一种全数字高压直流输电培训仿真系统

1.一种全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于包括：
交互式实时协同培训仿真支撑平台，包括仿真应用管理模块、仿真组件管理模块、声明管理模块、时间管理模块、数据分发管理模块和虚拟设备代理模块，用于提供仿真运行支撑环境；
三维仿真建模模块，用于构建虚拟设备仿真组件库；
交互式三维虚拟场景模块，用于实现一、二次设备的三维重现；
面向培训的交互式实时数字仿真模块，用于生成交流系统模型和直流系统模型；
培训管理与评价模块，用于实现教案调用、学员培训过程跟踪、培训进程控制、学员管理、培训评估功能；其中，
所述交互式三维虚拟场景模块、所述面向培训的交互式实时数字仿真模块、所述培训管理与评价模块以及运行人员工作站仿真模块分别与所述交互式实时协同培训仿真支撑平台进行连接，所述三维仿真建模模块连接所述交互式三维虚拟场景模块；
所述全数字高压直流输电培训仿真系统采用交直流电磁暂态仿真技术，通过瞬时值方式进行计算；采用修正向后欧拉法的电量跃变计算以保证换流阀导通状态发生变化时，不会产生不衰减的数值振荡；采用长距离输电线路任意点故障在线仿真算法，实现各类设备故障的在线交互设置；采用综合友元法、并行计算技术通过降低计算矩阵的阶数和将计算任务分解至多个CPU以提高实时性；
所述时间管理模块提供时间管理策略和时间推进策略，其中在仿真过程中，逻辑时钟推进方式分为时间控制方式和时间受限方式，时间控制方式的仿真进程影响其它时间受限方式的仿真进程的时间推进，所述仿真进程的时间管理方式包括四种组合，即：“控制”、“受限”、“既控制又受限”和“既不控制又不受限”，所述全数字高压直流输电培训仿真系统中与时间推进相关的进程，在采用控制、受限、既控制又受限的时间推进方式时才具有时间协调功能，以保证所述全数字高压直流输电培训仿真系统的时空一致性。
2.如权利要求1所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述三维仿真建模模块包括组件生成器和组件装配器，其中所述组件生成器用于构建虚拟设备仿真组件库，所述组件装配器和虚拟设备仿真组件库相互配合，用于搭建仿真的一、二次设备现场。
3.如权利要求1所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述面向培训的交互式实时数字仿真模块中的交流系统模型包括：交流输电线路、同步交流发电机及控制系统、变压器、开关/刀闸及负荷模型、继电保护和自动装置仿真模型。
4.如权利要求1所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述面向培训的交互式实时数字仿真模块中的直流系统模型包括：换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、平波电抗器、直流输电线路模型、脉动换流阀组模型、特高压直流输电及其控制保护系统模型。
5.如权利要求4所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述脉动换流阀组模型由换流阀等效电路模型、锁相环模型及触发脉冲发生系统模型组成，其中所述锁相环模型通过输出一个同步脉冲链来跟随输入的交流电压信号，通过反馈控制来消除发出脉冲频率与交流系统实际频率这两个信号之间的频率和相位误差，从而获得锁相功能。
6.如权利要求5所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
在所述触发脉冲发生系统模型中，从锁相环输出相位角经过三角波发生程序后，得到具有与系统参考电压相同频率和相位的三角波；在此基础上，脉冲发生程序根据控制系统输出的触发角及接线补偿输出的补偿角，发出点火脉冲；其中，所述接线补偿是为了消除换流变压器一二次侧不同接法而出现的相位平移。
