基于RTDS 的动态电压调节器控制器的半实物仿真试验

唐鸿奎，张彦兵，王小凯

（1.国网河南省电力公司许昌供电公司，河南 许昌 461000；2.许昌开普检测研究院股份有限公司，河南 许昌 461000；3.许继集团有限公司，河南 许昌 461000）

0 引言

动态电压调节器是具备补偿有功功率能力的补偿装置，当电网系统发生电压暂降时，能在1~2 ms 之内产生补偿电压，消除电压谐波和电压波动与闪变对负载的影响，保证敏感负荷的安全可靠运行[1-3]。目前动态电压调节装置在开发、调试阶段大多是基于厂区内物模平台进行的，物模平台调试方法试验效率相对低下，调试周期较长。采用半实物仿真试验方法，可以弥补物模平台的不足之处，能够以更高效、便捷的试验方法完成产品的开发、调试，具有较好的经济效益[4-7]。为验证“动态电压调节器控制器”在不同负载类型及不同负载电流工况下的稳态及暂态性能，基于RTDS 实时数字仿真系统开展半实物仿真试验。

1 半实物仿真试验概述

半实物仿真试验方法是一种采用实时数字仿真器（如RTDS）和电力设备控制与保护装置（以下简称：控保装置）搭建闭环测试环境并进行一系列试验的方法，如图1 所示。目前也是大容量电力电子设备通行的测试方法，可以较充分、详实的考核控保装置的动态特性。相比于物模试验方法，该试验方法具有考核全面、环境建设周期短、测试自动化率高、重复性好、安全系数高等优点，广泛应用于交直流输电控保装置、新能源控制器、电能质量治理装置的开发调试和整机测试环节。

图1 典型半实物仿真试验系统

电力电子类设备控制器的开发环节一般为：理论研究及可行性分析阶段、样机开发阶段、样机联调阶段、实际系统联调阶段、投运及运维阶段，如图2 所示，其中样机联调阶段是验证控制器性能的重要环节。目前联调方法分为模拟仿真联调（及物模仿真）和半实物数字仿真联调，而半实物数字仿真联调更具有竞争力，试验环境建设周期短、仿真性能优越、风险可控系数高，在柔性交直流输电类控制设备的开发、调试及试验环节得到了广泛应用。

图2 电力电子类设备控制器开发环节

2 仿真试验环境建设

试验系统结构如图3所示，在RTDS中搭建交流等值电网、旁路柜、两电平逆变器一次系统和不同比例的交流负载，根据逆变器控制单元模拟量采集通道的量程，对系统电压、电流值进行一定比例的缩小，由GTAO板卡输出，通过GTDI板卡采集逆变器发出的逆变器触发脉冲。逆变器控制器采集RTDS仿真器发出的电压、电流二次值，并发出触发脉冲，控制逆变器运行状态。

图3 动态电压恢复控制器仿真试验结构图

图4 所示为动态电压恢复器装置应用场景一次系统结构图，在RTDS 仿真器中完成等值交流电源、旁路柜、储能柜、功率柜和敏感负荷的仿真建模，RTDS 通过GTDI 板卡实时采样控制器的PWM 触发脉冲，驱动功率柜中的逆变器单元，完成控制器与逆变器的闭环控制仿真。

图4 动态电压恢复器一次系统结构图

电网正常运行状态下，敏感负荷由电网供电，当动态电压恢复器检测到电网电压发生闪变时，通过晶闸管切断电网回路并通过逆变器输出交流电压，完成敏感负荷的快速转供。通过半实物仿真试验平台可以便捷地开展不同负荷工况下控制器控制参数的优化工作。

3 仿真算例

采用RTDS实时仿真器与动态电压恢复器控制器搭建半实物仿真平台，模拟电网电压发生电压跌落故障，控制器监测交流电网电压跌落后，快速将下级负荷取电回路由电网切换至动态电压恢复器。当电网电压恢复时，经预设延时，再次将下级负荷取电回路切换至电网。图5为试验录波图，其中图5（a）为电网电压跌落区间录波图，图5（b）为电网电压恢复期间录波图，图5（c）为电网电压跌落及恢复区间录波图。

图5 试验录波图

UpSA、UpSB、UpSC为电网侧三相电压一次测量值，IpSA、IpSB、IpSC 为电网侧三相电流一次测量值，UpPCCA、UpPCCB、UpPCCC为负荷侧三相电压一次测量值，IpPCCA、IpPCCB、IpPCCC为动态电压恢复器三相桥臂电流一次测量值，UpPCC_rms_pu 为负荷侧三相电压有效值的标幺值，QF1为双向晶闸管的导通状态。分析试验录波图可知，电网电压跌落时，动态电压恢复器能够快速切断电网供电回路，并将负荷转供至动态电压恢复器；电网电压恢复时，动态电压恢复器控制器能够平滑的退出，并将负荷转供至电网回路。

4 结语

采用半实物数字实时仿真的试验方法开展电力电子类装置控制器的调试工作，试验环境建设周期短、自动化程度高、风险可控。基于RTDS 实时仿真平台，对动态电压恢复器的一次系统进行建模，通过采集板卡与控制器形成闭环连接。试验结果表明电网电压发生跌落和恢复期间，控制器能够快速地实现负荷供电回路的切换，切换过程平滑过渡，对电力电子类装置的开发、调试环节具有一定的参考价值。