CN103616825B - 一种低成本半实物自适应时钟虚拟微电网实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，包括：（1）虚拟微电网模型服务器（VMMS）；（2）基于PC的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器（PMGCCCRC）；（3）连接虚拟微电网模型服务器与时钟基准可控的可编程微电网中央控制器（PMGCCCRC）的通信网络。该实验平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的微电网中央控制器软件，微电网仿真模型运行在虚拟微电网模型服务器（VMMS）上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自所述微电网仿真模型。本发明的优点在于：保证了仿真的正确性和精确度，所得的仿真结果更加真实可信，有效的缩短微电网的开发周期，大大降低了微电网半实物仿真的成本。

Description

一种低成本半实物自适应时钟虚拟微电网实验平台

技术领域

本发明涉及一种应用在基于中央控制器的微电网系统中验证系统的协调控制、能量管理等控制策略的半实物实验平台，特别是一种低成本半实物自适应时钟虚拟微电网实验平台。

背景技术

微电网是由多种微源组成的小型电网，可在充分满足用户对电能质量和供电安全要求的基础上，实现并网运行或独立自治运行；微电网对外表现为一个整体单元，并且可以平滑并入主电网运行。微电网中央控制器(MGCC)是整个系统的控制核心，其基本功能是实现对微电网中各个设备的数据采集、调度和控制，还实现微电网内设备的启动，并网运行与孤岛运行之间的无缝切换，跟踪微电网负荷，通过协调控制策略维护微电网的稳定运行，执行上层控制层的调度命令等任务。微电网控制任务的多样性以及微电网中各种分布式电源的灵活组合和配置方式决定了微电网控制策略与控制算法的具有较高的复杂性。在微电网的研发过程中，往往需要对其控制器的控制策略、控制算法和性能进行多方面的验证。目前微电网控制策略常用的验证方法有：离线仿真法、硬件在环(HIL)仿真法以及结合了快速控制原型(RCP)和硬件在环的实时仿真法。

离线仿真方法可以提供变步长或者仿真步长较小的定步长仿真模型以提高仿真的精度，常用的平台有Matlab Simulink，PSCAD等。但离线仿真无法和MGCC协调工作，因而难以验证微电网控制器的性能指标，也无法精确的仿真由于设备之间的通信造成的延时对系统造成的误差以及通信故障时对系统造成的影响，所以一般只能对控制策略的可行性进行验证。该种方式可能会造成控制策略在离线仿真平台上能够满足控制要求，但在实际的系统上无法达到性能指标的情况。同时，由于各种仿真软件的用户友好程度不同与修改模型的工作量不同，替换一种微电网控制策略往往会导致对整个模型的修改，造成算法验证环节迭代次数的增加和研发周期的延长。

硬件在环仿真方法属于半实物实时仿真的范畴。该方法对微电网中央控制器的控制对象仿真，能够实时地与MGCC协调工作来验证微电网中央控制器。目前实现该方法的典型实时仿真平台有RTLab，RTDS，Speedgoat等。但该类仿真平台往往要进行复杂的配置和硬件连接工作，搭建周期较离线仿真方法长很多。当系统规模扩大时，硬件将承受更大的计算压力和面对更高的性能要求，有时需要对模型进行合理的分割甚至扩展硬件才能达到仿真的要求。实时仿真系统价格高昂，扩展仿真平台会进一步提升研发成本，造成控制策略和算法验证环节的重复性投资或投资过剩。为了验证算法或者控制器往往没有必要进行如此大的投资。采用该方法也存在着一定的风险，当验证的算法不成熟或者存在错误时，有可能损坏仿真平台的硬件设备，造成时间成本和经济成本的飙升。

结合快速控制原型与硬件在环的实时仿真法的控制器和控制对象均由实时仿真平台实现，虽然可以灵活的搭建不同的仿真对象模型、验证不同的控制算法，但仍然存在成本高昂、搭建周期长、配置复杂等与硬件在环仿真法同样的缺点。

