功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真試驗(yàn)技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于未知的物理現(xiàn)象(如大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能電站、極端外部條件對(duì)電力系統(tǒng)的影響等)，以及極快速的動(dòng)態(tài)過(guò)程(如IGBT閉合與開(kāi)斷過(guò)程)和極慢的動(dòng)態(tài)過(guò)程(如電網(wǎng)大停電過(guò)程)，常規(guī)的數(shù)字仿真，如RTDS、RT-LAB, EMTDC, BPA等仿真計(jì)算軟件難以模擬，需依賴動(dòng)態(tài)物理模擬手段，而物理仿真規(guī)模有限，難以適應(yīng)如今大規(guī)模電網(wǎng)仿真需求，而且人力、物力投入較大，經(jīng)濟(jì)效益低。
[0003]為適應(yīng)當(dāng)今新能源接入的電網(wǎng)需求，充分利用數(shù)字仿真和物理仿真的各自優(yōu)勢(shì)，采用數(shù)字和物理相結(jié)合的仿真方式，使用RTDS全數(shù)字仿真模擬電網(wǎng)，物理模擬電力新設(shè)備和特殊過(guò)程，RTDS數(shù)字與物理模擬混合實(shí)時(shí)仿真技術(shù)是一種較好的解決方案，既解決物理仿真規(guī)模的局限性，又能對(duì)電力系統(tǒng)仿真手段進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)一步揭示電網(wǎng)運(yùn)行的物理現(xiàn)象及其本質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，能夠?qū)π履茉床⒕W(wǎng)設(shè)備進(jìn)行全面檢測(cè)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括數(shù)字仿真工作站、RTDS數(shù)字仿真器、模擬量輸出接口卡、模擬量輸入接口卡、四象限線性功率放大器、控制器、電流測(cè)量傳感器、功率型物理模型、以太網(wǎng)、光纖、硬接線、電纜線，數(shù)字仿真工作站通過(guò)以太網(wǎng)與RTDS數(shù)字仿真器連接，RTDS數(shù)字仿真器通過(guò)光纖與模擬量輸出接口卡連接，模擬量輸出接口卡通過(guò)硬接線與控制器連接，控制器通過(guò)硬接線與四象限線性功率放大器連接，四象限線性功率放大器通過(guò)電纜線與功率型物理模型連接，從而將RTDS數(shù)字仿真器的電壓模擬量輸出至功率型物理模型，功率型物理模型與電流測(cè)量傳感器連接，電流測(cè)量傳感器通過(guò)硬接線與模擬量輸入接口卡連接，模擬量輸入接口卡通過(guò)光纖與RTDS數(shù)字仿真器連接，從而將功率型物理模型的電流量返回至RTDS數(shù)字仿真器，RTDS數(shù)字仿真器設(shè)置有數(shù)字接口算法單元，四象限線性功率放大器設(shè)置有物理接口算法單元。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述RTDS數(shù)字仿真器建立包含有光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)數(shù)字仿真模型，功率型物理模型在交流母線處并網(wǎng)接入RTDS數(shù)字仿真器。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述RTDS數(shù)字仿真器與功率型物理模型的接口算法選擇為輸出電壓模擬量，輸入電流模擬量。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述RTDS數(shù)字仿真器通過(guò)模擬量輸出接口卡將物理模型并網(wǎng)母線三相電壓輸出至功率型物理模型。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述功率型物理模型通過(guò)電流測(cè)量傳感器將物理模型的電流輸入至RTDS數(shù)字仿真器。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述控制器采集RTDS數(shù)字仿真器的電壓模擬量信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算后輸出給四象限線性功率放大器，從而控制四象限線性功率放大器的輸出電壓大小。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述RTDS數(shù)字仿真器的數(shù)字接口算法單元中設(shè)置有電流源，電流測(cè)量傳感器采集的電流作為電流源的輸入量，仿真模型將輸入的電流量實(shí)時(shí)運(yùn)算后得出母線電壓，通過(guò)接口板卡輸出給功率型物理模型。
