T-CES 339-2025 电网换相型直流换流站全数字故障仿真系统技术要求

T/CES339—2025电网换相型直流换流站全数字故障仿真系统技术要求前言本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草，遵循开放、公平、透明、协商一致和促进贸易和交流的原则。本标准规定的内容符合国家有关法律法规和强制性标准的要求，没有侵犯他人合法权益，契合电网换相型直流换流站安全稳定运行、故障防控及运维升级的行业需求，为全数字故障仿真系统的设计、研发、测试、验收及运行维护提供统一的技术依据。本标准由中国电器工业协会（CES）提出并归口。本标准由国网电力科学研究院有限公司牵头起草，联合国内直流输电设备制造、电力运维、科研院所等单位共同编制，由中国电器工业协会发布并负责解释。本标准于2025年06月15日发布，2025年09月15日实施。本标准为首次发布，填补了电网换相型直流换流站全数字故障仿真系统的行业标准空白，对规范仿真系统技术要求、提升仿真精度、保障换流站故障处置能力、推动直流输电技术高质量发展具有重要意义。1范围本标准规定了电网换相型直流换流站全数字故障仿真系统（以下简称“仿真系统”）的总则、技术架构、硬件要求、软件要求、仿真功能要求、性能要求、测试与验收要求、运行维护要求及安全要求。本标准适用于电网换相型直流换流站（含常规直流换流站、背靠背直流换流站）全数字故障仿真系统的设计、研发、生产、测试、验收、运行及维护，可作为相关单位开展仿真系统建设、选型、运维及考核的依据，也可用于仿真系统相关技术研究和产品认证。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T12325电能质量供电电压偏差GB/T14549电能质量公用电网谐波GB/T20234电动汽车传导充电用连接装置DL/T349高压直流输电设备状态检修导则DL/T5222电力工程电缆设计标准DL/T620交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T801高压直流输电控制系统技术条件DL/T1028高压直流输电换流阀检修导则DL/T1423高压直流输电系统仿真技术规范IEC61850电力自动化通信网络和系统IEC62271-1高压开关设备和控制设备第1部分：通用技术条件中国电器工业协会团体标准管理办法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1电网换相型直流换流站（LineCommutatedConverterHVDCStation,LCC-HVDCStation）采用电网换相型换流器（晶闸管换流器），通过交流系统提供换相电压实现换流，用于实现交流电力与直流电力相互转换、远距离直流输电的电力设施，包含换流阀、换流变压器、平波电抗器、滤波器等核心设备。3.2全数字故障仿真系统（FullDigitalFaultSimulationSystem）基于数字仿真技术，对电网换相型直流换流站及关联电网的各类故障（内部故障、外部故障）进行全数字化建模、仿真计算、过程复现及结果分析的系统，具备故障模拟、参数设置、数据采集、仿真控制、报表生成等功能。3.3换流器建模（ConverterModeling）对电网换相型换流器的电气特性、工作原理、控制逻辑进行数字化描述，构建能够准确反映换流器换相过程、故障响应特性的数学模型，是故障仿真的核心基础。3.4故障仿真精度（FaultSimulationAccuracy）仿真系统输出的故障参数（电压、电流、功率等）与实际故障数据的吻合程度，以误差范围为主要评价指标，直接决定仿真结果的可靠性和实用性。3.5实时仿真（Real-TimeSimulation）仿真系统按照实际电力系统的时间尺度进行仿真计算，仿真步长与实际时间同步，能够实时输出仿真结果，可用于故障实时复现、控制策略验证等场景。3.6离线仿真（OfflineSimulation）仿真系统脱离实际电力系统运行，基于预设参数和故障场景进行仿真计算，不要求实时输出，主要用于故障分析、方案优化、人员培训等场景。4总则4.1设计原则准确性原则：仿真系统的建模精度、故障响应特性应与实际换流站一致，仿真结果误差符合本标准规定，能够真实反映换流站故障过程。完整性原则：覆盖换流站各类核心设备、辅助系统及关联电网，能够模拟换流站内部、外部各类典型故障，满足不同场景的仿真需求。