综上所述，在微电网的研发过程中需要一种便宜可信、配置简单、灵活高效的仿真实验平台。

发明内容

本发明针对微电网实验的特点，提出了一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，针对微电网中央控制器的验证(如微电网系统的黑启动、协调控制、孤岛与并网模式切换、能量管理等算法的可行性验证、微电网设备通信网络的性能、控制指标的评测等)，提供了一种经济、可信、有效的实验平台。该平台基于现有的PC机和通信网络，通过时钟的自适应的方法解决了离线仿真模型与控制器实物之间的时钟同步问题，在此基础之上灵活集成和嵌入了各种控制算法、仿真模型和通信协议模块，在大大降低了微电网系统的研发成本和开发周期的同时有效地兼顾到微电网系统仿真的精确性。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，包括：

(1)虚拟微电网各被控设备及虚拟微电网模型服务器(VirtualMicrogrid Model Server,VMMS，VMMS)；

(2)基于PC的具有时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(Programmable Microgrid Centre Controller with ControllableReference Clock，PMGCCCRC)，其时钟基准可通过通信的方式进行外部控制并且微电网的控制算法是可编程的；

(3)连接虚拟微电网模型服务器与可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的通信网络。

优化的，在实际的微电网中采用以太网连接到微电网中央控制器(MGCC)的设备在虚拟微电网模型服务器端直接通过以太网连接到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)上，在实际微电网中通过串口连接到电网中央控制器(MGCC)的设备，在所述实验平台的虚拟微电网模型服务器端先通过相应的串口服务器转换成相应的串口信号再连接到所述平台中的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)上。

优化的，所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的时钟基准具有外部的同步接口，可以根据外部的信号来同步时钟，驱动PMGCCCRC进行采样与控制。

进一步具体的，该实验平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器软件，微电网仿真模型运行在虚拟微电网模型服务器(VMMS)上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自所述微电网仿真模型，微电网的控制策略和控制算法集成在时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)中，整个虚拟微电网实验平台验证该控制策略和控制算法。

进一步具体的，所述虚拟微电网模型服务器程序按照逻辑结构划分为通信层、协议解析层、模型层和用户交互层；

虚拟微电网模型服务器程序的通信层是软件部分与物理通信链路的接口，该层向协议解析层提供服务，接收所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的所有指令并将指令内容传递给协议解析层，同时将协议解析层返回的数据打包后回发给所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)，在所述实验平台初始化时，该层还负责各个设备网络通信延时的测量并将得到的通信参数提供给模型层，模型层则根据此参数调整仿真时钟，此处的通信延时指的是由于虚拟微电网为了模拟实际微电网中微电网中央控制器(MGCC)与设备的通信而造成的额外的延时；

虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层向模型层提供服务并接受来自通信层的服务，该层在虚拟微电网初始化时统计各个协议转换所需要的时间并将得到的参数提供给模型层，模型层则以该参数为参考，调整仿真时钟；

虚拟微电网服务器程序的模型层完成对微电网电气特性的精确模拟形成仿真模型并向用户交互层提供必要的数据和操作；

所述虚拟微电网服务器程序的用户交互层接受所述模型层提供的服务并向用户提供交互的接口。

采用该实验平台进行微电网的控制策略的验证的步骤如下：

步骤1：

对时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的受控对象进行分析，采用建模工具进行建模并生成可以编译的代码，该步骤生成的仿真模型决定了虚拟微电网的电气特性；

步骤2：

搭建本发明低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台；

步骤3：

配置所述实验平台中时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的基准时钟，根据实际微电网中的设备类型和设备型号分别在虚拟微电网服务器程序的协议解析层和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)软件的协议解析层中配置对应的通信协议；

步骤4：

在所述实验平台的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)中搭建控制对象的拓扑，将微电网的控制策略和控制算法集成到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)中；

步骤5：

启动虚拟微电网模型服务器中的程序和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器，对所述实验平台进行初始化；

步骤6：

启动虚拟微电网模型服务器中的仿真模型，通过所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)使整个微电网运行起来；

步骤7：

分析记录的数据和波形，验证微电网的控制策略的可行性和有效性。

本发明的优点在于：

1、本发明中的微电网中央控制器具有时钟控制接口，通过上述时钟自适应算法使离线仿真模型与控制器相结合，保证了仿真的正确性和精确度，使整个实验平台可以在实时或者非实时状态下都能够进行半实物仿真。