7.如权利要求4所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述换流变压器模型为基于受控源原理的变压器暂态模型，其中原边为流控电流源，副边为压控电压源。
8.如权利要求1所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述面向培训的交互式实时数字仿真模块仿真计算出交直流电力系统中的一、二次设备状态量并存储在所述交互式实时协同培训仿真支撑平台中，所述交互式三维虚拟场景模块、所述运行人员工作站仿真模块及所述培训管理与评价模块从所述交互式实时协同培训仿真支撑平台读取交直流电力系统的数字仿真结果，并通过所述交互式实时协同培训仿真支撑平台将教员、学员操作指令发送给所述面向培训的交互式实时数字仿真模块。
9.如权利要求1所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所有仿真应用软件通过一个标准接口形式进行交互作用，各仿真应用软件之间不直接通信，所有通信功能集中由仿真实时运行基础结构实现。
10.如权利要求1所述的全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于：
所述全数字高压直流输电培训仿真系统利用综合友元法建立电气网络的等效电流源和电阻的替换网络元件，用电导和表示过去状态的历史电流源等效整个网络元件，建立等价网络的节点方程，利用稀疏矩阵技术进行节点方程求解，计算本时步的网络状态，修改历史量，进入下一时步计算，当长距离输电线路发生故障时进行预处理计算，当阀状态变化时进行电量跃变的计算。

一种全数字高压直流输电培训仿真系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种面向电力行业的培训仿真系统，尤其涉及一种全数字化的高压直流输电(High Voltage DC Transmission Systems，简称HVDC)培训仿真系统，属于电力系统仿真技术领域。\n背景技术\n[0002] 高压直流输电是指将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。直流输电技术的主要优点是不增加系统的短路容量，便于实现两大电力系统的非同期联网运行和不同频率电力系统的联网。\n[0003] 当前，我国正在积极推进坚强智能电网的建设，发展特高压直流输电是实现电网智能化的坚强保障。因此，有必要加强高压直流输电培训仿真技术的研究，为在2020年基本建成坚强智能电网奠定技术基础。\n[0004] 针对上述的技术需求，在《电力系统自动化》2006年第18期上发表的《数模混合式高压直流输电仿真系统的建立》一文中，刘云、印永华等人介绍了中国电力科学研究院仿真中心的数模混合式高压直流输电仿真系统的开发、建设及试验工作，阐述了如何建立适应仿真试验需要且实用高效的数模混合式直流仿真系统的设计思想、技术措施以及系统优化和简化方法.文中详细论述了多种设备的配置，高压直流输电一次物理模型和二次部分的结构优化，控制保护系统软硬件的调整和修改，设备间接口的设计，以及通过适当的通信系统实现直流输电模拟仿真系统的一次模型与控制保护系统间互联，与其他直流、交流仿真系统及其自动控制装置的连接，并通过后台及数据采集系统实现对系统的监控，从而建成完整的数模混合式高压直流输电仿真系统的工作。\n[0005] 在申请号为200810028456.3的中国发明专利申请中，公开了一种针对高压直流输电系统换流站运行和维护技术人员的培训考核系统。这种高压直流输电技术智能培训考核系统，由直流输电仿真系统、数据库、培训考核系统服务器、路由器、远程访问服务器以及一个教员用户终端、多个本地学员用户终端或远程学员用户终端组成，能进行网上学习、培训和考试，包括理论培训考试和直流输电系统实操培训考试，能根据所设定的题型、难度自动组题、自动计时、自动判分、自动形成成绩报告，可满足对直流输电系统运行维护初级工、中级工和高级工进行规范化、智能化培训和考核的需要。