CN102545269B - 串联型数模综合仿真系统接口 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种串联型数模综合仿真系统接口，包括：基于串联型整流器和跟随器的物理仿真子系统接口、测量单元、数字仿真子系统接口以及控制系统；其中，串联型的物理仿真子系统接口连接三相电源和物理仿真子系统；用于测量物理仿真子系统端口电压和电流的测量单元，与数字仿真子系统接口连接；数字仿真子系统接口与数字仿真子系统连接；数字仿真子系统与控制系统连接。可以将物理仿真子系统和数字仿真子系统综合起来，构成整个电力系统的实时仿真模型，从而充分发挥物理仿真和数字仿真的优势。本发明还提出一种物理仿真子系统接口。
Description
技术领域
本发明涉及数模信号仿真领域，具体涉及串联型数模综合仿真系统接口和物理仿真子系统接口。
背景技术
随着风能、太阳能等可再生能源的大规模开发和利用，考虑将分布式电源、储能装置、能量变换装置等分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，从而充分发挥分布式发电供能系统的效能。由于微网系统的引入，需要对微网与大电网的相互作用机理以及微网系统独网运行和并网运行的运行特性进行深入的研究。电力系统实时仿真技术是进行电力系统运行特性研究及装置测试的重要手段，在很多方面具有不可替代的作用，因此，建设具有可再生能源发电微网系统及其所接入大电网的实时仿真系统，成为研究微网及其与大电网相互作用机理的必然要求。目前使用物理仿真系统或者数字仿真系统进行研究微网与大电网的相互作用机理以及微网系统独网运行和并网运行的运行特性。
物理仿真考虑了非线性等复杂的不确定因素，因此能够比较准确地模拟电力系统的动态过程，对于机理尚不清楚的现象以及新型电力设备的研究十分方便，但是其建模过程复杂，时间及资金消耗大，参数调整困难，移植性和兼容性受到限制；
数字仿真采用现代计算机技术、控制技术，结合了大型软件和复杂硬件，其建模速度快，参数调整方便，能对大系统进行仿真，但是对于新型的设备和控制策略的仿真不尽人意。
发明内容
本发明的目的在于提出一种串联型数模综合仿真系统接口，该接口可以将物理仿真子系统和数字仿真子系统综合起来，构成整个电力系统的实时仿真模型，从而充分发挥物理仿真和数字仿真的优势。
为达到上述目的，采用的方案：
一种串联型数模综合仿真系统接口，包括：
物理仿真子系统接口、测量单元、数字仿真子系统接口以及控制系统；
其中，所述物理仿真子系统接口的电源输入端连接三相电源，所述物理仿真子系统接口的输出端连接物理仿真子系统；
用于测量所述物理仿真子系统端口电压和电流的测量单元，与所述数字仿真子系统接口连接；所述数字仿真子系统接口根据所述测量单元测量的电压和电流信息来控制输出状态，所述数字仿真子系统接口的输出端与数字仿真子系统连接；接收所述数字仿真子系统输出端的电压和电流信息的所述控制系统，根据所述数字仿真子系统输出的电压和电流信息来控制所述物理仿真子系统接口工作状态;
所述控制系统根据所述数字仿真子系统输出的电压和电流信息来控制所述物理仿真子系统接口时，利用所述数字仿真子系统输出的电压采用电压跟踪算法来控制所述物理仿真子系统接口输出电压；利用所述数字仿真子系统输出的电流采用电流跟踪算法来控制所述物理仿真子系统接口输出电流。
本发明提出一种串联型数模综合仿真系统接口，该系统接口基于串联型整流器和跟随器，通过控制系统接收数字仿真子系统的电压电流信号，来控制物理仿真子系统接口的工作状态，从而达到实现物理仿真子系统边界条件的效果；通过测量单元得到物理仿真子系统端口的电压电流，然后根据测量单元测得的电压电流来进行数字仿真，从而达到实现数字仿真子系统边界条件的效果；从而可以将物理仿真子系统和数字仿真子系统综合起来，构成整个电力系统的实时仿真模型，从而充分发挥物理仿真和数字仿真的优势。
本发明还提出一种物理仿真子系统接口，包括：
输入变压器、3组电压型整流器、3组串联型跟随器；