[0012]本發(fā)明還提供了一種功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)方法，包括如下步驟:(1)通過(guò)RTDS數(shù)字仿真器建立風(fēng)光儲(chǔ)微電網(wǎng)數(shù)字仿真模型，并按照試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置好試驗(yàn)程序；(2)分別在RTDS數(shù)字仿真器和四象限線性功率放大器中建立數(shù)字接口算法單元和物理接口算法單元；(3)將數(shù)字接口算法單元連接模擬量輸出接口卡，模擬量輸出接口卡連接控制器，控制器連接四象限線性功率放大器，四象限線性功率放大器連接物理接口算法單元，建立RTDS數(shù)字仿真器與功率型物理模型的前向數(shù)據(jù)接口 ；(4)將功率型物理模型與電流測(cè)量傳感器連接，電流測(cè)量傳感器連接模擬量輸入接口卡，模擬量輸入接口卡連接數(shù)字接口算法單元，建立RTDS數(shù)字仿真器與功率型物理模型的反饋數(shù)據(jù)接口 ；(5)通過(guò)步驟(2)、(3)、(4)建立RTDS數(shù)字仿真器與功率型物理模型雙向連接，從而搭建閉環(huán)的試驗(yàn)系統(tǒng)；(6)將RTDS數(shù)字仿真器的數(shù)字模型進(jìn)行編譯，并下載到RTDS數(shù)字仿真器上運(yùn)行；
(7)在RTDS數(shù)字仿真器運(yùn)行界面中按照試驗(yàn)步驟操作菜單，開(kāi)展功率在環(huán)型數(shù)?；旌戏抡嬖囼?yàn)。
[0013]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述數(shù)字仿真模型的搭建過(guò)程包括:(1)將光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏陣列、光伏并網(wǎng)逆變器和控制系統(tǒng)、升壓變壓器實(shí)際參數(shù)，按照RTDS數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和等值，在RTDS仿真器中試驗(yàn)驗(yàn)證等值模型與詳細(xì)模型具有相同外特性，按照光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際電氣連接搭建光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字仿真模型；(2)根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)，按照RTDS數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和等值，在RTDS仿真器中試驗(yàn)驗(yàn)證等值模型與詳細(xì)模型具有相同外特性，按照風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際電氣連接搭建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字仿真模型；(3)根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)，按照RTDS數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和等值，在RTDS仿真器中試驗(yàn)驗(yàn)證等值模型與詳細(xì)模型具有相同外特性，按照儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際電氣連接搭建儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)字仿真模型；(4)根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，搭建風(fēng)光儲(chǔ)微電網(wǎng)數(shù)字仿真模型。
[0014]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述RTDS數(shù)字仿真器與功率型物理模型的數(shù)據(jù)接口設(shè)置過(guò)程如下:(1)在RTDS數(shù)字仿真器中設(shè)置數(shù)字接口算法單元，數(shù)字接口算法單元提取RTDS數(shù)字仿真器的信號(hào)級(jí)電壓模擬量，通過(guò)光纖連接將信號(hào)級(jí)電壓模擬量輸出至模擬量輸出接口卡并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的電壓模擬量通過(guò)硬接線輸出至控制器，控制器將采集的電壓模擬量經(jīng)過(guò)運(yùn)算后控制四象限線性功率放大器的電壓輸出，四象限線性功率放大器設(shè)置有物理接口算法單元，物理接口算法單元通過(guò)電纜與功率型物理模型電氣連接輸A/輸出電壓、電流量，從而實(shí)現(xiàn)四象限線性功率放大器與功率型物理模型間功率的雙向傳輸，四象限功率放大器放大或吸收功率保持仿真系統(tǒng)能量平衡；（2)利用電流測(cè)量傳感器提取功率型物理模型電流量，通過(guò)硬接線輸入到模擬量輸入接口卡并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的電流量經(jīng)光纖輸入到數(shù)字接口算法單元，數(shù)字接口算法單元通過(guò)信號(hào)處理解決電流量時(shí)間延時(shí)問(wèn)題，將電流量返回至RTDS數(shù)字仿真器。