一种机电电磁数字物理混合仿真系统的制作方法

1.本发明涉及电网仿真技术领域，具体涉及一种交直流全系统混合仿真系统。


背景技术：

2.近年来，特高压交直流电网飞速发展，区域电网互联规模越来越大，各大电网间联系日益紧密，孤立地只考虑局部电网的安全问题已经难以适应现代电力系统发展的需要。
3.电力系统数字混合仿真充分利用机电暂态仿真和电磁暂态仿真的特点，同步实现大规模互联电网的机电暂态仿真和局部电网准确快速动作的电磁暂态仿真，为大型交直流电网运行稳定分析提供了一种机电电磁数字混合仿真的研究方法。对于直流输电系统采用物理动模装置仿真，保证电力电子等一次物理设备和二次控保装置的工程一致特性。
4.在电网实际运行中，电网各个系统相互影响，单独的系统仿真结果往往无法应用于日趋复杂的整个电网中，因此如何准确的仿真交直流电网工程实际并列运行特性，是本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于交直流全系统的机电电磁数字物理混合仿真系统，包括：
6.机电电磁仿真设备、直流输电系统物理仿真设备以及将所述机电电磁仿真设备、直流输电系统物理仿真设备连接的四象限功率放大器(3)；
7.所述机电电磁仿真设备，用于同步实现大规模互联电网的机电暂态仿真和局部电网的电磁暂态仿真；
8.所述直流输电系统物理仿真设备，用于实现直流输电系统的物理仿真；
9.所述四象限功率放大器(3)，用于对机电电磁仿真设备输出的模拟信号进行幅值和功率的放大。
10.优选的，所述机电电磁仿真设备包括：机电仿真器(1)和rtds电磁实时仿真器(2)；所述机电仿真器(1)和rtds电磁实时仿真器(2)通过光纤连接；
11.所述机电仿真器(1)，用于实现大规模交流电网的机电暂态仿真；
12.所述rtds电磁实时仿真器(2)，用于实现局部交流电网的电磁暂态仿真。
13.优选的，所述机电仿真器(1)包括：机电仿真计算机和fpga转换接口；
14.所述机电仿真计算机通过fpga转换接口与电磁实时仿真器(2)连接。
15.优选的，所述rtds电磁实时仿真器(2)包括：rtds实时仿真机、模拟信号输出板卡、模拟信号输入板卡和模拟信号测量反馈板卡；
16.模拟信号输出板卡一端与rtds实时仿真机连接，另一端与四象限功率放大器连接，用于将rtds实时仿真机的交流母线电压信号转为模拟信号后输出到四象限功率放大器；
17.模拟信号测量反馈板卡一端与四象限功率放大器连接，另一端与模拟信号输入板
卡连接，用于采集四象限功率放大器输出电流信号并传送至模拟信号输入板卡；
18.模拟信号输入板卡一端与模拟信号测量反馈板卡连接，另一端与rtds实时仿真机连接，用于将模拟信号测量反馈板卡的信号输入rtds实时仿真机。
19.优选的，所述模拟信号输出板卡采用吉比特高速通信光纤模拟量输出gtao板卡。
20.优选的，所述模拟信号输入板卡采用吉比特高速通信光纤模拟量输入gtai板卡。
21.优选的，所述直流输电系统物理仿真设备包括：直流输电系统物理动模装置(4)和直流输电系统二次控保装置(5)；所述直流输电系统物理动模装置(4)和直流输电系统二次控保装置(5)基于工程实际情况进行连接；直流输电系统物理动模装置(4)和直流输电系统二次控保装置(5)之间的交互信号包括：交直流电压电流模拟量采集、换流阀阀控光电信号、断路器和隔离刀闸遥测遥信信号。
22.优选的，所述直流输电系统物理动模装置(4)包括依次连接的：升压变压器、交流断路器、软启装置、交流隔离刀闸、桥臂电抗器、mmc柔直换流阀和直流隔离刀闸。
23.优选的，所述直流输电系统物理动模装置(4)通过高压电缆与四象限功率放大器(3)连接。
24.优选的，所述rtds电磁实时仿真器(2)通过线缆与四象限功率放大器(3)连接。
25.与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
