解決方案
直流輸配電技術(shù)由于其各方面的優良特性，成為了近年來的研究熱點，直流變壓器(qì)作為直流輸配電網的關(guān)鍵設備，也同時受到廣泛關(guān)注。在直流變壓器(qì)拓撲方面，采用高頻隔離(lí)變壓器(qì)取代傳統的工頻隔離(lí)變壓器(qì)被普遍認為是智能電網中(zhōng)的新一代高頻隔離(lí)功率轉換技術(shù)的必然發展趨勢。
由于用于電網中(zhōng)的高壓大容量電力電子(zǐ)裝置的龐大與複雜性，通(tōng)常無法進行直接實驗研究，并且其建設周期長，建設成本高。随着計算機技術(shù)的發展，先進的數字模型仿真技術(shù)逐漸成為電力電子(zǐ)及電力系統相關(guān)領域的重要研究手段。數字仿真機的使用可(kě)以有效的減少(shǎo)開發周期、測試成本、并且實現實際情況下(xià)難以完成的測試環境。
對直流變壓器(qì)結構特性的實時仿真是其技術(shù)研發中(zhōng)關(guān)鍵的問(wèn)題, 其主要挑戰在于小步長模型的搭建，高頻開關(guān)信号的采集，以及拓撲結構的靈活變換擴展，基于eHS解算器(qì)思想，利用FPGA的快速計算、可(kě)重構映射的特性，實現步長小于1微秒的直流變壓器(qì)模型仿真。
直流變壓器(qì)FPGA片上仿真，利用FPGA的快速計算、可(kě)重構映射的特性，借助eHS圖形化工具，将CPU中(zhōng)的電力電子(zǐ)拓撲自動(dòng)轉化到FPGA中(zhōng)解算，并将計算結果實時回送CPU中(zhōng)顯示。
圖1 系統原理圖
■ eHS是圖形化的模型搭建工具，不需要FPGA的編程語言。
■ 在對電力電子(zǐ)拓撲進行改動(dòng)時，eHS也不需要重新生成FPGA代碼，節省大量時間。
■ eHS解算器(qì)使用基于固定導納矩陣的節點法解算電路(lù),确保了模型在低于1微秒時的穩定性。
■ eHS解法器(qì)和(hé)RT-LAB狀态空間節點(State-space Nodal)算法可(kě)以無縫結合。
某電科院柔性直流配網系統中(zhōng)，直流變壓器(qì)采用了兩層控制方案，上層控制器(qì)在CPU中(zhōng)實現，通(tōng)過傳統的PI控制計算相移角度，利用CPU模型中(zhōng)現有的PI控制器(qì)模型的優勢，如(rú)下(xià)圖所示。
圖2 上層控制算法模型
底層控制器(qì)，即三階模塊電源側和(hé)負載側的PWM産生器(qì)，放置在FPGA中(zhōng)，從而在滿足仿真精細度的同時，也提高仿真速度。
圖3 底層控制算法模型
直流變壓器(qì)本體仿真
直流變壓器(qì)作為柔性直流配網系統中(zhōng)的關(guān)鍵設備，項目中(zhōng)，直流變壓器(qì)采用雙向全橋拓撲，高壓側為3全橋串聯，低壓側為3全橋并聯，采用定低壓側電壓控制，雙向全橋的驅動(dòng)采用單移相方式，開關(guān)頻率10KHZ,系統額定功率30KW。
圖4 直流變壓器(qì)仿真
直流配網繼保測試及協議通(tōng)信
測試整系統故障清理能力，整體仿真分析，提出了直流配電系統保護分區方案和(hé)各類故障的保護配置方案；改進基于直流配電動(dòng)态模拟實驗系統的控制保護樣機技術(shù)方案。與某廠商(shāng)繼保配合，糾正并改進保護策略。
整體接入的設備主要包括主控系統（104規約）、換流器(qì)、保護裝置（61850），風光儲發電模拟備（modbus規約）、直流線路(lù)模拟（modbus規約）設備，因此整體系統通(tōng)信任務繁重複。
圖5 換流站(zhàn)繼保策略
圖6 整體系統的接口交互圖