2、与离线仿真相比，本发明中的微电网中央控制器为实物，所得的仿真结果更加真实可信。

3、本发明中的微电网中央控制器的算法和控制策略具有可编程的特点，使得控制算法和控制策略的开发更加方便快捷，可有效的缩短微电网的开发周期。

4、本发明基于PC实现，避免了实时仿真平台中的专用硬件，实验平台结构简单、扩展灵活，大大降低了微电网半实物仿真的成本。

附图说明

图1为本发明低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台的硬件拓扑结构图。

图2为本发明低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台的系统层次结构。

图3为本发明低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台的功能示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台的概念和定义如下：

定义1：

半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台是一种具有半实物性质并能够自适应地进行实时或欠实时仿真的低成本微电网实验平台。该实验平台通过通信网络将时钟基准可控的可编程微电网中央控制器与虚拟微电网模型服务器相连接，完成微电网控制控制策略、通信网络性能、微电网中央控制器的控制性能等的验证。

定义2：

虚拟微电网服模型务器(Virtual Microgrid Model Server，VMMS)是一种包含但不限于通信层、协议解析层、模型层和交互层，能够模拟微电网电气特性以及微电网设备通信控制特征的服务器。

定义3：

时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(ProgrammableMicrogrid Centre Controller with Controllable Reference Clock，PMGCCCRC)是一种时钟可以通过接口进行同步，并且控制策略与控制算法可编程的微电网中央控制器。

该实验平台由软件和硬件组成。硬件包括通信网络、虚拟微电网模型服务器和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器，硬件拓扑结构如图1所示。微电网仿真模型运行在基于PC的虚拟微电网模型服务器上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自该服务器中的微电网模型。微电网模型服务器通过通信网络与所述PMGCCCRC相连接，为了保证能够高度模拟实际微电网中的通信网络、准确的体现微电网中央控制器与实际微电网中设备的通信特征，需要按照以下原则进行搭建：在实际的微电网中采用以太网连接到微电网中央控制器的设备在虚拟微电网模型服务器端直接通过以太网连接到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器上，在实际微电网中通过RS232、RS485等串口连接到微电网中央控制器的设备，在所述实验平台的虚拟微电网模型服务器端先通过相应的串口服务器转换成RS232、RS485等信号再连接到所述平台中的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器上。

该平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的微电网中央控制器软件。虚拟微电网模型服务器程序按照逻辑结构划分为通信层、协议解析层、模型层和用户交互层，如附图2所示。各个层次的功能定义如下：

虚拟微电网模型服务器程序的通信层是软件部分与物理通信链路的接口。该层向VMMS协议解析层提供服务，接收所述实验平台的MGCC的所有指令并将指令内容传递给VMMS协议解析层，同时将VMMS协议解析层返回的数据打包后回发给所述实验平台的MGCC。在所述实验平台初始化时，该层还负责各个设备网络通信延时的测量并将得到的通信参数提供给VMMS模型层，VMMS模型层则根据此参数调整仿真时钟。此处的通信延时指的是由于虚拟微电网为了模拟实际微电网中MGCC与设备的通信而造成的额外的延时。

虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层向VMMS模型层提供服务并接受来自VMMS通信层的服务。该层用插件模式实现，灵活地集成了各种不同的通信协议和数据格式，一方面保证了不会因为微电网模型的不同而导致整个虚拟微电网服务器程序的重新编译，另一方面可以向模型层提供统一的数据格式和接口。而且该层提供了虚拟微电网对实际微电网设备通信协议的仿真支持和调试验证的接口。该层还提供通信协议的调试接口，可以通过该接口来比较和调试各种数据格式和通信协议的性能和效率，选择最佳的方案。该层在虚拟微电网初始化时统计各个协议转换所需要的时间并将得到的参数提供给模型层，模型层则以该参数为参考，调整仿真时钟。

