[發(fā)明專(zhuān)利]一種功率級(jí)數(shù)模混合仿真系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310283532.6
• 申請(qǐng)日: 2013-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103345162A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周俊;宋云亭;馬世英;胡濤;劉翀
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;中國(guó)電力科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種功率級(jí)數(shù)模混合仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是并行計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，以及各種實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工具和物理仿真裝置越來(lái)越多的應(yīng)用到電力電子和電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，仿真規(guī)模和研究領(lǐng)域得到極大拓展。數(shù)模混合仿真作為其中一種先進(jìn)的仿真方法，既可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全數(shù)字仿真，也可對(duì)物理裝置進(jìn)行仿真試驗(yàn)，優(yōu)化了電力系統(tǒng)的模擬過(guò)程。

許多已發(fā)表的文獻(xiàn)利用數(shù)模混合仿真對(duì)二次設(shè)備如繼電保護(hù)，直流控制系統(tǒng)等進(jìn)行測(cè)試。仿真時(shí)接口交互的為信號(hào)量，因此這一類(lèi)仿真被稱(chēng)為信號(hào)系統(tǒng)混合仿真SSHS（Signal?System?Hybrid?Simulation），而對(duì)于一次設(shè)備的數(shù)字物理混合仿真，由于接口交互的為電網(wǎng)功率，這一類(lèi)仿真屬于能量系統(tǒng)混合仿真PSHS（Power?System?Hybrid?Simulation），此時(shí)的接口也被稱(chēng)為功率連接接口。圖1和圖2分別為兩種混合仿真接口不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的信號(hào)接口目前只能實(shí)現(xiàn)控制器級(jí)的數(shù)模混合仿真，無(wú)法接入發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、換流器等實(shí)際電力一次設(shè)備，且仿真規(guī)模較小。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種功率級(jí)數(shù)模混合仿真系統(tǒng)，本發(fā)明提供的混合仿真系統(tǒng)采用硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真器與物理仿真裝置的功率級(jí)混合仿真，以達(dá)到合理利用資源，提升仿真水平，為研究交直流電網(wǎng)提供新手段的目的，解決了無(wú)法接入發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、換流器等實(shí)際電力一次設(shè)備，且仿真規(guī)模較小的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種功率級(jí)數(shù)模混合仿真系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于，所述混合仿真系統(tǒng)包括：

硬件電路：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字側(cè)與物理側(cè)功率變換以及物理側(cè)反饋信號(hào)采集輸入；

數(shù)字模型：用于實(shí)現(xiàn)歷史電流計(jì)算、延時(shí)補(bǔ)償、數(shù)字側(cè)電流輸出、物理側(cè)電壓采集輸入以及解耦線路模型；

所述硬件電路與數(shù)字模型之間進(jìn)行功率交換，硬件電路將數(shù)字仿真器與物理側(cè)待仿真裝置進(jìn)行連接，數(shù)字模型完成計(jì)算將計(jì)算參數(shù)輸出給硬件電路，同時(shí)硬件電路將電氣參數(shù)反饋給數(shù)字模型作為輸入，實(shí)現(xiàn)數(shù)字側(cè)和物理側(cè)的功率級(jí)數(shù)模混合仿真。

其中，所述數(shù)字側(cè)采用數(shù)字仿真器，物理側(cè)采用物理仿真裝置。

其中，所述硬件電路包括依次連接的前向輸出環(huán)節(jié)和反向輸入環(huán)節(jié)；前向輸出環(huán)節(jié)包括依次連接的數(shù)字模擬D/A轉(zhuǎn)換單元、前向緩沖單元、功率放大單元和電壓變換單元；反向輸入環(huán)節(jié)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)調(diào)理單元、反向緩沖單元和模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換單元。

其中，所述功率放大單元采用功率放大器，選擇電流源輸出模式，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字模型的輸出功率放大；

所述電壓變換單元采用線性變壓器或帶飽和的變壓器，用于對(duì)功率放大器輸出電壓信號(hào)進(jìn)行升壓；

所述前向緩沖單元和反向緩沖單元均采用反相器，用于提高數(shù)據(jù)采集的同步性和仿真精度；

所述數(shù)據(jù)采集單元用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真器和物理仿真裝置電壓電流信號(hào)的采集，采用電壓互感器PT或電流互感器CT；

所述信號(hào)調(diào)理單元用于實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字模擬D/A轉(zhuǎn)換單元和模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換單元采集信號(hào)的放大和濾波。

其中，所述數(shù)字模型包括歷史電流計(jì)算和延時(shí)補(bǔ)償單元、電流輸出單元、電壓采集單元以及解耦線路模型單元；

所述歷史電流計(jì)算和延時(shí)單元根據(jù)電壓互感器PT采集到的電壓值，首先對(duì)所述電壓值進(jìn)行相-模變換，用于三相解耦，并將解耦后的值變換成向量，得到歷史電流值；歷史電流計(jì)算和延時(shí)單元對(duì)數(shù)字模擬D/A轉(zhuǎn)換單元、模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換單元和功率放大單元帶來(lái)的延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償；

所述電流輸出單元用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出以及數(shù)字模擬D/A轉(zhuǎn)換單元的增益校正；

所述電壓采集單元用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入以及模擬數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換單元的增益校正；

所述解耦線路模型單元用于解耦線路，并通過(guò)硬件電路完成數(shù)字側(cè)與物理側(cè)在電氣上的解耦。

其中，所述歷史電流計(jì)算和延時(shí)補(bǔ)償單元、電流輸出單元、電壓采集單元以及解耦線路模型單元均通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)；服務(wù)器與硬件電路連接。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

1.采用全數(shù)字?jǐn)?shù)字仿真與物理仿真相結(jié)合的方式，對(duì)大規(guī)模交直流混合輸電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)模混合實(shí)時(shí)仿真，是目前進(jìn)行特高壓大電網(wǎng)規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)研究的最有效方式，接口實(shí)現(xiàn)對(duì)研究交直流電網(wǎng)具有重要的意義。