CN103760888A - 基于rtds的低压有源滤波器控制器的闭环仿真测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于RTDS的低压有源滤波器控制器的闭环仿真测试方法，所述方法将低压APF装置控制器（2）接入RTDS（1）实时数字仿真系统，建立闭环仿真测试平台；通过RTDS实时数字仿真测试平台对有源电力滤波器装置控制器进行闭环测试。所述方法在RTDS实时数字仿真环境中构建有源电力滤波器的运行软件模型，其中包括三相电网和负载，按照实际运行系统设置参数，如线路、变压器、负载的参数，以便完全模拟实际现场运行工况；同时构建包括三相逆变桥及输出滤波器的APF一次系统模型。本发明方法可对无功负载反复投切、谐波、系统短路、系统三相不平衡、系统频偏、系统瞬时过压或者欠压等各类系统工况进行实验。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于RTDS的低压有源电力滤波器控制器的闭环仿真测试方法，属电力系统实时数字仿真技术领域。
背景技术
伴随电力系统的迅速发展，无功及谐波负荷迅速增加，为了应对这些问题，电力系统中越来越多的引入有源电力滤波器（简称APF）进行无功补偿和谐波治理。为确保此类装置的稳定可靠运行，通常需要进行多项试验测试。目前上述试验测试主要采用软件仿真或是通过现场投切及治理试验完成。软件仿真可构建符合装置设计参数的模型，实现方便，在验证理论算法和控制策略方面具备优势，但无法检验实际控制器的真实性能，因此其准确性存在疑问。现场测试准确性可以得到保障，但实施难度较大，且很多特殊工况难以模拟，无法实现装置的全面性能验证。
实时数字仿真系统（Real Time Digital Simulator简称RTDS）是国际上研制和投入商业化应用最早的数字实时仿真装置，也是目前世界上使用最多，被最广泛采用的电力系统实时仿真装置。全数字式实时仿真器RTDS由计算软件（RSCAD）、计算处理和接口等硬件设备（RACK）组成，包括配套的工作站或微机，可以连续和实时地模拟电力系统的电磁暂态和机电暂态现象，典型的仿真步长为50～80微秒。实时数字仿真系统具有电网及其各种状态的精确模拟能力和多种输入输出接口，能够在实验室环境对电气设备进行全面的精确的实时动态的测试，同时能够软、硬件结合，因此构建基于RTDS的APF装置仿真测试模型，连接APF控制器进行仿真测试将有效弥补纯软件仿真测试和现场测试的各自缺点，既能模拟现场可能出现的各种工况，又能节约成本，同时由于直接测试了实物控制器所以具备较高的可信度，可为此类装置的研发、设计与性能评估带来了极大的便利。
发明内容
本发明的目的是，根据电力系统采用有源电力滤波器现场测试无法实现全面验证的问题，本发明建立一种基于RTDS的低压APF装置控制器的闭环仿真测试方法。
实现本发明的技术方案是，将低压APF装置控制器接入RTDS实时数字仿真系统，建立闭环仿真测试平台；通过RTDS实时数字仿真测试平台对有源电力滤波器装置控制器进行闭环测试。
本发明方法首先在RTDS实时数字仿真环境中构建有源电力滤波器的运行软件模型，其中包括三相电网和负载，按照实际运行系统设置参数，如线路、变压器、负载的参数等，以便完全模拟实际现场运行工况；同时构建包括三相逆变桥及输出滤波器的APF一次系统模型。
本发明闭环仿真测试装置包括RTDS输入输出硬件接口、APF控制板和信号接口板；RTDS输入输出硬件接口通过信号接口板连接APF控制板；其余部分包括三相电网、负载及APF主电路等均由RTDS软件模拟。
测试时RTDS实时数字仿真系统通过GTAO（模拟输出接口）经功放后向APF控制器提供必要的模拟电压、电流信号。APF控制器接收这些信号后进行计算处理，输出开关信号至GTFPI（空接点输入接口）驱动开关及接触器模型，输出触发脉冲信号至GTDI（数字输入接口）驱动三相逆变桥模型，从而形成由APF控制器与RTDS（包括输入输出接口装置和软件模型）构成的控制闭环。
由于低压APF控制器一般需要低压配电网额定220V电压信号、交/直流小电流信号，输出一般为开关信号（空接点信号）和脉冲信号。但RTDS的GTAO口只支持输出±10V以内的电压信号，配合功放输出电压只能达到交/直流140V，无法达到220V；输出电流可达到30A，但0.2A以下交直流小电流输出线性度及精度不高，无法满足APF对交流/直流小电流信号的需求；且RTDS的GTDI输入脉冲电平只兼容5V和24V，无法适用APF控制器其他脉冲输入电平。