可靠性原则：系统硬件性能稳定，软件运行可靠，具备故障自诊断、自恢复能力，避免仿真过程中出现崩溃、数据丢失等问题。可扩展性原则：系统架构设计应具备灵活性，支持设备模型升级、故障场景扩展、功能模块新增，适应换流站技术升级和运维需求变化。易用性原则：具备友好的人机交互界面，操作便捷，支持参数设置、故障场景编辑、仿真结果可视化展示，便于运维人员操作和使用。安全性原则：具备完善的安全防护机制，防止数据泄露、系统入侵，保障仿真系统及关联设备的安全运行。4.2应用场景故障分析：模拟换流站各类故障（换流阀故障、换流变压器故障、线路故障等），分析故障发生机理、发展过程及影响范围，为故障处置提供技术支撑。控制策略验证：验证换流站控制保护系统的控制逻辑、保护定值，优化控制策略，提升控制保护系统的可靠性和有效性。运维培训：构建逼真的故障场景，开展运维人员故障识别、处置技能培训，提升运维人员的应急处置能力。设备选型与优化：模拟不同设备参数、运行工况下的故障响应，为换流站设备选型、参数优化提供依据。电网规划：结合关联电网，模拟换流站故障对电网的影响，为电网规划、调度运行提供技术支持。5技术架构5.1总体架构仿真系统采用分层架构设计，自上而下分为人机交互层、应用功能层、核心仿真层、数据存储层、硬件支撑层，各层相互独立、协同工作，确保系统运行高效、稳定。5.2各层功能要求5.2.1人机交互层作为用户与系统的交互接口，主要功能包括：提供图形化操作界面，支持参数设置、故障场景编辑、仿真指令下发；实时展示仿真过程、故障波形、数据曲线等仿真结果，支持可视化分析；支持仿真数据导出、报表生成、打印等功能；支持用户权限管理，区分管理员、操作员等不同角色，分配不同操作权限。5.2.2应用功能层实现仿真系统的核心应用功能，主要包括：故障场景管理：支持故障类型、故障位置、故障时刻、故障持续时间等参数的设置与编辑，预设典型故障场景库；仿真控制：支持实时仿真、离线仿真的启动、暂停、停止、重启等操作，控制仿真进程；结果分析：对仿真数据进行统计、分析，生成故障分析报告，支持故障波形对比、数据趋势分析；模型管理：支持换流站设备模型、电网模型的导入、导出、修改、升级等管理功能。5.2.3核心仿真层系统的核心计算层，主要功能包括：建模计算：对换流站核心设备、辅助系统及关联电网进行数字化建模，实现换相过程、故障响应的精准计算；仿真求解：采用高效的数值计算方法，完成故障仿真的求解运算，确保仿真精度和实时性；数据交互：与应用功能层、数据存储层进行数据交互，接收参数指令，输出仿真数据。5.2.4数据存储层负责仿真系统各类数据的存储与管理，主要功能包括：存储仿真参数、故障场景数据、仿真结果数据、设备模型数据等；支持数据的查询、检索、备份、恢复等功能，确保数据安全；支持数据存储格式标准化，便于数据共享和后续分析。5.2.5硬件支撑层为整个系统提供硬件支撑，包括服务器、工作站、网络设备、存储设备等，确保系统高效、稳定运行。6硬件要求6.1服务器CPU：采用多核高性能处理器，核心数不低于16核，主频不低于3.0GHz，支持超线程技术；内存：不低于64GBDDR4及以上规格，支持内存扩展，最大可扩展至128GB；硬盘：采用固态硬盘（SSD），容量不低于1TB，同时配置机械硬盘（HDD）用于数据备份，容量不低于4TB；接口：支持千兆以太网接口，数量不低于4个，支持USB3.0及以上接口，数量不低于4个；可靠性：支持冗余备份，平均无故障工作时间（MTBF）不低于10000小时。6.2工作站CPU：多核处理器，核心数不低于8核，主频不低于2.8GHz；内存：不低于32GBDDR4及以上规格；显卡：独立显卡，显存不低于4GB，支持图形化渲染和波形展示；硬盘：固态硬盘（SSD）容量不低于512GB；显示器：分辨率不低于1920×1080，支持多屏显示，便于多维度查看仿真结果。6.3网络设备交换机：采用千兆以太网交换机，端口数量不低于24个，支持VLAN划分、端口镜像等功能；路由器：支持千兆以太网接口，具备路由转发、防火墙等功能，确保系统网络安全；网络带宽：内部网络带宽不低于1000Mbps，确保数据传输高效、稳定。6.4存储设备采用网络存储（NAS）或磁盘阵列，存储容量不低于10TB，支持容量扩展；支持RAID冗余阵列，确保数据安全，防止数据丢失；数据传输速率不低于100MB/s，支持多用户同时访问。