CN104199315A - 基于rtds的微电网储能系统试验平台 - Google Patents

Abstract

基于RTDS的微电网储能系统试验平台，属于微电网储能系统测试技术领域。本发明是为了解决现有微电网储能系统的模型实验只能对储能系统进行计算分析，而不能对真实的控制装置进行测试试验的问题。它的实时数字仿真器包括基于RSCAD的电气回路数学模型、RACK计算模块和I/O接口卡；电气回路数学模型包括三套储能系统数学模块、风力发电机组数学模型、全功率变流器数学模型和负载数学模型；每套储能系统数学模块包括储能双向变流器模型和蓄电池数学模型；二次控制系统包括第一换流控制器、第一系统控制器、第二换流控制器、第二系统控制器、第三换流控制器、第三系统控制器和主控制器。本发明作为微电网储能系统试验平台。

Description

基于RTDS的微电网储能系统试验平台

技术领域

本发明涉及基于RTDS的微电网储能系统试验平台，属于微电网储能系统测试技术领域。

背景技术

微电网储能系统的科学试验研究可以在实际微电网系统即原型上进行，也可以在模拟的微电网系统即模型上进行。在原型上进行科学试验研究，可以得到最真实的结果，但是在电力系统原型上进行试验却往往受到很多条件的制约，如时间、经济、安全等多方面因素制约。并且对一些比较严重性试验项目，如短路、振荡等，由于系统运行条件的限制不一定都能进行，更不能进行多次重复性的试验，特别是对于一些发展规划中的工程项目，则更难以在现有的微电网系统中进行。因此，模型试验在微电网储能系统的研究工作中具有十分重要的意义。

目前，电力系统的模型试验方法主要是数字仿真，现有的比较成熟的数字仿真软件如：PSCAD、MATLAB等，对微电网储能系统的各种运行情况都能进行深入地研究。这种复杂微电网储能系统的数字仿真基于储能系统中各个电气元件准确的数学模型，它需要定量地分析不同运行方式、稳态和暂态情况下的系统各种电气量，包括谐波的变化情况。这种数字仿真的主要问题是物理概念不够直观，必须要先明确要分析研究的微电网储能系统及其各元件的数学表示方式，建立起相应的数学模型，方能运用它们进行计算分析，这对于储能系统等新领域的研究，会产生一定的困难；并且它们只能对系统进行计算分析，而不能对真实的控制装置和控制软件进行测试试验。

发明内容

本发明目的是为了解决现有微电网储能系统的模型实验只能对储能系统进行计算分析，而不能对真实的控制装置进行测试试验的问题，提供了一种基于RTDS的微电网储能系统试验平台。

本发明所述基于RTDS的微电网储能系统试验平台，它包括实时数字仿真器和二次控制系统，

实时数字仿真器包括基于RSCAD的电气回路数学模型、RACK计算模块和I/O接口卡；电气回路数学模型包括三套储能系统数学模块、风力发电机组数学模型、全功率变流器数学模型和负载数学模型；每套储能系统数学模块包括储能双向变流器模型和蓄电池数学模型；二次控制系统包括第一换流控制器、第一系统控制器、第二换流控制器、第二系统控制器、第三换流控制器、第三系统控制器和主控制器；

电气回路数学模型的储能系统数学模块用于实现对双向变流器的实时模型仿真，它根据接收的PWM脉冲控制信号实现对储能系统数学模块内部功率器件的开通与关断，再根据接收的功率分配控制信号协调三套储能系统数学模块的功率分配；

RACK计算模块用于采集电气回路数学模型的交流电压信号、交流电流信号、直流电压信号和直流电流信号，并通过I/O接口卡传递采集的电压和电流信号；同时接收I/O接口卡传递的PWM脉冲控制信号及功率分配控制信号；

第一换流控制器、第二换流控制器和第三换流控制器用于接收I/O接口卡传递的相应的电压和电流信号，并对接收的电压和电流信号进行逻辑运算，获得PWM脉冲控制信号；同时第一换流控制器、第二换流控制器和第三换流控制器相应的接收第一系统控制器、第二系统控制器或第三系统控制器发送的功率分配控制信号并进行传递；第一换流控制器、第二换流控制器和第三换流控制器还用于传递接收的电压和电流信号；

第一系统控制器、第二系统控制器和第三系统控制器用于相应的接收第一换流控制器、第二换流控制器或第三换流控制器传递的电压和电流信号，并传递给主控制器，同时接收并传递主控制器输出的功率分配控制信号；

主控制器用于根据接收的电压和电流信号计算获得功率分配控制信号；

三套储能系统数学模块中的储能双向变流器模型和蓄电池数学模型建立交流380V主电源，交流380V主电源升压至10KV，建立母线电压为10KV的微电网；

风力发电机组数学模型经全功率变流器数学模型并入10KV的微电网；

10KV的微电网经降压给负载数学模型供电。

第一系统控制器、第二系统控制器和第三系统控制器相互之间具有通信通路。

本发明的优点：本发明所述试验平台可以完成储能系统并离网测试、多台储能双向变流器的并联运行测试、储能双向变流器控制策略测试、储能双向变流器的V/F与P/Q模式切换测试。