26.本发明提供了一种机电电磁数字物理混合仿真系统，包括机电电磁仿真设备、直流输电系统物理仿真设备以及将所述机电电磁仿真设备、直流输电系统物理仿真设备连接的四象限功率放大器。将机电电磁仿真设备与直流输电系统物理仿真设备相结合，即可以单独实现大规模交流电网系统的机电电磁仿真、直流输电系统的物理仿真，还能对大规模交直流电网相互作用下的运行情况进行模拟仿真研究，为大规模交直流互联电网实时控制运行的准确分析提供了有效的仿真系统。
附图说明
27.图1为本发明提供的一种机电电磁数字物理混合仿真系统的基本结构示意图；
28.图2为本发明提供的一种机电电磁数字物理混合仿真系统的详细结构示意图；
29.附图标记：
30.1-机电仿真器，2-rtds电磁实时仿真器，3-四象限功率放大器，4-直流输电系统物理动模装置，5-直流输电系统二次控保装置。
具体实施方式
31.本实施例的一种机电电磁数字物理混合仿真系统，如图1所示，该系统包括：机电电磁仿真设备、直流输电系统物理仿真设备和四象限功率放大器3。
32.机电电磁仿真设备包括：机电仿真器1和rtds电磁实时仿真器2；直流输电系统物理仿真设备包括：直流输电系统物理动模装置4和直流输电系统二次控保装置5。
33.如图2所示：机电仿真器1包括：机电仿真计算机和fpga转换接口，用于实现大规模交流电网的机电暂态仿真；
34.rtds电磁实时仿真器2包括：rtds实时仿真机、吉比特高速通信光纤模拟量输出gtao板卡、吉比特高速通信光纤模拟量输入gtai板卡和模拟信号测量反馈板卡，用于实现
局部交流电网的电磁暂态仿真；
35.四象限功率放大器3，用于对rtds电磁实时仿真器输出的模拟信号进行幅值和功率的放大；
36.直流输电系统物理动模装置4和直流输电系统二次控保装置5，用于实现直流输电系统的物理仿真。
37.机电仿真器1通过光纤与rtds电磁实时仿真器2连接，rtds电磁实时仿真器2通过电缆与四象限功率放大器3连接，四象限功率放大器3通过高压电缆与直流输电系统物理动模装置4连接，直流输电系统物理动模装置4基于工程实际情况与直流输电系统二次控保装置5连接。
38.机电仿真计算机采用型号为precision 7820t的戴尔服务器，处理器主频为2.2ghz，共有40核心。机电暂态仿真软件采用dsatoolstm软件，在机电仿真计算侧加载机电暂态仿真数据以及混合仿真端口定义文件。fpga用于连接机电仿真计算机与rtds电磁实时仿真机，实现机电电磁仿真数据交互。
39.rtds实时仿真机在每一个电磁步长内，将交流母线电压瞬时值信号发送到吉比特高速通信光纤模拟量输出gtao板卡，吉比特高速通信光纤模拟量输出gtao板卡将接受到的信号进行解析传输到四象限功率放大器；测量反馈板卡采集四象限功率放大器输出电流信号，通过吉比特高速通信光纤模拟量输入gtai板卡反馈到rtds实时仿真机。
40.rtds电磁实时仿真器2通过四象限功率放大器3连接到直流输电系统物理动模装置4，实现机电电磁数字物理混合仿真数据交互。
41.四象限功率放大器3输出的母线电压通过高压电缆连接到直流输电系统物理动模装置4中的升压变压器，升压变压器用于采集四象限功率放大器3的输出电压，并将电压转换成与mmc柔直换流阀匹配的电压；mmc柔直换流阀用于将采集的交流信号转换成直流信号。
42.直流输电系统物理动模装置4与直流输电系统二次控保装置5按照工程实际相连，是为模拟实际柔性直流输电系统搭建的容量和电压等级上缩小的模拟系统，构成多平mmc结构的柔性直流输电系统，既可以模拟实际工程的暂稳态特性，又可以模拟交直流系统互相作用和系统故障特性。
43.直流输电系统采用直流输电系统物理动模仿真设备进行等效物理仿真，交流输电局部系统采用rtds仿真机进行电磁暂态仿真，交流输电互联电网系统在服务器电脑上采用实时机电暂态仿真软件进行仿真；
44.最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。