虚拟微电网服务器程序的模型层完成对微电网电气特性的精确模拟形成仿真模型并向用户交互层提供必要的数据和操作。该层结合插件模式和包装模式对需要仿真的微电网模型进行包装，以避免因微电网仿真模型的不同而导致整个虚拟微电网软件部分的重新编译。该层中的微电网仿真模型的搭建可以采用如下方法：先通过一些专业的建模工具如Matlab Simulink，PSCAD等对微电网进行分析建模并生成可以编译的代码，再通过该层提供的工具对该代码中的时钟控制和数据接口等部分进行修改后，编译集成到虚拟微电网服务器程序的模型层中。

所述虚拟微电网服务器程序的用户交互层接受所述VMMS模型层提供的服务并向用户提供交互的接口。该层记录微电网的开发过程中和微电网投入运行后所关心参数并通过控件显示出来，为微电网设备的调试选型、控制策略的效果分析和验证提供参考。

时钟基准可控的微电网中央控制器软件按照其逻辑结构划分为通信层、协议解析层、控制层、用户交互层四个层次。各个层次的功能和定义如下：

时钟基准可控的微电网中央控制器软件的通信层是软件部分与物理通信链路的接口。该层向PMGCCCRC协议解析层提供服务，接收从虚拟微电网服务器采集到的数据并传递给协议解析层，同时将PMGCCCRC协议解析层返回的数据发送给实验平台中的虚拟微电网服务器。与虚拟微电网服务器的通信层实现对等通信。

时钟基准可控的微电网中央控制器软件的协议解析层向PMGCCCRC控制层提供服务并接受来自PMGCCCRC通信层的服务。该层用插件模式实现，灵活地集成了各种不同的通信协议和数据格式。该层向PMGCCCRC的控制层提供统一的数据接口，屏蔽设备之间数据格式的差异。

时钟基准可控的微电网中央控制器软件的控制层集成了由用户实现的微电网协调控制算法并控制PMGCCCRC的时钟基准。当该层配置成外部控制时，控制层根据外部的时钟基准控制信来触发PMGCCCRC的时钟；配置成本地控制时，控制层根据软件本身的定时器触发PMGCCCRC的时钟。

时钟基准可控的微电网中央控制器软件的用户交互层的人机界面。在开发过程中向开发人员提供微电网设备配置与组态、算法的开发与编辑的工具和界面；运行过程中向用户提供微电网状态实时监控、历史数据显示、设备远程操作等接口。

所述实验平台的结构和功能如附图3所示。

所述虚拟微电网模型服务器程序的模型层通过如下时钟自适应算法调整整个实验平台的时钟，使该平台在仿真模型处于欠实时、实时或者超实时的状态下都能够正确的运行。该层通过公式1判断虚拟微电网模型层的仿真模型处于超实时仿真状态、实时仿真状态或欠实时仿真状态。

t_n＝λ·t_s (1)

式中t_n为自然时间，t_s为仿真时间，λ为仿真加速比，当λ>1时，所述模型层的仿真模型处于超实时仿真状态，当λ<1时，所述模型层的仿真模型处于欠实时仿真状态，当λ＝1时，所述模型层的仿真模型处于实时仿真状态。在超实时仿真状态下，虚拟微电网模型服务器程序的模型层通过表达式与仿真步长时间裕度γ的关系判断采用实时仿真控制策略还是欠实时仿真控制策略。式中t_r为完成仿真计算任务后仿真步长所剩余的时间，t_di与t_pi为需要通信的第i个设备在虚拟微电网模型服务器端的通信延时和数据解析处理开销，γ的具体值则根据实际的要求以及硬件平台的性能设置。当上述两者之差小于或等于0时，虚拟微电网模型服务器程序的模型层采用上述欠实时仿真策略；当上述两者差值大于0时，虚拟微电网服务器程序的模型层采用实时仿真策略。

采用实时仿真策略时，不同步实验平台中PMGCCCRC的时钟，此时PMGCCCRC以自然时钟为基准运行。当采用欠实时仿真策略时，需要将实验平台中PMGCCCRC的时钟与整个平台的仿真时钟同步才能得到正确的结果。一般情况下，由于虚拟微电网模型服务器端的通信延时，整个实验平台的仿真时钟将滞后于虚拟微电网服务器程序模型层的微电网模型的仿真时间。