其中，所述输入变压器的一次绕组端接三相电源，所述输入变压器的二次绕组端分为3组，每组包含M个单相绕组；每组电压型整流器包括M个单相整流桥；每组串联型跟随器包括M个单相全桥；其中，M为正整数；
单相整流桥的交流端与单相绕组一一对应连接，单相整流桥的直流端与单相全桥的直流端一一对应连接；每组串联型跟随器中M个单相全桥的交流端串联连接，构成串联型跟随器的第一输出端和第二输出端；各组串联型跟随器的第二输出端并接形成的共同端、各组串联型跟随器的第一输出端与物理仿真子系统连接。
附图说明
图1是本发明中串联型数模综合仿真系统接口的一个优选结构示意图；
图2是本发明中串联型数模综合仿真系统接口的另一个优选结构示意图；
图3是本发明中串联型数模综合仿真系统接口的另一个优选结构示意图。
具体实施方式
为便于理解，将结合附图进行阐述。
请参考图1，本发明提出一种串联型数模综合仿真系统接口，包括：
物理仿真子系统接口T1、测量单元T2、数字仿真子系统接口T4、以及控制系统T6；
其中，物理仿真子系统接口T1的电源输入端连接三相电源，物理仿真子系统接口T1的输出端连接物理仿真子系统；
用于测量物理仿真子系统端口电压和电流的测量单元T2，与数字仿真子系统接口T4连接；数字仿真子系统接口T4与数字仿真子系统连接，数字仿真子系统接口T4根据测量单元T2测量的电压和电流信息来控制自身输出状态；接收数字仿真子系统输出端的电压和电流信息的控制系统T6，根据数字仿真子系统输出的电压和电流信息来控制物理仿真子系统接口工作状态。
本发明提出一种串联型数模综合仿真系统接口，该系统接口基于串联型整流器和跟随器，通过控制系统接收数字仿真子系统的电压电流信号，来控制物理仿真子系统接口的工作状态，从而达到实现物理仿真子系统边界条件的效果；通过测量单元得到物理仿真子系统端口的电压电流，然后根据测量单元测得的电压电流来进行数字仿真，从而达到实现数字仿真子系统边界条件的效果；从而可以将物理仿真子系统和数字仿真子系统综合起来，构成整个电力系统的实时仿真模型，从而充分发挥物理仿真和数字仿真的优势。
具体的，请参考图2，物理仿真子系统接口T1包括输入变压器1、3组电压型整流器2、3组串联型跟随器4；
其中，输入变压器1的一次绕组端接三相电源，输入变压器1的二次绕组端分为3组，每组包含M个单相绕组；每组电压型整流器2包括M个单相整流桥3；每组串联型跟随器4包括M个单相全桥5；其中，M为正整数；
单相整流桥3的交流端与单相绕组一一对应连接，单相整流桥3的直流端与单相全桥5的直流端一一对应连接；每组串联型跟随器4中M个单相全桥5的交流端串联连接，构成串联型跟随器4的第一输出端和第二输出端；将各组串联型跟随器4的第二输出端并接形成的共同端、各组串联型跟随器的第一输出端接入物理仿真子系统。
请参考图3，物理仿真子系统接口T1还包括：三相输出滤波器6和输出变压器7；
三相输出滤波器6的输入端与各组串联型跟随器4的第二输出端并接形成的共同端和各组串联型跟随器4的第一输出端连接，三相输出滤波器6的输出端与输出变压器7的输入端连接，输出变压器7的输出端连接物理仿真子系统连接。
其中，控制系统T6根据数字仿真子系统输出的电压和电流信息来控制物理仿真子系统接口时，利用数字仿真子系统输出的电压采用电压跟踪算法来控制物理仿真子系统接口T1输出电压；利用数字仿真子系统输出的电流采用电流跟踪算法来控制物理仿真子系统接口T1输出电流。
本发明提出的一种物理仿真子系统接口其结构请参见图2或者图3，此处不再赘述。