6.5其他硬件打印机：支持彩色打印、A4纸张打印，用于打印仿真报告、参数报表等；不间断电源（UPS）：容量不低于3kVA，备用时间不低于30分钟，确保突发停电时系统数据安全和正常关机；硬件环境：设备运行环境温度为15℃~30℃，相对湿度为40%~70%，无粉尘、无腐蚀性气体，供电电压稳定。7软件要求7.1操作系统服务器操作系统：采用Linux操作系统（如CentOS、UbuntuServer），版本不低于7.0，支持64位架构，具备高稳定性、高安全性；工作站操作系统：采用Windows10及以上版本或Linux操作系统，支持图形化界面，具备良好的兼容性。7.2仿真软件7.2.1核心仿真软件具备换流站核心设备（换流阀、换流变压器、平波电抗器、滤波器等）的标准化建模功能，支持自定义模型参数；支持电网换相型换流器的换相过程仿真，能够准确模拟换相失败等典型故障；采用高效的数值计算方法，仿真步长可调节，实时仿真步长不大于50μs，离线仿真步长可根据需求调整；支持与换流站控制保护系统的接口对接，能够接收控制指令，模拟控制响应。7.2.2辅助软件数据采集与处理软件：支持仿真数据的实时采集、存储、处理，能够对数据进行滤波、降噪等预处理；波形分析软件：支持仿真波形的展示、对比、分析，能够测量波形参数（峰值、有效值、频率等）；报表生成软件：支持根据仿真数据自动生成标准化仿真报告，可自定义报告格式；数据库软件：采用关系型数据库（如MySQL、Oracle），支持数据的高效存储、查询、检索。7.3软件性能要求稳定性：软件连续运行72小时无崩溃、无异常，数据传输无丢失；兼容性：支持与不同厂家的换流站设备模型、控制保护系统对接，兼容主流的仿真数据格式；响应速度：参数设置、故障场景编辑、仿真启动等操作响应时间不超过10秒；可维护性：软件具备完善的日志功能，支持故障排查、版本升级，升级过程不影响系统正常运行。8仿真功能要求8.1建模功能换流站设备建模：支持换流阀、换流变压器、平波电抗器、滤波器、母线、开关设备等核心设备的建模，模型参数可自定义设置，符合相关标准要求；电网建模：支持换流站关联交流电网的建模，可导入电网参数，模拟电网运行状态；控制保护系统建模：支持换流站控制保护系统（如整流侧控制、逆变侧控制、保护逻辑）的建模，能够模拟控制保护系统的动作特性；模型导入导出：支持模型的导入、导出功能，兼容主流的模型格式，便于模型共享和复用。8.2故障仿真功能8.2.1故障类型覆盖换流站内部故障：换流阀故障（单阀故障、多阀故障、换相失败）、换流变压器故障（绕组短路、铁芯故障、套管故障）、平波电抗器故障（短路、接地）、滤波器故障（短路、谐振）、母线故障（短路、接地）等；换流站外部故障：直流线路故障（短路、接地、断线）、交流线路故障（三相短路、两相短路、单相接地）、交流母线故障等；其他故障：设备误动、控制保护系统故障、参数异常等。8.2.2故障参数设置支持故障类型、故障位置、故障时刻、故障持续时间、故障严重程度等参数的精准设置；支持故障叠加仿真，可模拟多个故障同时发生的场景；支持故障暂态、稳态过程的完整仿真，能够模拟故障发生、发展、清除的全过程。8.3仿真控制功能支持实时仿真和离线仿真两种模式，可根据应用场景切换；支持仿真的启动、暂停、停止、重启等操作，可随时调整仿真进程；支持仿真步长调节，实时仿真步长可在10μs~50μs之间调节，离线仿真步长可在1μs~100μs之间调节；支持仿真过程中的参数修改，可实时调整设备参数、故障参数，观察参数变化对仿真结果的影响。8.4结果输出与分析功能实时输出仿真数据：包括电压、电流、功率、换相角、触发角等关键参数，数据更新频率不低于100Hz；波形展示：支持故障波形的实时展示，可展示电压波形、电流波形、功率波形等，支持波形放大、缩小、平移等操作；数据统计分析：对仿真数据进行统计，计算最大值、最小值、平均值、有效值等参数，生成数据报表；故障分析：自动分析故障原因、故障影响范围，生成故障分析报告，为故障处置提供依据；数据导出：支持仿真数据、波形图片、分析报告的导出，格式包括Excel、PDF、PNG等。8.5培训功能（可选）支持预设培训场景，构建不同难度的故障培训案例；支持运维人员操作考核，记录操作过程和结果，评估操作水平；支持故障处置流程演示，引导运维人员掌握故障处置方法。9性能要求9.1仿真精度电压、电流仿真精度：与实际故障数据的误差不超过5%；换相角、触发角仿真精度：误差不超过2°；故障发生时刻、清除时刻仿真精度：误差不超过100μs；稳态仿真精度：仿真稳态值与理论值的误差不超过3%。