在实时仿真策略下，虚拟微电网模型服务器程序的模型层通过延时的手段控制仿真模型的仿真时钟以使仿真时间与PMGCCCRC的时钟满足表达式：

t_n＝t_MGCC＝t_s+t'_r+h·(t_d+t_p) (2)

其中t_n为自然时间，t_s为模型的仿真时间，t'_r为完成本次步长的系统状态计算以及通信之后的补偿时间，t_d为虚拟微电网通信网络造成的延时，t_p为协议解析和数据处理造成的系统开销。h满足表达式：

$h=\left\{\begin{array}{cc}0& n\%\left(T_{sample}{\mathrm{\%T}}_{step}\right)=0\\ 1& n\%\left(T_{sample}{\mathrm{\%T}}_{step}\right)\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中n为仿真步长计数，T_sample为微电网中央控制器的采样周期，T_step为仿真步长。此时整个实验平台处于实时仿真的状态，整个实验平台的仿真时间即为自然时间。

当虚拟微电网服务器程序的模型层仿真模型处于实时仿真状态时，由于该虚拟微电网实验平台的通信延时、协议转换以及数据处理的开销，使得整个实验平台仿真时钟滞后于自然时钟，已经达不到实时控制的要求。如果在此状态下不将实验平台中PMGCCCRC的时钟与整个平台的仿真时钟同步，则无法得到正确的仿真结果。因此将此状态作为欠实时仿真时的情况处理。所以在虚拟微电网服务器的模型层的仿真模型处于实时仿真状态或欠实时仿真状态时，模型层采用欠实时的仿真策略。该策略下虚拟微电网服务器程序通过PMGCCCRC提供的时钟外部控制接口来调整PMGCCCRC的时钟，使得PMGCCCRC的时钟与虚拟微电网模型层的仿真时钟满足表达式t_MGCC＝λ·t_s-t_td，以保证虚拟微电网系统能够正确运行。其中t_MGCC为PMGCCCRC的基准时钟，λ为仿真加速比，t_td为虚拟微电网时钟同步数据包所造成的延时。

采用本发明低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台进行微电网的控制策略的验证的步骤如下：

步骤1：

对MGCC的受控对象进行分析，采用专业的建模工具如MatlabSimulink、PSCAD等进行建模并生成可以编译的代码。该步骤生成的仿真模型决定了虚拟微电网的电气特性。

步骤2：

分析微电网络拓扑结构，搭建本发明低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，保持实际微电网中设备与微电网中央控制器连接的方式与在所述实验平台中的连接方式相对应，即在实际微电网中通过串口通信协议与PMGCCCRC连接的，在虚拟微电网模型服务器端用串口服务器将网络信号转换成串口信号，再与PMGCCCRC相连接；在实际微电网中通过网络协议通信的设备，则直接连接到虚拟微电网模型服务器端的交换机或路由器等设备上。按照上述原则搭建虚拟微电网中的通信物理链路，将虚拟微电网仿真服务器连接到虚拟微电网PMGCCCRC上。该步骤将实现虚拟微电网对实际微电网中的通信网络性能和特征的验证。

步骤3：

配置所述实验平台中PMGCCCRC的基准时钟，根据实际微电网中的设备类型和设备型号分别在虚拟微电网服务器程序的协议解析层和虚拟微电网PMGCCCRC软件的协议解析层中配置对应的通信协议。该步骤实现了虚拟微电网对实际微电网中通信协议和数据格式的效率以及性能的验证。

步骤4：

在所述实验平台的PMGCCCRC中搭建控制对象的拓扑。通过所述微电网中的可编程PMGCCCRC，将微电网的控制策略和控制算法集成到虚拟微电网PMGCCCRC中。整个虚拟微电网将验证该步骤的控制策略和控制算法的可行性、控制性能等各种指标。

步骤5：

启动虚拟微电网模型服务器中的程序和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器，对所述实验平台进行初始化，包括设置虚拟微电网仿真模型中各个电气节点的初始状态，在PMGCCCRC和虚拟微电网服务器之间发送典型的通信数据包以测试通信网络的延时协议转换造成的开销等。