它能够直接观察到储能系统各种现象的物理过程，便于获得明确的物理概念，特别是对于微电网储能系统中新的问题和物理现象，由于认识上的限制，不能或不完全能用数学方程式表示时，利用RTDS的微电网储能系统动态模拟可以探索到现象的本质及其变化的基本规律。

根据本发明试验平台在模拟实验中获得的试验结果，还可以用来校验微电网储能系统的理论和计算公式以及校验数学方程式、各种假设的合理性，并为理论的简化指出方向，进而使理论得到进一步完善和发展。

本发明可以将真实的储能双向变流器控制装置直接接入动态模拟系统中，进行各种工况运行和故障试验，考核各装置的各种控制策略和各种性能。

附图说明

图1是本发明所述基于RTDS的微电网储能系统试验平台的原理框图；

图2是基于RSCAD的电气回路数学模型示意图；

图3是储能双向变流器模型的示意图；

图4是二次控制系统的控制原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述基于RTDS的微电网储能系统试验平台，它包括实时数字仿真器1和二次控制系统2，

实时数字仿真器1包括基于RSCAD的电气回路数学模型1-1、RACK计算模块1-2和I/O接口卡1-3；电气回路数学模型1-1包括三套储能系统数学模块、风力发电机组数学模型、全功率变流器数学模型和负载数学模型；每套储能系统数学模块包括储能双向变流器模型和蓄电池数学模型；二次控制系统2包括第一换流控制器2-1、第一系统控制器2-2、第二换流控制器2-3、第二系统控制器2-4、第三换流控制器2-5、第三系统控制器2-6和主控制器2-7；

电气回路数学模型1-1的储能系统数学模块用于实现对双向变流器的实时模型仿真，它根据接收的PWM脉冲控制信号实现对储能系统数学模块内部功率器件的开通与关断，再根据接收的功率分配控制信号协调三套储能系统数学模块的功率分配；

RACK计算模块1-2用于采集电气回路数学模型1-1的交流电压信号、交流电流信号、直流电压信号和直流电流信号，并通过I/O接口卡1-3传递采集的电压和电流信号；同时接收I/O接口卡1-3传递的PWM脉冲控制信号及功率分配控制信号；

第一换流控制器2-1、第二换流控制器2-3和第三换流控制器2-5用于接收I/O接口卡1-3传递的相应的电压和电流信号，并对接收的电压和电流信号进行逻辑运算，获得PWM脉冲控制信号；同时第一换流控制器2-1、第二换流控制器2-3和第三换流控制器2-5相应的接收第一系统控制器2-2、第二系统控制器2-4或第三系统控制器2-6发送的功率分配控制信号并进行传递；第一换流控制器2-1、第二换流控制器2-3和第三换流控制器2-5还用于传递接收的电压和电流信号；

第一系统控制器2-2、第二系统控制器2-4和第三系统控制器2-6用于相应的接收第一换流控制器2-1、第二换流控制器2-3或第三换流控制器2-5传递的电压和电流信号，并传递给主控制器2-7，同时接收并传递主控制器2-7输出的功率分配控制信号；

主控制器2-7用于根据接收的电压和电流信号计算获得功率分配控制信号；

三套储能系统数学模块中的储能双向变流器模型和蓄电池数学模型建立交流380V主电源，交流380V主电源升压至10KV，建立母线电压为10KV的微电网；

风力发电机组数学模型经全功率变流器数学模型并入10KV的微电网；

10KV的微电网经降压给负载数学模型供电。

本实施方式包括两部分，实时数字仿真器RTDSReal Time Digital Simulator和真实二次控制系统。

本实施方式中基于RSCAD的电气回路数学模型1-1经过编译和任务分配处理后，执行代码分配到各个用于计算的RACK，按照并行计算的模式运行，达到实时仿真的目的。I/O接口卡包括模拟量输入卡、模拟量输出卡、数字量输入卡和数字量输出卡；模拟量输出卡用于提供交直流电压信号和电流信号的输出；数字输入卡和数字输出卡用于提供设备、开关的状态和指令信号以及PWM脉冲控制信号的输入和输出。主控制器2-7协调三套储能双向变流器数学模块之间功率平均分配。

基于RSCAD的电气回路数学模型1-1经过I/O接口卡与真实二次控制系统之间存在信息交互，以实现闭环控制，所述RACK指机柜。

具体实施方式二：下面结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，第一系统控制器2-2、第二系统控制器2-4和第三系统控制器2-6相互之间具有通信通路。

