一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺技術方案

本實用新型專利技術公開了一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，包括工業控制器、控制器上位機、電力系統實時仿真器和仿真器工作站，所述的工業控制器與所述的控制器上位機通過以太網相連接，所述的電力系統實時仿真器與所述的仿真器工作站通過網絡相連接。本實用新型專利技術的工業控制器具有計算能力強、支持高級語言搭建的控制算法、可以靈活配置IO、節省自制控制硬件的時間和精力的優點；同時電力系統實時仿真器能方便的模擬各種無功補償系統和拓撲，模擬包括故障在內各種運行工況；該平臺在電力系統無功補償設備的控制算法研發中能起到非常重要的作用。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，屬電力系統控制與仿真

技術介紹
無功功率補償器是現代電力系統中的一個重要的設備，主要有基于晶閘管的靜止無功補償器(SVC)，以及基于IGBT全控器件的靜止同步補償器(STATC0M)兩類。無功補償器對于穩定電力系統的電壓，保持電壓水平在允許的范圍內，提高電能質量，減少輸電線的傳輸損耗等方面都有重要的意義。目前在無功補償領域各種新型控制規律取得了不少理論研究的成果，同時新的控制方案里無功補償裝置往往還承擔增加系統阻尼的額外的控制任務，但為了將這些理論研究的成果投入到實際的運行中時，僅僅通過純數值仿真來驗證這些控制方案不夠有說服力，往往希望能在實際的硬件裝置上實現這些控制算法。傳統一般都是通過制作基于DSP芯片的PCB控制板來實現這些算法。這種方法的主要缺點是自制硬件周期長，板卡穩定性、可靠性較差。另外，DSP由于計算能力的限制，一般都不能直接支持在數值仿真階段用來實現控制算法的高級語言，如Simulink或者LabVIEff,這樣就需要重新花費時間 和精力來編寫DSP程序，不僅耗時耗力，還容易出錯。自制PCB控制板的另一個缺點是，當控制器IO類型或數量需求有變化時，往往也需要重新設計和制作板子。另外，由于實際的電力系統為了安全和穩定的考慮，往往都不允許接入設備進行試驗。因此傳統一般都是通過動模試驗的方法來驗證無功補償控制器，即通過微縮的小功率物理原型來驗證控制器。但這樣的方法主要的局限在改變系統的參數和拓撲非常不方便，小功率物理原型系統的規模一般也比較小，同時做各種短路故障試驗也比較危險。專利
技術實現思路
針對現有技術的不足，本技術的目的在于，提供一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，該平臺選用具有多核CPU和FPGA的工業控制器作為控制算法的實現平臺，選用基于計算機服務器群的電力系統實時仿真器，同時控制器和實時仿真器都配有相應的IO板卡，通過真實的物理信號構成閉環。為解決上述技術問題，本技術采用的技術方案是:一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，其特征在于:包括工業控制器、控制器上位機、電力系統實時仿真器和仿真器工作站，所述的工業控制器與所述的控制器上位機通過以太網相連接，所述的電力系統實時仿真器與所述的仿真器工作站通過網絡相連接。前述的一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，其特征在于:所述的工業控制器包括多核CPU以及帶有FPGA芯片的底板，所述的多核CPU與所述的FPGA底板通過高速總線互聯。前述的一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，其特征在于:所述的FPGA底板上設有IO板卡插槽，所述的FPGA底板與IO板卡互聯。前述的一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，其特征在于:所述的電力系統實時仿真器由多個計算機服務器組成，其中一個服務器與IO板卡通過總線互聯，所述的服務器之間通過網絡連接。前述的一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，其特征在于:所述的工業控制器與所述的電力系統實時仿真器通過IO板卡交換信息，構成一個閉環系統。本技術的有益效果是:1.