\n[0006] 另外，在申请号为200810218923.9的中国发明专利申请中，公开了一种理论与实操相结合的高压直流输电技术培训系统，包括离线直流输电培训系统、基于U3平台的离线直流输电培训系统、直流输电仿真系统、在线/离线培训切换装置及用户终端，用户终端通过在线/离线培训切换装置分别与离线直流输电培训系统、基于U3平台的离线直流输电培训系统和直流输电仿真系统连接。该培训系统采用模块化的设计结构，包含权限管理子系统、用户管理子系统、直流输电系统故障演示子系统。直流输电仿真系统实操性强、形象逼真，能真实地仿真模拟直流输电系统实际特性。\n[0007] 为了提高高压直流输电系统的仿真能力，在申请号为200910080301.9的中国发明专利申请中，公开了如下的技术方案：扩展单态动态相量形式为多态动态相量形式；采用开关函数表示换流阀特性，建立考虑交流基波电压不对称和直流电流存在纹波的非理想条件下HVDC系统的多态动态相量模型；并根据该模型的代数微分方程组，得到模型中每个变量随时间变化的曲线；然后，经过傅立叶反变换，分别计算出完整的高压直流输电系统整流侧直流电压、逆变侧直流电压、直流线路电流和交流侧电流随时间变化的曲线；最后计算高压直流输电系统直流侧和交流侧的各值，实现对高压直流输电系统的仿真。该技术方案在仿真中对非对称故障具有良好的适应性，同时计算效率高且不失准确性。\n发明内容\n[0008] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种全数字高压直流输电培训仿真系统(简称培训仿真系统)。该培训仿真系统可以建立一个全方位、全过程、全场景的高逼真度、交互式高压交直流输电培训模拟环境。\n[0009] 为实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：\n[0010] 一种全数字高压直流输电培训仿真系统，其特征在于包括：\n[0011] 交互式实时协同培训仿真支撑平台，用于提供仿真运行支撑环境；\n[0012] 三维仿真建模模块，用于构建虚拟设备仿真组件库；\n[0013] 交互式三维虚拟场景模块，用于实现一、二次设备的三维重现；\n[0014] 面向培训的交互式实时数字仿真模块，用于生成交流系统模型和直流系统模型；\n[0015] 培训管理与评价模块，用于实现教案调用、学员培训过程跟踪、培训进程控制、学员管理、培训评估功能；其中，\n[0016] 所述交互式三维虚拟场景模块、所述面向培训的交互式实时数字仿真模块、所述培训管理与评价模块、所述运行人员工作站仿真模块分别与所述交互式实时协同培训仿真支撑平台进行连接，所述三维仿真建模模块连接所述交互式三维虚拟场景模块。\n[0017] 其中，所述交互式实时协同培训仿真支撑平台包括仿真应用管理模块、仿真组件管理模块、声明管理模块、时间管理模块、数据分发管理模块和虚拟设备代理模块。\n[0018] 所述三维仿真建模模块包括组件生成器和组件装配器，其中所述组件生成器用于构建虚拟设备仿真组件库，所述组件装配器和虚拟设备仿真组件库相互配合，用于搭建仿真的一、二次设备现场。\n[0019] 所述面向培训的交互式实时数字仿真模块中的交流系统模型包括：交流输电线路、同步交流发电机及控制系统、变压器、开关/刀闸及负荷模型、继电保护和自动装置仿真模型。\n[0020] 所述面向培训的交互式实时数字仿真模块中的直流系统模型包括：换流变、交流滤波器、直流滤波器、平波电抗器、直流输电线路模型、换流桥阀及触发脉冲发生系统模型、高压直流输电及其控制保护系统模型。\n[0021] 所述面向培训的交互式实时数字仿真模块仿真计算出交直流电力系统中的一、二次设备状态量并存储在所述交互式实时协同培训仿真支撑平台中，所述交互式三维虚拟场景模块、所述运行人员工作站仿真模块及所述培训管理与评价模块从所述交互式实时协同培训仿真支撑平台读取交直流电力系统的数字仿真结果，并通过所述交互式实时协同培训仿真支撑平台将教员、学员操作指令发送给所述面向培训的交互式实时数字仿真模块。