为实现APF控制器与RTDS软件模型之间的信号匹配，本发明采用构建RTDS的实物控制器仿真实验标准接口中的接口板进行信号的兼容。该接口板包括交流电压调理模块、小电流信号调理模块、直流电压转直流电流调理模块及脉冲调理模块，可以有效的解决上述信号范围及精度的匹配问题。
本发明的有益效果是，本发明采用基于RTDS的低压APF控制器的闭环仿真测试方法弥补了纯软件仿真测试和现场测试的缺点，既能模拟现场可能出现的各种工况，又能节约成本，同时由于直接测试了实物控制器所以具备较高的可信度，可为此类装置的研发、设计与性能评估带来了极大的便利。本发明方法可对无功负载反复投切、谐波、系统短路、系统三相不平衡、系统频偏、系统瞬时过压或者欠压等各类系统工况进行实验。
附图说明
图1是本发明闭环仿真测试装置结构框图；
图2是RTDS输出信号匹配及传递过程框图；
图中图号：1是RTDS；2是APF控制板；3是网侧Ua电压过零信号；4是负载三相电流信号；11是RSCAD模型；12是RTDS输入输出接口；13是电压电流功放；14是信号接口板；15是APF控制器。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
在RTDS实时数字仿真环境中构建APF装置的运行环境（包括三相电网模型、非线性负载模型）及主电路模型（包括三相逆变器、输出滤波电感及断路器、缓冲电阻及接触器等），按照实际运行系统设置参数，如电网阻抗、逆变器IGBT、输出滤波电感等的参数；构建信号输入输出模型，设置APF控制器需要的及输出的信号变比及接收端口，具体包括电网三相电压、负载三相电流、逆变器输出三相电流、APF输出的开关信号及脉冲信号。
将RTDS输出的信号通过功放及信号接口板进行放大或精度及电平的匹配，接入APF控制板；将APF控制板输出的信号同样经过信号接口板输入RTDS装置。其信号匹配及传递过程如图2所示。
模型搭建及硬件连接完成之后主要开展以下测试试验：
（1）观察APF在投入电网后直流母线电压能否正常升压到额定值；
（2）投切非线性负载，观察APF输出的电流是否能够瞬时跟踪，有无振荡，直流母线电压是否波动超过期望值，电网侧的谐波治理效果是否达到国标要求；
（3）投入超过APF补偿能力的非线性负荷，观察APF输出是否过流，是否能够限定在额定值输出；
（4）设置电网电压畸变、过压、低电压及负载三相不平衡情况，观察APF输出是否受到影响，直流母线电压是否稳定，电网侧的谐波治理效果是否受到影响；
（5）设置APF正常运行情况下，电网突然短路（包括接地及相间短路）情况下，观察APF能否有效保护，切除电网。
Claims (3)
1.一种基于RTDS的低压有源滤波器控制器的闭环仿真测试方法，其特征在于，所述方法将低压APF装置控制器接入RTDS实时数字仿真系统，建立闭环仿真测试平台；通过RTDS实时数字仿真测试平台对有源电力滤波器装置控制器进行闭环测试。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTDS的低压有源滤波器控制器的闭环仿真测试方法，其特征在于，所述方法在RTDS实时数字仿真环境中构建有源电力滤波器的运行软件模型，其中包括三相电网和负载，按照实际运行系统设置参数，如线路、变压器、负载的参数，以便完全模拟实际现场运行工况；同时构建包括三相逆变桥及输出滤波器的APF一次系统模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于RTDS的低压有源滤波器控制器的闭环仿真测试方法，其特征在于，所述闭环测试，在测试时，RTDS实时数字仿真系统通过模拟输出接口，经功放后向APF控制器提供必要的模拟电压、电流信号；APF控制器接收这些信号后进行计算处理，输出开关信号至空接点输入接口，驱动开关及接触器模型，输出触发脉冲信号至数字输入接口，驱动三相逆变桥模型，从而形成由APF控制器与包括输入输出接口装置和软件模型的RTDS构成控制闭环。
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