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用RTDS數(shù)字仿真器通過(guò)接口硬件設(shè)備與功率型物理模型雙向功率連接，方便對(duì)新能源并網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行全面檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]圖1為本發(fā)明功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)字模型搭建示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書中描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0020]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)包括數(shù)字仿真工作站1、RTDS數(shù)字仿真器2、模擬量輸出接口卡3、模擬量輸入接口卡4、四象限線性功率放大器5、控制器6、電流測(cè)量傳感器7、功率型物理模型8、以太網(wǎng)9、光纖10、硬接線11、電纜線12，其中，數(shù)字仿真工作站1通過(guò)以太網(wǎng)9與RTDS數(shù)字仿真器2連接，RTDS數(shù)字仿真器2通過(guò)光纖10與模擬量輸出接口卡3連接，模擬量輸出接口卡3通過(guò)硬接線11與控制器6連接，控制器6通過(guò)硬接線11與四象限線性功率放大器5連接，四象限線性功率放大器5通過(guò)電纜線12與功率型物理模型8連接，從而將RTDS數(shù)字仿真器2的電壓模擬量輸出至功率型物理模型8 ;功率型物理模型8與電流測(cè)量傳感器7連接，電流測(cè)量傳感器7通過(guò)硬接線11與模擬量輸入接口卡4連接，模擬量輸入接口卡4通過(guò)光纖10與RTDS數(shù)字仿真器2連接，從而將功率型物理模型8的電流量返回至RTDS數(shù)字仿真器2 ;此外，RTDS數(shù)字仿真器2還設(shè)置有數(shù)字接口算法單元21，四象限線性功率放大器5設(shè)置有物理接口算法單元51。四象限線性功率放大器5能夠發(fā)出或吸收電網(wǎng)功率，且能夠線性放大功率。RTDS數(shù)字仿真器2建立包含有光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)數(shù)字仿真模型，功率型物理模型8在交流母線處并網(wǎng)接入RTDS數(shù)字仿真器2。RTDS數(shù)字仿真器2與功率型物理模型8的接口算法選擇為輸出電壓模擬量，輸入電流模擬量。RTDS數(shù)字仿真器2通過(guò)模擬量輸出接口卡3將物理模型并網(wǎng)母線三相電壓輸出至功率型物理模型8。功率型物理模型8通過(guò)電流測(cè)量傳感器7將物理模型的電流輸入至RTDS數(shù)字仿真器2。控制器6采集RTDS數(shù)字仿真器2送來(lái)的電壓模擬量信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算后輸出給四象限線性功率放大器5，從而控制四象限線性功率放大器5的輸出電壓大小。RTDS數(shù)字仿真器2的數(shù)字接口算法單元21中設(shè)置有電流源，電流測(cè)量傳感器7采集的電流作為電流源的輸入量，仿真模型將輸入的電流量實(shí)時(shí)運(yùn)算后得出母線電壓，通過(guò)接口板卡輸出給功率型物理模型8。
[0021]本發(fā)明功率在環(huán)型數(shù)字與物理混合實(shí)時(shí)仿真的試驗(yàn)方法包括如下步驟：
[0022](1)通過(guò)RTDS數(shù)字仿真器2建立風(fēng)光儲(chǔ)微電網(wǎng)數(shù)字仿真模型，并按照試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置好試驗(yàn)程序；
[0023](2)分別在RTDS數(shù)字仿真器2和四象限線性功率放大器5中建立數(shù)字接口算法單元21和物理接口算法單元51 ；
[0024](3)將數(shù)字接口算法單元21連接模擬量輸出接口卡3，模擬量輸出接口卡3連接控制器6，控制器6連接四象限線性功率放大器5，四象限線性功率放大器5連接物理接口算法單元51，建立RTDS數(shù)字仿真器2與功率型