\n[0022] 所有仿真应用软件通过一个标准接口形式进行交互作用，各仿真应用软件之间不直接通信，所有通信功能集中由仿真实时运行基础结构实现。\n[0023] 所述全数字高压直流输电培训仿真系统利用综合友元法建立电气网络的等效电流源和电阻的替换网络元件，用电导和表示过去状态的历史电流源等效整个网络元件，建立等价网络的节点方程，利用稀疏矩阵技术进行节点方程求解，计算本时步的网络状态，修改历史量，进入下一时步计算，当长距离输电线路发生故障时进行预处理计算，当阀状态变化时进行电量跃变的计算。\n[0024] 本发明所提供的培训仿真系统可以全面满足高压直流输电生产人员的运行、检修维护等方面技能、技术培训需要，大幅度地提高高压直流输电生产培训、反事故演习、应急生产管理和标准化作业水平，从而实现了更好的培训效果，充分满足跨区电网发展的需要。\n附图说明\n[0025] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。\n[0026] 图1为全数字高压直流输电培训仿真系统中各功能模块之间的连接关系示意图；\n[0027] 图2为交互式实时协同培训仿真支撑平台与仿真应用软件之间的关系示意图；\n[0028] 图3为面向培训的交互式实时数字仿真模块的组成示意图；\n[0029] 图4为仿真实时运行基础结构的逻辑拓扑结构图；\n[0030] 图5为六脉动换流阀组元件的连接示意图；\n[0031] 图6为换流阀的等效电路模型示意图；\n[0032] 图7为锁相环控制系统的模型框图；\n[0033] 图8为触发脉冲发生系统的模型框图；\n[0034] 图9为换流变压器的等效电路模型示意图；\n[0035] 图10为本培训仿真系统中，单相输电线路的等值电路示意图；\n[0036] 图11为本培训仿真系统所采用的仿真并行算法的流程图；\n[0037] 图12为图11所示的仿真并行算法中，实现并行计算的示意图。\n具体实施方式\n[0038] 如图1所示，本发明所提供的全数字高压直流输电培训仿真系统包括交互式实时协同培训仿真支撑平台、三维仿真建模模块、交互式三维虚拟场景模块、面向培训的交互式实时数字仿真模块、培训管理与评价模块、运行人员工作站仿真模块等。其中，交互式实时协同培训仿真支撑平台是整个系统的中心，交互式三维虚拟场景模块、面向培训的交互式实时数字仿真模块、培训管理与评价模块、运行人员工作站仿真模块分别与该平台进行连接，而三维仿真建模模块连接交互式三维虚拟场景模块。面向培训的交互式实时数字仿真模块仿真计算出交流、直流电力系统一、二次设备状态量并存储在交互式实时协同培训仿真支撑平台中，交互式三维虚拟场景模块、运行人员工作站仿真模块及培训管理与评价模块从该交互式实时协同培训仿真支撑平台读取交直流电力系统的数字仿真结果，并通过交互式实时协同培训仿真支撑平台将教员、学员操作指令发送给面向培训的交互式实时数字仿真模块。\n[0039] 下面分别对各模块的组成和工作原理进行详细的说明。交互式实时协同培训仿真支撑平台是一个包含仿真应用管理、仿真组件管理、声明管理、时间管理、数据分发管理、虚拟设备代理等功能模块的仿真运行支撑环境。交互式实时协同培训仿真支撑平台与仿真应用软件之间的关系如图2所示。其中，高速实时通信软总线采用共享内存方式通信，通信软总线采用网络方式通信。交互式实时协同培训仿真支撑平台各个模块的功能描述如下：\n[0040] ●仿真应用管理：培训仿真系统中参与仿真运行的应用程序的加入和退出；统一管理仿真应用的注册，同时提供同步管理功能，实现分布式环境下的同步策略应用程序的同步。\n[0041] ●仿真组件管理：为仿真应用创建通信对象、发现通信对象、发送对象数据、接收对象数据提供支持，数据接收方和发送方无需知道对方在系统中的什么地方，具有位置透明性。\n[0042] ●声明管理：管理仿真组件类的公布、订购信息及消息类的公布和订购信息。\n[0043] ●时间管理：提供时间管理策略和时间推进策略。\n[0044] ●数据分发管理：实现基于值的数据过滤策略。