步骤6：

启动虚拟微电网模型服务器中的模型，通过所述实验平台中的PMGCCCRC使整个微电网运行起来。此时虚拟微电网服务器程序的模型层通过仿真所处的状态是实时仿真还是欠实时仿真来控制虚拟微电网中PMGCCCRC的时钟，记录并显示所关心的微电网参数。

步骤7：

分析记录的数据和波形，验证微电网的控制策略的可行性和有效性。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：包括：

(1)虚拟微电网模型服务器；

(2)基于PC的具有时钟基准可控的可编程微电网中央控制器；

(3)连接虚拟微电网模型服务器与时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的通信网络；

该实验平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的微电网中央控制器软件，微电网仿真模型运行在虚拟微电网服务器上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自所述微电网仿真模型，微电网的控制策略和控制算法集成在时钟基准可控的可编程微电网中央控制器中，整个虚拟微电网验证该控制策略和控制算法；

所述虚拟微电网模型服务器程序按照逻辑结构划分为通信层、协议解析层、模型层和用户交互层；

虚拟微电网模型服务器程序的通信层是软件部分与物理通信链路的接口，该层向协议解析层提供服务，接收所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的所有指令并将指令内容传递给协议解析层，同时将协议解析层返回的数据打包后回发给所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器，在所述实验平台初始化时，该层还负责各个设备网络通信延时的测量并将得到的通信参数提供给模型层，模型层则根据此参数调整仿真时钟，此处的通信延时指的是由于虚拟微电网为了模拟实际微电网中微电网中央控制器与设备的通信而造成的额外的延时；

虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层向模型层提供服务并接受来自通信层的服务，该层在虚拟微电网初始化时统计各个协议转换所需要的时间并将得到的参数提供给模型层，模型层则以该参数为参考，调整仿真时钟；

虚拟微电网服务器程序的模型层完成对微电网电气特性的精确模拟形成仿真模型并向用户交互层提供必要的数据和操作；

所述虚拟微电网服务器程序的用户交互层接受所述模型层提供的服务并向用户提供交互的接口。

2.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：在实际的微电网中采用以太网连接到微电网中央控制器的设备在虚拟微电网模型服务器端直接通过以太网连接到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器上，在实际微电网中通过串口连接到微电网中央控制器的设备，在所述实验平台的虚拟微电网模型服务器端先通过相应的串口服务器转换成相应的串口信号再连接到所述实验平台中的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器上。

3.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟基准具有外部的同步接口，可以根据外部的信号来同步时钟，驱动时钟基准可控的可编程微电网中央控制器进行采样与控制。

4.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：所述虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层用插件模式实现，集成了各种不同的通信协议和数据格式，该层提供了虚拟微电网对实际微电网设备通信协议的仿真支持和调试验证的接口，该层还提供各种不同的通信协议的调试接口。

5.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：所述虚拟微电网服务器程序的模型层结合插件模式和包装模式对需要仿真的微电网模型进行包装，该层中的微电网仿真模型的搭建采用如下方法：先通过专业的建模工具对微电网进行分析建模并生成可以编译的代码，再通过该层提供的工具对该代码中的时钟控制和数据接口部分进行修改后，编译集成到虚拟微电网服务器程序的模型层中。

6.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：所述虚拟微电网模型服务器程序的模型层通过如下时钟自适应算法调整整个实验平台的时钟：

首先，通过公式(1)判断虚拟微电网模型层的仿真模型处于超实时仿真状态、实时仿真状态或欠实时仿真状态；

t_n＝λ·t_s (1)

式中t_n为自然时间，t_s为仿真时间，λ为仿真加速比，当λ>1时，所述模型层的仿真模型处于超实时仿真状态，当λ<1时，所述模型层的仿真模型处于欠实时仿真状态，当λ＝1时，所述模型层的仿真模型处于实时仿真状态；

