基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的闭环仿真测试方法

摘要

一种基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的闭环仿真测试方法，所述方法在RTDS实时数字仿真环境中构建FC静止无功补偿装置的运行软件模型，并将FC控制器接入所述运行软件模型；FC控制器接收软件模型采样获得的模拟电压信号后进行计算处理，输出触发信号至接触器驱动接触器线圈，通过接触器的空开端子与实时数字仿真系统的数字输入接口连接，传递给RTDS模型从而形成闭环。本发明采用基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的闭环仿真测试方法弥补了纯软件仿真测试和现场测试的缺点，既能模拟现场可能出现的各种工况，又能节约成本。本发明方法可对无功负载反复投切、谐波、系统短路、系统三相不平衡、系统频偏、系统瞬时过压或者欠压等各类系统工况进行实验。

说明书

技术领域    

本发明涉及一种基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的闭环仿真测试方法，属电力系统实时数字仿真技术领域。

背景技术

伴随电力系统的迅速发展，无功及谐波负荷迅速增加，为了应对这些问题，电力系统中引入了大量采用固定投切式电容的无功补偿装置（简称FC）。为确保此类装置的稳定可靠运行，通常需要进行多项试验测试。目前上述试验测试主要采用软件仿真或是通过现场投切试验完成。软件仿真可构建符合装置设计参数的模型，实现方便，在验证理论算法和控制策略方面具备优势，但无法检验实际控制器的真实性能，因此其准确性存在疑问。现场测试则准确性可以得到保障，但实施难度较大，且很多特殊工况难以模拟，无法实现装置的全面性能验证。

实时数字仿真系统（Real Time Digital Simulator简称RTDS）是国际上研制和投入商业化应用最早的数字实时仿真装置，也是目前世界上使用最多，被最广泛采用的电力系统实时仿真装置。全数字式实时仿真器RTDS由计算软件（RSCAD）、计算处理和接口等硬件设备（RACK）组成，包括配套的工作站或微机，可以连续和实时地模拟电力系统的电磁暂态和机电暂态现象，典型的仿真步长为50～80微秒。实时数字仿真系统具有电网及其各种状态的精确模拟能力和多种输入输出接口，能够在实验室环境对电气设备进行全面的精确的实时动态的测试，同时能够软、硬件结合，因此构建基于RTDS的FC装置仿真测试模型，连接FC装置控制器进行仿真测试将有效弥补纯软件仿真测试和现场测试的各自缺点，既能模拟现场可能出现的各种工况，又能节约成本，同时由于直接测试了实物控制器所以具备较高的可信度，可为此类装置的研发、设计与性能评估带来了极大的便利。

发明内容

本发明的目的是，根据电力系统采用固定投切式电容的无功补偿装置现场测试无法实现全面验证的问题，本发明建立一种基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的闭环仿真测试方法。

实现本发明的技术方案是，将低压电容补偿装置控制器接入RTDS实时数字仿真系统，建立闭环仿真测试平台；通过RTDS实时数字仿真测试平台对固定电容投切补偿装置控制器进行闭环测试。

本发明方法首先在RTDS实时数字仿真环境中构建FC静止无功补偿装置的运行软件模型，其中包括三相电网和负载，按照实际运行系统设置参数，如线路、变压器、负载的参数等，以便完全模拟实际现场运行工况；同时构建包含电容器组的FC一次系统。

本发明仿真测试中的物理装置部分只利用了实际装置中的FC控制器、接触器及RTDS输入输出硬件接口，其余部分包括三相电网、负载等均由RTDS软件模拟。测试时RTDS实时数字仿真系统通过GTAO（模拟输出接口）经功放后向FC控制器提供必要的模拟电压、电流信号。FC控制器接收这些信号后进行计算处理，输出触发信号至接触器驱动接触器线圈，通过接触器的空开端子与GTFPI（数字输入接口）连接，传递给RTDS模型从而形成闭环。