\n[0045] ●虚拟设备代理：提供与物理设备通信的接口。\n[0046] 三维仿真建模模块离线编辑生成交互式三维虚拟场景模块需要的交流、直流系统中一、二次设备模型。它采用可视化、组件化和图库模一体化建模技术，包括两个部分：组件生成器、组件装配器。利用组件生成器可以方便地构建内容丰富的虚拟设备仿真组件库；利用组件装配器和虚拟设备仿真组件库可以像“搭积木”似地搭建虚拟仿真换流站控制室和继电器室、一次设备现场，实现仿真的一、二次设备的“即插即用”，同时仿真模型和数据库自动形成。\n[0047] 交互式三维虚拟场景模块采用虚拟现实仿真技术，可以实现换流站的一、二次设备三维重现，形象地反映了设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，不但可以对虚拟场景中的设备巡视、检查、漫游，而且可以进行虚拟操作，还提供了各种事故状态的事故场景，如着火、爆炸等，另外还提供了雾天、下雨、下雪等天气状况，提高了系统的真实感、现场感和培训环境的逼真度。\n[0048] 如图3所示，面向培训的交互式实时数字仿真模块中具有如下的电力系统模型：\n[0049] ●交流系统模型：交流输电线路、同步交流发电机及控制系统、变压器、开关/刀闸及负荷模型、继电保护和自动装置仿真模型等；\n[0050] ●直流系统模型：换流变、交流滤波器、直流滤波器、平波电抗器、直流输电线路模型、换流桥阀及触发脉冲发生系统模型、特高压直流输电及其控制保护系统模型等；\n[0051] 本培训仿真系统基于实时仿真平台，研究及开发直流控制保护及辅助系统设备的仿真组件，通过软件接口实现与实时数字仿真系统的有机结合。\n[0052] 换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。换流器又称换流阀是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆变。\n目前换流器多数采用晶闸管可控硅整流管)组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流、直流变交流的功能。\n[0053] 培训管理与评价模块具有教案调用、学员培训过程跟踪、培训进程控制、学员管理、培训评估等功能；并且可以对培训学员提供辅导、帮助等功能。\n[0054] 为了既保证数据访问、数据处理的实时响应性，又能满足对外部系统接口的标准性和开放性，本培训仿真系统中的数据库采用商用数据库与实时数据库相结合的方式。商用数据库采用支持ANSI-SQL访问的关系数据库(ORACLE、DB2、SYBASE、SQL SERVER)，利用商用数据库管理系统的标准性和开放性，方便地建立数据模式，存储历史数据以及为外部系统提供数据库接口。实时数据库是按照面向对象的思想和技术自行开发的常驻内存数据库，用来支持数据的快速访问、处理。实时数据库与商用数据库有机结合的方式保证了数据库的实时性和高效性，商用数据库作为实时数据库的持久存储，较好地解决了分布式系统中数据库系统的开放性、实时性和一致性问题，从而充分发挥了实时数据库和商用数据库各自的优势。\n[0055] 下面介绍本培训仿真系统的仿真实时运行基础结构(RTI)。该仿真实时运行基础结构是参考国际建模与仿真标准IEEE1516系列标准开发的、具有时间协同功能的高速实时通信软总线，实现了仿真应用管理、仿真对象管理、声明管理、时间管理、数据分发管理、虚拟设备代理等功能，是本培训仿真系统的基础。它作为分布式仿真的运行支撑环境，支持各个仿真应用之间的交互操作，是联系培训仿真系统各部分的纽带，是分布式培训仿真系统的核心。它为各个仿真应用软件提供了位置透明、高效的虚拟运行环境。\n[0056] 仿真实时运行基础结构由接口层、功能模块层和数据交互接口层组成，其中应用接口层实现接口规范定义的函数接口，为应用程序提供规范化的标准函数接口；逻辑处理层是对应用接口层的支持和内部管理功能的实现；数据交换接口层是对底层通信的封装，实现基于共享内存的高速实时通信和基于TCP/IP的网络通信。