在超实时仿真状态下，虚拟微电网模型服务器程序的模型层通过表达式与仿真步长时间裕度γ的关系判断采用实时仿真控制策略还是欠实时仿真控制策略，式中t_r为完成仿真计算任务后仿真步长所剩余的时间，t_di与t_pi为需要通信的第i个设备在虚拟微电网模型服务器端的通信延时和数据解析处理开销，γ的具体值则根据实际的要求以及硬件平台的性能设置，当上述两者之差小于或等于0时，虚拟微电网模型服务器程序的模型层采用欠实时仿真策略，当上述两者差值大于0时，虚拟微电网服务器程序的模型层采用实时仿真策略；

采用实时仿真策略时，不同步实验平台中时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟，此时时钟基准可控的可编程微电网中央控制器以自然时钟为基准运行，当采用欠实时仿真策略时，需要将实验平台中时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟与整个平台的仿真时钟同步，在实时仿真策略下，虚拟微电网模型服务器程序的模型层通过延时的手段控制仿真模型的仿真时钟以使仿真时间与时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟满足表达式：

t_n＝t_MGCC＝t_s+t'_r+h·(t_d+t_p) (2)

其中t_n为自然时间，t_s为模型的仿真时间，t'_r为完成本次步长的系统状态计算以及通信之后的补偿时间，t_d为虚拟微电网通信网络造成的延时，t_p为协议解析和数据处理造成的系统开销，h满足表达式：

$h=\left\{\begin{array}{cc}0& n\%\left(T_{sample}{\mathrm{\%T}}_{step}\right)=0\\ 1& n\%\left(T_{sample}{\mathrm{\%T}}_{step}\right)\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中n为仿真步长计数，T_sample为时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的采样周期，T_step为仿真步长；

在虚拟微电网服务器的模型层的仿真模型处于实时仿真状态或欠实时仿真状态时，模型层采用欠实时的仿真策略，该策略下虚拟微电网服务器程序通过时钟基准可控的可编程微电网中央控制器提供的时钟外部控制接口来调整时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟，使得时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟与虚拟微电网模型层的仿真时钟满足表达式t_MGCC＝λ·t_s-t_td，其中t_MGCC为时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的基准时钟，t_td为虚拟微电网时钟同步数据包所造成的延时。

7.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：所述时钟基准可控的微电网中央控制器软件按照其逻辑结构划分为通信层、协议解析层、控制层、用户交互层四个层次：

时钟基准可控的微电网中央控制器软件的通信层是软件部分与物理通信链路的接口，该层向协议解析层提供服务，接收从虚拟微电网服务器采集到的数据并传递给协议解析层，同时将协议解析层返回的数据发送给实验平台中的虚拟微电网服务器，与虚拟微电网服务器的通信层实现对等通信；

协议解析层向控制层提供服务并接受来自通信层的服务；

控制层集成了由用户实现的微电网协调控制算法并控制时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟基准，当该层配置成外部控制时，控制层根据外部的时钟基准控制信来触发时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟；配置成本地控制时，控制层根据软件本身的定时器触发时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的时钟；

时钟基准可控的微电网中央控制器软件的用户交互层的人机界面，在开发过程中向开发人员提供微电网设备配置与组态、算法的开发与编辑的工具和界面；运行过程中向用户提供微电网状态实时监控、历史数据显示、设备远程操作的接口。

8.根据权利要求1至7任一项所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：采用该实验平台进行微电网的控制策略的验证的步骤如下：

步骤1：

对时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的受控对象进行分析，采用建模工具进行建模并生成可以编译的代码，该步骤生成的仿真模型决定了虚拟微电网的电气特性；

步骤2：

搭建低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台；

步骤3：

配置所述实验平台中时钟基准可控的可编程微电网中央控制器的基准时钟，根据实际微电网中的设备类型和设备型号分别在虚拟微电网服务器程序的协议解析层和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器软件的协议解析层中配置对应的通信协议；

步骤4：

在所述实验平台的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器中搭建控制对象的拓扑，将微电网的控制策略和控制算法集成到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器中；

步骤5：

启动虚拟微电网模型服务器中的程序和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器，对所述实验平台进行初始化；

步骤6：

启动虚拟微电网模型服务器中的仿真模型，通过所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器使整个微电网运行起来；

步骤7：

分析记录的数据和波形，验证微电网的控制策略的可行性和有效性。