由于低压FC控制器输入采用信号为交流电压（额定220V）、电流（额定0.1-5A），输出为接触器控制信号（额定220V）。但RTDS的GTAO口只支持输出±10V以内的电压信号。为实现FC控制器与RTDS软件模型之间的信号匹配，电压信号传递示意图如图2所示。RTDS软件模型中采样获得的电压信号经GTAO口输出，其变比设为230V/5V，经功放后放大为50V信号（变比为5V/50V），再通过升压电路（50V/220V的升压变压器）获得额定220V的电压信号进入FC控制器。

电流信号传递示意图如图3所示。RTDS软件模型中采样获得的电流信号经GTAO口输出，其变比设为200A/0.625V，功放变比设置为1V/8A，相当于电流信号总变比设置为200A/5A，其信号可直接进入FC控制器。若根据现场情况，电流信号总变比需设置为300A/5A，则只需将GTAO变比改为300A/0.625V即可。

RTDS的GTFPI的16位数字输入输出端口用于连接RTDS与外部设备，RTDS的内部开关模型通过GTFPI的通用I/O面板可以实现开关，保护信号的输入输出功能。FC控制器接收电压电流采样信号后进行实时计算处理，输出接触器电压驱动信号，驱动接触器线圈，通过接触器的空开端子的开闭形成空节点，与数字输入接口GTFPI连接，这样接触器中的常开、常闭触点转化为与RTDS的GTFPI相兼容的干接点信号，传递给RTDS实现软件模型中电容器的开关动作，完成投切操作，实现控制闭环。

本发明的有益效果是，本发明采用基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的闭环仿真测试方法弥补了纯软件仿真测试和现场测试的缺点，既能模拟现场可能出现的各种工况，又能节约成本，同时由于直接测试了实物控制器所以具备较高的可信度，可为此类装置的研发、设计与性能评估带来了极大的便利。本发明方法可对无功负载反复投切、谐波、系统短路、系统三相不平衡、系统频偏、系统瞬时过压或者欠压等各类系统工况进行实验。

附图说明   

图1是本发明闭环仿真测试装置结构框图；

图2为电压信号传递示意图；

图3为电流信号传递示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1所示。

将低压电容补偿装置接入RTDS实时数字仿真系统；在RTDS实时数字仿真环境中构建FC静止无功补偿装置的运行软件模型，包括三相电网和负载，按照实际运行系统设置参数，如线路、变压器、负载的参数。

将FC控制器的输入端通过升压电路连接功放，再通过功放连接RTDS实时数字仿真装置的GTAO（模拟输出接口）；FC控制器的输出端连接触器，并通过接触器的空开端子与RTDS实时数字仿真装置的GTFPI（数字输入接口）连接。

模型搭建及硬件连接完成之后主要开展以下测试试验：

（1）观察模型在投入无功负荷的瞬间，通过示波器观察，FC控制器能否在过零点准确的发出接触器动作信号，同时瞬间冲击是否超出了电容器的额定电压、电流；

（2）在FC控制器设置功率因数，瞬间投入大负荷无功负载，观察控制器发出接触器控制信号的情况，能否出现过补偿情况；

（3）无功负载反复投切实验，搭建实验模型，通过RTDS模型设置开关，通过反复投切无功负载，观察FC控制器及接触器的动作情况，同时观察反复冲击对继电器的影响以及是否超出了电容器的额定电压、电流；

（4）谐波实验，搭建RTDS实验模型，在系统谐波含有量严重超标情况下，观察FC控制器、接触器的动作情况同时测试电容两侧的电压、电流是否超标；

（5）系统短路实验，通过RTDS搭建，系统正常运行的情况下突然短路情况，观察FC控制器的动作情况；

（6）系统三相不平衡实验，通过搭建实验模型，当系统出现三相不平衡时，观察FC控制器的动作及对电容器的冲击；

（7）系统频偏实验，搭建实验模型，当系统发生频率偏移时，观察FC控制器能否动作；

（8）系统瞬时过压或者欠压实验，通过RTDS搭建，系统正常运行的情况下瞬间过压的情况，观察FC控制器的动作情况。