在本发明中，基于串联型的物理仿真子系统接口；数字仿真子系统接口在实时数字仿真平台（RTDS）下实现，RTDS平台有受控电压源和受控电流源模块，并且其控制量可以是外部输入信号；数字仿真子系统接口的信号输入端接收测量得到的物理仿真子系统端口电压和电流量，输出端口与数字仿真子系统相连。对物理仿真子系统接口装置，其控制系统接收数字仿真子系统输出的端口电压电流信息，并采用电压跟踪或电流跟踪算法来控制串联电压型变流器的全控开关器件的工作状态，以达到以下目的：控制变流器输出交流侧的电压或电流波形与数字仿真子系统给出的端口电压或电流波形相同，从而达到实现物理仿真子系统边界条件的效果。数字仿真子系统接口由RTDS平台中简单的受控电压源和电流源组成，其受控电流源和受控电压源的控制量为数字仿真子系统接口的信号输入端接收的物理仿真子系统端口电流和电压，当需要切换时，外部切换控制信号变化，控制RTDS内的开关倒换；具体的：收到电压信号，则选通受控电压源并根据接收的电压信号控制该受控电压源的输出；收到电流信号，则选通受控电流源并根据接收的电流信号控制该受控电流源的输出；以达到以下目的：控制数字仿真子系统输出交流侧的电流或电压波形与物理仿真子系统端口测量得到的电流或电压波形相同，从而达到实现数字仿真子系统边界条件的效果。
本发明采用全控开关器件变换电压或电流，全控开关器件的开关频率较高，并且对串联桥采用载波移相的控制方式，进一步提高等效开关频率，因此，能够很快地跟踪数字仿真子系统给出的端口电压或电流波形，而且产生的谐波很小。
在模拟电力系统短路故障时，本发明系统可以提供10倍以上的短路电流。
在模拟电力系统暂态过程中，电压电流出现三相不对称以及高次谐波的情况下，本发明系统能够实现三相独立控制以及一定频率下的谐波跟踪。
以上本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种串联型数模综合仿真系统接口，其特征在于，包括：
物理仿真子系统接口、测量单元、数字仿真子系统接口以及控制系统；
其中，所述物理仿真子系统接口的电源输入端连接三相电源，所述物理仿真子系统接口的输出端连接物理仿真子系统；
用于测量所述物理仿真子系统端口电压和电流的测量单元，与所述数字仿真子系统接口连接；所述数字仿真子系统接口根据所述测量单元测量的电压和电流信息来控制输出状态，所述数字仿真子系统接口的输出端与数字仿真子系统连接；接收所述数字仿真子系统输出端的电压和电流信息的所述控制系统，根据所述数字仿真子系统输出的电压和电流信息来控制所述物理仿真子系统接口工作状态；
所述物理仿真子系统接口包括输入变压器、3组电压型整流器、3组串联型跟随器；
其中，所述输入变压器的一次绕组端接三相电源，所述输入变压器的二次绕组端分为3组，每组包含M个单相绕组；每组电压型整流器包括M个单相整流桥；每组串联型跟随器包括M个单相全桥；其中，M为正整数；
单相整流桥的交流端与单相绕组一一对应连接，单相整流桥的直流端与单相全桥的直流端一一对应连接；每组串联型跟随器中M个单相全桥的交流端串联连接，构成串联型跟随器的第一输出端和第二输出端；将各组串联型跟随器的第二输出端并接形成的共同端、各组串联型跟随器的第一输出端接入所述物理仿真子系统；
所述控制系统根据所述数字仿真子系统输出的电压和电流信息来控制所述物理仿真子系统接口时，利用所述数字仿真子系统输出的电压采用电压跟踪算法来控制所述物理仿真子系统接口输出电压；利用所述数字仿真子系统输出的电流采用电流跟踪算法来控制所述物理仿真子系统接口输出电流。
2.根据权利要求1所述的串联型数模综合仿真系统接口，其特征在于，所述物理仿真子系统接口还包括：三相输出滤波器，
所述三相输出滤波器的输入端与各组串联型跟随器的第二输出端并接形成的共同端和各组串联型跟随器的第一输出端连接，所述三相输出滤波器的输出端与所述物理仿真子系统连接。
3.根据权利要求1所述的串联型数模综合仿真系统接口，其特征在于，所述物理仿真子系统接口还包括：输出变压器，连接在所述三相输出滤波器和所述物理仿真子系统之间。
4.根据权利要求1所述的串联型数模综合仿真系统接口，其特征在于，所述数字仿真子系统接口根据所述测量单元测量的电压和电流信息来控制输出状态包括：
所述数字仿真子系统接口包括受控电流源和受控电压源；
当所述数字仿真子系统接口接收所述测量单元发送的电压信号时，选通受控电压源并控制受控电压源的输出；
当所述数字仿真子系统接口接收所述测量单元发送的电流信号时，选通受控电流源并控制受控电流源的输出。
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