\n[0057] 仿真实时运行基础结构采用如图4所示的逻辑拓扑结构。在整个培训仿真系统中，所有仿真应用软件都是通过一个标准的接口形式进行交互作用。各个仿真应用软件之间不直接通信，所有通信功能集中由RTI实现。各个仿真应用软件向RTI发出某种接口服务的功能调用，RTI负责根据系统中各个仿真应用软件的需求，调度整个系统中的数据分布，从而实现了只将变化的信息发送到需要的地方。在一个培训仿真系统中，可以包含分布在不同或相同计算机上的许多应用程序，仿真应用管理提供创建、撤销、加入、退出培训仿真系统的功能接口，管理仿真运行环境的建立、撤销，仿真进程的注册和退出，同时提供同步管理功能，实现分布式环境下的进程间的同步策略。\n[0058] 仿真进程的逻辑时钟推进方式分为时间控制方式和时间受限方式，一个“时间控制”的仿真进程影响其它“时间受限”的仿真进程的时间推进。仿真进程的时间管理方式有四种组合，即：“控制”、“受限”、“既控制又受限”和“既不控制又不受限”。仿真系统中与时间推进相关的进程，必须采用控制、受限、既控制又受限的时间推进方式时才具有时间协调功能，时间管理服务自动协调分布式环境下仿真进程之间时间推进，保证本培训仿真系统的时空一致性，实现培训仿真系统的协同运行。\n[0059] 在本发明中，采用电网图模库一体化建模的技术思路。所谓图形、模型和数据库一体化建模是指画面编辑能够提供特定电气元件的计算模型，在生成画面同时，能够自动地生成或人为输入电气元件计算模型的参数，并插入到数据库相关表格中；能自动生成画面显示的动态数据。\n[0060] 对图形、模型和数据库一体化的支持是画面编辑器的重要功能之一，它把作图和数据录入融为一体，根据接线图上的连接关系自动建立整个电网的网络拓扑，极大地加快了系统建模的进程；所有电气元件都有对应的图形元件，为数据录入提供了直观的、图形化的输入工具；系统中还采取了多种有效措施，保证数据正确可靠，达到一次输入，全局共享的目的。\n[0061] 交直流电网实时数字仿真的模型完备性和计算精度直接决定着本培训仿真系统的整体性能，本培训仿真系统将采用交直流电磁暂态仿真技术，采用瞬时值方式进行计算，可以模拟微秒级的电压、电流瞬时变化情况，不仅可以计算系统的工频电量，而且考虑非周期和高频分量以及快速的暂态过程，准确的再现交直流系统的正常、异常及故障情况下的各种行为。结合直流培训系统的连续稳定运行、交互性、实时性等性能要求高的特点，针对换流阀状态频繁变换，本培训仿真系统开发修正向后欧拉法的电量跃变计算以保证了换流阀导通状态发生变化时，不会产生不衰减的数值振荡，以提高了系统连续稳定运行能力；采用长距离输电线路任意点故障在线仿真算法，实现各类设备故障的在线交互设置而无须预先设置以重新进行初始值及稳态计算，保证了系统的在线交互性；采用综合友元法、并行计算技术通过降低计算矩阵的阶数和将计算任务分解至多个CPU以提高系统的实时性。\n[0062] 接下来介绍本培训仿真系统所建立的各类电力系统仿真模型。为了准确的模拟直流系统启动、稳态、故障及停运时各种工况的暂态行为，本培训仿真系统将建立直流系统的各组成设备的详细模型，具体包括：\n[0063] 1)六脉动换流阀组模型\n[0064] 脉动换流阀组模型由换流阀等效电路模型、锁相环模型及触发脉冲发生系统模型组成，这些模型之间的连接示意图如图5所示。\n[0065] 本培训仿真系统采用的换流阀等效电路模型将考虑阳极电抗器及等效电阻的作用，串联阀组的正向导通压降，缓冲电路以及换流阀的导通、截止的作用，如图6所示，其中电感Lt为阳极电抗器的等效电感，电阻RL为包含阳极电抗器及阀的正向电阻，电压源等于阀的正向压降，Rt及Ct为并联RC缓冲支路电阻和电容，理想开关SK作为一数值函数，当阀导通时SK＝1，阀开断时SK＝0。\n[0066] 锁相环控制系统通过输出一个同步脉冲链来跟随输入的交流电压信号，通过反馈控制来消除发出脉冲频率与交流系统实际频率这两个信号之间的频率和相位误差，从而获得锁相功能。