直流輸配電技術(shù)由于其各方面的優(yōu)良特性，成為了近年來的研究熱點(diǎn)，直流變壓器作為直流輸配電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，也同時(shí)受到廣泛關(guān)注。在直流變壓器拓?fù)浞矫妫捎酶哳l隔離變壓器取代傳統(tǒng)的工頻隔離變壓器被普遍認(rèn)為是智能電網(wǎng)中的新一代高頻隔離功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

由于用于電網(wǎng)中的高壓大容量電力電子裝置的龐大與復(fù)雜性，通常無法進(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)研究，并且其建設(shè)周期長(zhǎng)，建設(shè)成本高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，*的數(shù)字模型仿真技術(shù)逐漸成為電力電子及電力系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的重要研究手段。數(shù)字仿真機(jī)的使用可以有效的減少開發(fā)周期、測(cè)試成本、并且實(shí)現(xiàn)實(shí)際情況下難以完成的測(cè)試環(huán)境。

對(duì)直流變壓器結(jié)構(gòu)特性的實(shí)時(shí)仿真是其技術(shù)研發(fā)中關(guān)鍵的問題, 其主要挑戰(zhàn)在于小步長(zhǎng)模型的搭建，高頻開關(guān)信號(hào)的采集，以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活變換擴(kuò)展，基于eHS解算器思想，利用FPGA的快速計(jì)算、可重構(gòu)映射的特性，實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)小于1微秒的直流變壓器模型仿真。

直流變壓器FPG上仿真，利用FPGA的快速計(jì)算、可重構(gòu)映射的特性，借助eHS圖形化工具，將CPU中的電力電子拓?fù)渥詣?dòng)轉(zhuǎn)化到FPGA中解算，并將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)回送CPU中顯示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

■ eHS是圖形化的模型搭建工具，不需要FPGA的編程語言。

■ 在對(duì)電力電子拓?fù)溥M(jìn)行改動(dòng)時(shí)，eHS也不需要重新生成FPGA代碼，節(jié)省大量時(shí)間。

■ eHS解算器使用基于固定導(dǎo)納矩陣的節(jié)點(diǎn)法解算電路,確保了模型在低于1微秒時(shí)的穩(wěn)定性。

■ eHS解法器和RT-LAB狀態(tài)空間節(jié)點(diǎn)(State-space Nodal)算法可以無縫結(jié)合。

某電科院柔性直流配網(wǎng)系統(tǒng)中，直流變壓器采用了兩層控制方案，上層控制器在CPU中實(shí)現(xiàn)，通過傳統(tǒng)的PI控制計(jì)算相移角度，利用CPU模型中現(xiàn)有的PI控制器模型的優(yōu)勢(shì)，如下圖所示。

圖2 上層控制算法模型

底層控制器，即三階模塊電源側(cè)和負(fù)載側(cè)的PWM產(chǎn)生器，放置在FPGA中，從而在滿足仿真精細(xì)度的同時(shí)，也提高仿真速度。

圖3 底層控制算法模型

直流變壓器本體仿真

直流變壓器作為柔性直流配網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，項(xiàng)目中，直流變壓器采用雙向全橋拓?fù)?，高壓?cè)為3全橋串聯(lián)，低壓側(cè)為3全橋并聯(lián)，采用定低壓側(cè)電壓控制，雙向全橋的驅(qū)動(dòng)采用單移相方式，開關(guān)頻率10KHZ,系統(tǒng)額定功率30KW。

圖4 直流變壓器仿真

直流配網(wǎng)繼保測(cè)試及協(xié)議通信

測(cè)試整系統(tǒng)故障清理能力，整體仿真分析，提出了直流配電系統(tǒng)保護(hù)分區(qū)方案和各類故障的保護(hù)配置方案；改進(jìn)基于直流配電動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制保護(hù)樣機(jī)技術(shù)方案。與某廠商繼保配合，糾正并改進(jìn)保護(hù)策略。

整體接入的設(shè)備主要包括主控系統(tǒng)（104規(guī)約）、換流器、保護(hù)裝置（61850），風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電模擬備（modbus規(guī)約）、直流線路模擬（modbus規(guī)約）設(shè)備，因此整體系統(tǒng)通信任務(wù)繁重復(fù)。

圖5 換流站繼保策略 

 圖6 整體系統(tǒng)的接口交互圖