多核CPU具有比DSP強大許多的計算能力，使得其可以通過軟件直接運行用Simulink和LabVIEW這樣的高級語言編寫的控制算法；同時多核CPU上運行有實時操作系統，支持多線程多任務操作，使其在運行高優先級的控制算法時，還可以有一個低優先的通信線程和上位機通過以太網進行通信，這樣可以非常便于算法的實時調參，系統的狀態監測，對提高系統的調試效率非常有幫助；2.配有帶FPGA的底板，FPGA底板與多核CPU通過總線連接，底板上帶有IO插槽，這樣一種底板加插卡的IO架構的優勢是可以根據需要靈活配置IO板卡，無論是SVC控制器還是STATC0M控制器，都需要控制器高速準確的控制這些電力開關(晶閘管，IGBT )的開通和關斷；FPGA的高速處理能力與高可靠性，使其非常適合于用來產生電力電子器件的控制脈沖，以及實現一些保護和互鎖的功能；3.電力系統實時仿真器由多個高性能的服務器構成，具有強大的并行運算能力，能夠靈活的進行各種規模的系統仿真，同微縮的物理原型系統相比，能夠給控制器一個更接近實際電網的測試環境，同時數值仿真也便于測試包括故障在內的各種工況。附圖說明圖1為本技術的結構示意圖；圖2為具體實施例的無功補償系統拓撲圖；圖3為TCR與TSC的結構示意圖；圖4為具體實施例的控制算法框圖；圖5為具體實施例的SVC控制器各部分功能框圖。具體實施方式為進一步揭示本技術的技術方案，以下結合附圖詳細說明本技術的實施方式:本技術以基于晶閘管的靜止無功補償器(SVC)的控制算法的實現和驗證為具體實施實例。圖1是本技術的結構示意圖。如圖1所示，一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，包括工業控制器、控制器上位機、電力系統實時仿真器和仿真器工作站，工業控制器與控制器上位機通過以太網相連接，電力系統實時仿真器與仿真器工作站通過網絡相連接。無功補償控制器采用工業控制器NI 9082，其配有雙核1.33 GHz Intel 7CPU,以及Xillinx Spartan-6 LX150 FPGA的底板，CPU與FPGA通過高速總線連接。電力系統實時仿真器采用中國電力科院研究院的ADPSS (Advanced Digital Power SystemSimulator)，其由多個計算機服務器組成，此系統具有強大的系統仿真功能，其一個CPU就可進行6臺發電機加30條線路的電力系統的實時仿真；或者能進行由多達48個晶閘管組成的電力電子系統的實時仿真；實時仿真系統中還有一個服務器負責和外部控制器的IO接口 ；服務器之間通過高速的網絡連接。仿真器工作站負責無功補償系統模型的搭建和仿真任務在各服務器間的分配，其通過網絡與服務器群通信。圖2是靜止無功補償器的系統拓撲圖(其中以單線連接來表示三相連線)。如圖2所示，此系統將通過實時仿真器來模擬，系統包括遠端電網，輸電線路，三相變壓器，負載，以及靜止無功補償器。其中靜止無功補償器由一組晶閘管可控電抗器(TCR)和三組晶閘管投切電容器(TSC)組成。圖3是TCR與TSC的具體結構示意圖。如圖3所示，TCR支路由反并聯晶閘管組、電感搭建而成，支路間三角形連接；TSC支路由反并聯晶閘管組、電容搭建而成，支路間三角形連接。整個SVC系統一共有24個晶閘管。TCR通過電感從電網中吸收無功功率的，TCR的晶閘管觸發角決定其吸收的無功功率的大小。TSC通過電容向電網發出無功功率的。對于SVC系統來說，TCR是始終投入工作的，而TSC是根據需要通過晶閘管進行投切。圖4是靜止無功補償器的控制算法框圖。如圖4所示，可以看到控制器的算法分為電壓的幅值相位測量環節，電壓幅度調節環節，無功功率分配環節，以及最終的脈沖發生環節。電壓幅度相位測量環節接收從實時仿真器傳來的電網電壓，對電壓的幅度和相位進行測量。電壓幅度調節環節輸出無功功率的指令，即當測量電壓低于參考電壓時，無功補償器需要發出無功功率來抬高電網電壓；當測量電壓高于參考電壓時，無功補償器需要吸收無功功率來降低電網電壓。當SVC需要發出無功功率的時候，無功功率分配環本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電力系統無功補償控制算法實現與驗證的平臺，其特征在于：包括工業控制器、控制器上位機、電力系統實時仿真器和仿真器工作站，所述的工業控制器與所述的控制器上位機通過以太網相連接，所述的電力系統實時仿真器與所述的仿真器工作站通過網絡相連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周前，張星，汪新星，汪成根，趙靜波，王峰，王祥旭，
申請(專利權)人：國家電網公司，江蘇省電力公司電力科學研究院，中國電力科學研究院，上海遠寬能源科技有限公司，江蘇省電力公司，
類型：實用新型
國別省市：