9.2实时性实时仿真步长：不大于50μs，确保仿真过程与实际故障过程同步；数据处理延迟：仿真数据采集、处理、输出的总延迟不超过1ms；波形展示延迟：仿真波形展示与仿真进程的延迟不超过50ms。9.3稳定性连续运行稳定性：系统连续运行72小时，无崩溃、无异常，仿真数据无丢失；故障仿真稳定性：模拟各类故障场景，仿真过程无异常中断，故障响应符合实际规律；负载稳定性：在最大负载（同时模拟3个及以上故障场景）下，系统运行稳定，性能无明显下降。9.4扩展性模型扩展性：支持新增设备模型、自定义模型，可根据换流站技术升级扩展模型库；功能扩展性：支持新增仿真功能、分析功能，可根据运维需求扩展系统功能模块；硬件扩展性：支持服务器、存储设备、网络设备的扩展，满足仿真规模扩大的需求。10测试与验收要求10.1测试条件硬件环境：符合本标准第6章的要求，设备安装调试完毕，运行正常；软件环境：操作系统、仿真软件、辅助软件安装完毕，版本符合要求，运行正常；测试数据：具备换流站实际设备参数、故障数据，用于仿真精度验证；测试人员：具备相应的专业技能，熟悉仿真系统和换流站相关技术。10.2测试内容10.2.1硬件测试服务器、工作站性能测试：测试CPU、内存、硬盘、网络的性能，验证是否符合本标准要求；存储设备测试：测试存储容量、数据传输速率、冗余备份功能；网络设备测试：测试网络带宽、传输延迟、稳定性；UPS测试：测试备用时间、供电稳定性，验证突发停电时的保护功能。10.2.2软件测试软件安装测试：验证软件安装过程是否顺畅，是否与硬件环境兼容；功能测试：验证建模、故障仿真、仿真控制、结果分析等功能是否符合本标准要求；性能测试：验证软件的稳定性、响应速度、兼容性，测试仿真精度和实时性；日志功能测试：验证软件日志的完整性、准确性，是否支持故障排查。10.2.3系统整体测试典型故障仿真测试：模拟换流站各类典型故障，验证仿真结果与实际故障数据的吻合程度；多场景并发测试：模拟多个故障场景同时仿真，验证系统负载能力和稳定性；接口对接测试：验证仿真系统与换流站控制保护系统的接口对接功能，确保数据交互正常。10.3验收标准硬件测试：所有硬件设备性能符合本标准第6章要求，无故障；软件测试：软件功能完整、运行稳定，响应速度、兼容性符合要求；系统整体测试：仿真精度、实时性、稳定性符合本标准第9章要求，典型故障仿真误差不超过规定范围；文档验收：提供完整的技术文档、用户手册、测试报告等资料，文档内容完整、准确。10.4验收流程测试准备：由建设单位、研发单位、验收单位共同做好测试准备工作，明确测试方案和验收标准；测试实施：按照测试方案开展硬件、软件、系统整体测试，记录测试数据和结果；结果审核：验收单位对测试结果进行审核，判断是否符合验收标准；验收结论：对于符合验收标准的，出具验收合格报告；对于不符合的，提出整改意见，整改后重新验收。11运行维护要求11.1日常维护硬件维护：定期对服务器、工作站、网络设备、存储设备等进行清洁、检查，确保设备运行正常；定期检查UPS供电状态，及时更换蓄电池；软件维护：定期对操作系统、仿真软件、辅助软件进行版本升级、补丁更新；定期清理软件日志、临时文件，优化软件运行性能；数据维护：定期对仿真数据进行备份，备份周期不超过1个月，备份数据保存期限不低于3年；定期检查数据存储设备，确保数据安全；环境维护：保持设备运行环境清洁、干燥，控制温度、湿度在规定范围内，避免设备受到粉尘、腐蚀性气体影响。11.2定期检查每周检查：检查系统运行状态，查看软件日志，排查异常情况；检查网络连接、数据传输是否正常；每月检查：对硬件设备进行全面检查，测试设备性能；对软件功能进行抽样测试，验证软件运行稳定性；每年检查：对系统进行全面检测，包括硬件性能测试、软件功能测试、仿真精度验证；对设备进行全面维护，更换老化部件。11.3故障处置建立故障处置台账，记录故障发生时间、故障现象、处置过程、处置结果；对于轻微故障（如软件卡顿、数据查询异常），运维人员及时排查处置，确保系统快速恢复运行；对于重大故障（如服务器崩溃、数据丢失），立即启动应急预案，组织专业人员进行处置，同时恢复备份数据，减少损失；故障处置完成后，进行复盘分析，总结故障原因，采取预防措施，避免同类故障再次发生。11.4人员要求运维人员应具备相应的专业技能，熟悉仿真系统的硬件、软件及换流站相关技术；定期对运维人员进行培训，提升运维技能和故障处置能力；运维人员应严格按照操作规程进行操作，避免误操作导致系统故障。12安全要求12