓在故障后的最低值偏差最大為0.017p.u.，由此說明SVC自定義模型和SVC實際控制器的特性大致相同。
[0033]表2 DS線路三相短路接地故障后線路有功功率對比

【權利要求】
1.基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺，其特征在于:包括工作終端、計算單元、物理接口裝置、功率放大器、SVC控制器和錄波器，所述工作終端與計算單元之間以及計算單元與物理接口裝置之間均通過以太網連接，所述物理接口裝置將各濾波支路開關位置信號傳輸給SVC控制器，SVC控制器將TCR支路晶閘管投切控制脈沖和各濾波支路的開關投切信號傳輸給物理接口裝置，所述功率放大器將物理接口裝置傳來的電壓或電流信號放大后傳輸給SVC控制器，所述錄波器接收SVC控制器發出的開關位置信號和控制脈沖，并記錄功率放大器輸出的信號。
2.根據權利要求1所述的基于ADPSS的SVC控制器閉環檢測平臺，其特征在于:所述物理接口裝置與功率放大器之間通過屏蔽信號線連接，功率放大器、SVC控制器、物理接口裝置以及錄波器之間通過導線連接。
3.一種采用權利要求1或2所述的檢測平臺實現自定義建模的方法，其特征在于:包括以下步驟: (a)建立SVC三個控制環節的傳遞函數，繪制各功能框圖，建立各功能框圖之間的連接關系并指定輸入輸出關系，手動輸入各傳遞函數中相關參數的實際值，最終將SVC控制模型作為一個可變導納注入電網模型中； (b)對所述的用戶自定義SVC模型各個模塊進行輸入輸出的邏輯測試，判斷其輸入輸出是否滿足期望值的要求，判斷動作行為是否合理；對所述SVC模型進行初值平衡，當模型的初始輸出與PSASP穩定計算的初始狀態不吻合時，找出輸出值不合理控制框和SVC模型的平衡條件，根據這一平衡條件對SVC模型進行反復處理，確保初值平衡； (C)將糾錯完畢后的SVC自定義模型固化在用戶模型庫中，在應用前需通過數據轉換，先將其分別轉換為系統模型描述文件SYSMODEL.MST和用戶自定義模型描述文件UDLIB.MST，再分別轉換成程序直接應用的模型參數庫文件SYSMODEL.DST和UDLIB.DST，此外還需轉換成初值計算的模型參數文件SYSMODEL.1NT和UDLIB.1NT ； Cd)完成SVC自定義建模后，設置基于ADPSS的實際SVC控制器相同的故障形式，對相同母線的電壓、線路有功功率以及TCR的無功出力進行記錄，并將采用自定義建模的SVC測試結果與基于實際SVC控制器的閉環測試結果進行逐一對比和分析，考核兩種方式下SVC模型的一致性，為后續SVC并網對整個電網安全穩定分析提供強有力的仿真手段。
4.根據權利要求3所述的自定義建模方法，其特征在于:所述步驟(b)的具體過程如下: (bl)對單一平衡條件、單一平衡點和全模型的一次平衡:針對一個輸出不合理的控制框，列出一個平衡條件，在SVC模型的相應控制框輸入處疊加一個常數，使得SVC模型所有初值不合理的功能框輸出合理化，從而實現SVC全模型的初值平衡； (b2)對于多個平衡條件和多個平衡點，則需要分模塊實現各自平衡:針對多個初始輸出不合理的控制框，列出多個平衡條件，對SVC模型不同控制框進行逐一問題排查，確保控制框的各自平衡。
【文檔編號】G05B17/02GK104133377SQ201410376468
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】徐琳, 唐永紅, 蒲維 申請人:國家電網公司, 國網四川省電力公司電力科學研究院