本发明的具体实施例：

本发明所述试验平台在实际使用中实现步骤如下：

步骤一：平台的搭建，I/O接口卡的模拟量输出卡与三个换流控制器的信号采集通道相连接，实现储能双向变流器交直流电压信号和电流信号的采集。I/O接口卡的数字量输入卡与三个换流控制器的PWM脉冲输出通道相连接，控制储能双向变流器内部功率器件的开通关断；

步骤二：建立基于RSCAD的电气回路数学模型1-1：包括风力发电机组数学模型、全功率变流器数学模型、储能双向变流器模型、蓄电池数学模型和负载数学模型。由三套储能双向变流器模型和三组蓄电池数学模型建立交流380V主电源，交流380V主电源升压至10KV，建立母线电压为10KV的微电网；风力发电机组数学模型经全功率变流器数学模型并入10KV的微电网；10KV的微电网经降压给负载数学模型供电。

步骤三：建立三套储能系统数学模块，包括三组蓄电池数学模型、储能双向变流器模型和三台隔离变压器。每个储能双向变流器模型的直流侧连接相应的蓄电池数学模型，交流侧与相应隔离变压器副边相连，三台隔离变压器原边并联，经升压变压器并到10kV母线；

步骤四：将三个换流控制器、三个系统控制器及主控制器之间进行通讯线路的连接，主控制器2-7与三个系统控制器之间可通过光纤相连，三个换流控制器与三个系统控制器之间通过CAN总线相连接；

步骤五：使试验平台开始工作，进行信息交互，以实现闭环控制。通过此方式也可以对基于RSCAD的电气回路数学模型进行相应控制，实现数学模型与真实控制系统之间的闭环控制；

通过上述步骤，即可以根据实际需要对试验平台进行控制，以完成储能系统并离网测试、多台储能双向变流器的并联运行测试、储能双向变流器控制策略测试、储能双向变流器的电压/频率V/F与有功/无功PQ模式切换测试。

Claims (2)

1.一种基于RTDS的微电网储能系统试验平台，其特征在于，它包括实时数字仿真器(1)和二次控制系统(2)，

实时数字仿真器(1)包括基于RSCAD的电气回路数学模型(1-1)、RACK计算模块(1-2)和I/O接口卡(1-3)；电气回路数学模型(1-1)包括三套储能系统数学模块、风力发电机组数学模型、全功率变流器数学模型和负载数学模型；每套储能系统数学模块包括储能双向变流器模型和蓄电池数学模型；二次控制系统(2)包括第一换流控制器(2-1)、第一系统控制器(2-2)、第二换流控制器(2-3)、第二系统控制器(2-4)、第三换流控制器(2-5)、第三系统控制器(2-6)和主控制器(2-7)；

电气回路数学模型(1-1)的储能系统数学模块用于实现对双向变流器的实时模型仿真，它根据接收的PWM脉冲控制信号实现对储能系统数学模块内部功率器件的开通与关断，再根据接收的功率分配控制信号协调三套储能系统数学模块的功率分配；

RACK计算模块(1-2)用于采集电气回路数学模型(1-1)的交流电压信号、交流电流信号、直流电压信号和直流电流信号，并通过I/O接口卡(1-3)传递采集的电压和电流信号；同时接收I/O接口卡(1-3)传递的PWM脉冲控制信号及功率分配控制信号；

第一换流控制器(2-1)、第二换流控制器(2-3)和第三换流控制器(2-5)用于接收I/O接口卡(1-3)传递的相应的电压和电流信号，并对接收的电压和电流信号进行逻辑运算，获得PWM脉冲控制信号；同时第一换流控制器(2-1)、第二换流控制器(2-3)和第三换流控制器(2-5)相应的接收第一系统控制器(2-2)、第二系统控制器(2-4)或第三系统控制器(2-6)发送的功率分配控制信号并进行传递；第一换流控制器(2-1)、第二换流控制器(2-3)和第三换流控制器(2-5)还用于传递接收的电压和电流信号；

第一系统控制器(2-2)、第二系统控制器(2-4)和第三系统控制器(2-6)用于相应的接收第一换流控制器(2-1)、第二换流控制器(2-3)或第三换流控制器(2-5)传递的电压和电流信号，并传递给主控制器(2-7)，同时接收并传递主控制器(2-7)输出的功率分配控制信号；

主控制器(2-7)用于根据接收的电压和电流信号计算获得功率分配控制信号；

三套储能系统数学模块中的储能双向变流器模型和蓄电池数学模型建立交流380V主电源，交流380V主电源升压至10KV，建立母线电压为10KV的微电网；

风力发电机组数学模型经全功率变流器数学模型并入10KV的微电网；

10KV的微电网经降压给负载数学模型供电。

2.根据权利要求1所述的基于RTDS的微电网储能系统试验平台，其特征在于，第一系统控制器(2-2)、第二系统控制器(2-4)和第三系统控制器(2-6)相互之间具有通信通路。