根据锁相环控制系统的实现原理，图7给出了锁相环控制系统的模型框图，交流侧三相电压经过αβ0变换、比例积分等环节输出基准相位。\n[0067] 图8给出了触发脉冲发生系统的模型框图，从锁相环输出相位角经过三角波发生程序后，得到具有与系统参考电压相同频率和相位的三角波；在此基础上，脉冲发生程序根据控制系统输出的触发角及接线补偿输出的补偿角，发出点火脉冲。其中，接线补偿主要是为了消除换流变压器一二次侧不同接法而出现的相位平移。\n[0068] 2)换流变压器模型\n[0069] 为实现交直流系统的同时仿真计算的问题，本培训仿真系统采用基于受控源原理的变压器暂态模型，其等效电路模型如图9所示，原边为流控电流源，副边为压控电压源，该模型的优势在于较好的消除了交直流接口的问题，实现交直流同步计算，从而使得交直流系统暂态过程计算更精确。\n[0070] 3)平波电抗器模型\n[0071] 采用集中参数的电阻电感支路模型。\n[0072] 4)滤波器模型\n[0073] 直流系统中接有大量的交、直流滤波器，主要分为单调谐滤波器、双调谐滤波器等类型，每类滤波器均有电容、电感、电阻串并联组成，系统将为每类滤波器建立相应的暂态模型。\n[0074] 5)电容器、电抗器模型\n[0075] 采用集中电容和电感支路模型。\n[0076] 6)超高压长距离输电线路模型\n[0077] 直流长距离输电线路模型将采用特征线法，并考虑线路的损耗，特征线法在分布参数设备的建模中广泛应用。该算法的思想是将输电线路的分布参数的影响化为集中参数，使输电线路的暂态过程在集中电路中求解。经公式推导后，单相输电线路等值电路如图\n10所示，而且两端电量是靠两端等值电流源Ip(t)和Iq(t)的历史记录互相联系，而在拓扑上没有联系，因此可以在长线处将直流系统分开分别对整流侧和逆变侧进行并行计算。\n[0078] 对于控制系统的仿真应考虑并列解耦计算，相应的功能模块也不需要全部模拟，只模拟其中对一次系统运行发生重要影响的部分即可。主要包括：极功率控制/电流控制、换流器触发控制、过负荷限制、直流功率调制、换流变压器分接头控制、无功功率控制、电压角度参考值计算。\n[0079] 在本培训仿真系统中，所采用的仿真并行算法如图11所示。仿真并行计算的主要流程是利用综合友元法建立电气网络的等效电流源和电阻的替换网络元件，用电导和表示过去状态的历史电流源来等效整个网络元件，建立其等价网络的节点方程，利用稀疏矩阵技术进行节点方程求解，计算本时步的网络状态，修改历史量，进入下一时步计算，当长距离输电线路发生故障时进行预处理计算，当阀状态变化时进行电量跃变的计算。\n[0080] 综合友元法是将一类设备作为整体进行描述设备的微分方程差分化，作为一个友元元件处理，在各个时间离散点上化为等效的电导和电流源。与EMTP等电磁暂态仿真计算程序采用的友元法相比，综合友元法可使网络方程节点数减少，从而可降低计算矩阵的规模，从而提高计算速度。\n[0081] 在直流控保系统仿真中，控制系统与电气网络分别求解，网络解的输出在下一时步中可以作为控制系统的输入量，控制系统的输出量在同一时步作为网络解的输入量，因此直流控制调节系统计算和电气网络计算可在不同CPU进行并行计算。\n[0082] 另外，根据长距离输电线路模型两端自然解耦，控制系统与电气网络求解自然解耦的特点，可将交直流系统的计算任务分解至多个CPU处理，计算任务之间通过高速共享内存进行通信和同步。如图12所示，本培训仿真系统采用并行计算技术，并结合综合友元法，能够实现50～80us时间实现交直流系统的一个步长的仿真计算。\n[0083] 在直流系统仿真中，各换流器的各阀周期性地导通、截止，相当于系统中有频繁的开关操作，本培训仿真系统在阀状态变化时采用修正向后欧拉法进行电量跃变的计算以避免产生不衰减的数值振荡，同时保证系统的仿真精度。\n[0084] 以上对本发明所提供的全数字高压直流输电培训仿真系统进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。