CN104330980A - 一种基于rt-lab的微电网仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其包括：RT-LAB仿真系统，用于搭建微电网和配电网仿真模型，提供实时仿真环境；DSP物理系统，用于对仿真系统中搭建的变流器电路产生控制信号；功率放大器，用于连接RT-LAB仿真系统和微电网物理模拟系统；微电网物理模拟系统，用于与RT-LAB仿真系统组成数字物理微电网，并接受监控系统的监测和调度控制；微电网监控系统，用于对DSP物理系统、微电网数字仿真模型和物理模拟系统进行监控。本发明将微电网和配电网仿真模型建立在RT-LAB上，结合微电网物理模拟系统，能够真实地模拟电力系统和微电网运行状态，具备实时仿真、在线调参、接口丰富、测试类型丰富，测试方式切换灵活、操作简单、安全可靠、高效经济等优点。

Description

一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，尤其涉及一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统。

背景技术

微电网技术是根据当地资源条件，合理选择综合利用多种可再生能源(太阳能、风能、海洋能、生物质能、后备柴油机等)，组成分布式可再生能源供电体系，实现独立运行或并网运行，是今后可再生能源高效利用的主要方向。微电网技术可以提高分布式可再生能源接入电力系统的比例和供电可靠性，并为海岛和农村等缺电地区提供电力供应，具有重要的经济和环境效益。目前，世界各国都在大力推广发展微电网技术，微电网正从实验示范阶段向商业化应用阶段转化。

传统的微电网仿真测试方法包括物理模拟方法和纯数字仿真方法。物理模拟方法是通过搭建微电网物理系统，对微电网的设备开发、规划设计、运行调度、控制保护等技术进行纯物理测试，这种方法具有设备费用高、建设周期长、场地限制大、并网测试限制大、开发成本高昂、可扩展性和兼容性差等问题。而纯数字仿真方法对微电网实际系统的模拟难以做到实时仿真，且往往不能真实模拟微电网实际运行情况，给微电网设备和系统开发带来不便。

因此，为解决传统的微电网仿真测试方法在实际应用中存在的问题，提高微电网系统设计、设备开发、仿真调试的效率和经济性，亟需采用先进的仿真测试方法。近年来，关于微电网的仿真测试系统的相关研究，已有实用性的测试平台，但到目前为止，尚未有适用于微电网(群)复杂系统级半实物交联试验的综合数字物理混合仿真测试系统。因此，有必要建立一套能够兼顾物理仿真和数字仿真优点，投资成本低、建设周期短、扩展灵活、操作简单、测试类型丰富、实用性强的微电网综合数字物理混合仿真测试系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于RT-LAB的微电网数字物理混合仿真测试系统，其具有操作简单、扩展灵活、测试类型丰富、适用性强等优点，能够实现微电网(群)复杂系统级半实物交联仿真测试，并能有效并灵活地进行微电网的离网和并网运行测试，能够提高微电网及变流设备开发试验测试的效率，降低研究开发成本。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案。

一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其包括RT-LAB仿真系统、DSP物理系统、功率放大器、微电网物理模拟系统、微电网监控系统，其中：

RT-LAB仿真系统，用于搭建微电网和配电网仿真模型，提供实时仿真环境，并提供RT-LAB仿真系统与DSP物理系统、微电网物理模拟系统、微电网监控系统之间交换数据和信号的接口装置；

DSP物理系统，用于接收RT-LAB仿真系统输入的模拟量数据，并通过该模拟量数据产生数字量控制信号，以对RT-LAB仿真系统中搭建的双向变流器主电路进行控制，实现微电网用变流装置控制电路的开发；

功率放大器，用于建立RT-LAB仿真系统与微电网物理模拟系统的功率流通通路，保证实时目标机工作于低电压、电流的环境，以保证RT-LAB仿真系统实时工作于低电压、电流的环境；

微电网物理模拟系统，用于与RT-LAB仿真系统组成数字物理微电网系统，并接受微电网监控系统的监测和调度控制；

微电网监控系统，用于实现微电网安全、稳定、经济运行和能量管理；所述微电网监控系统与微电网物理模拟系统相连，以监测微电网物理模拟系统实际运行的参数并对该实际运行的参数进行控制；所述微电网监控系统并与DSP物理系统相连，以监测双向变流器的运行参数并对DSP物理系统下发控制信号；所述微电网监控系统并与RT-LAB仿真系统相连，以在线监测RT-LAB仿真系统中仿真模型的运行参数并对RT-LAB仿真系统进行控制。

所述RT-LAB仿真系统包括仿真主机、数字量/模拟量输入输出板卡和实时目标机。所述仿真主机基于MATLAB/simulink仿真软件用于搭建微电网单元级和系统级模型，包括分布式电源(光伏、风电、水力发电、燃料电池、燃油/气机等)、储能装置(蓄电池、超级电容、飞轮储能、抽水蓄能等)、能量变换装置(双向变流器、光伏逆变器等)及其控制算法、各类负荷、电缆线路等组成微电网的模型。仿真主机通过通讯接口与实时目标机连接，实时目标机从仿真主机下载模型进行编译和实时化运行。输入输出板卡是实时目标机与RT-LAB仿真系统以外系统相连并交换数据和信号的接口。

所述DSP物理系统包括双向变流器控制器和光伏逆变器控制器。双向变流器的控制器包括独立和并网运行模式下的双向变流器控制，控制器接收RT-LAB仿真系统的电网和蓄电池电压电流信号，经调制后输出SVPWM脉冲控制信号，控制RT-LAB仿真系统中双向变流器主电路的开关器件。独立运行模式包括电压有效值控制和电压瞬时值波形控制两部分组成，电压有效值控制由PI控制器组成，电压瞬时值由电压前馈控制和电压电流瞬时值双环控制两部分组成。并网运行模式包括有功功率控制及无功功率控制，均采用PI控制器，可实现无差调节。

光伏逆变器控制器包括MPPT控制器和SVPWM控制器，分别控制升压电路和逆变电路，MPPT控制器接收RT-LAB仿真系统的光伏系统的直流电压和电流信号，经调制后输出升压电路控制信号，SVPWM逆变控制器接收并网点电压，经调制后输出逆变电路SVPWM脉冲控制信号。

所述功率放大器由四象限功率变换装置、互感器等物理装置构成，可生成和吸收三相和单相功率，保证实时目标机工作于低电压、电流的环境。所述微电网物理模拟系统为交流微电网系统，包括光伏发电组件、风力发电机组、储能蓄电池、柴油发电机、可控负荷、光伏逆变器、双向变流器及电缆线路等。

所述微电网监控系统由监控主机、远动通信装置、数据采集与控制装置等构成，采用现场总线或工业以太网网络实现互联。监控主机与微电网中的设备采用现场总线直接连接建立总线型通信网络，各监控元件通过串行通信卡直接连接到现场总线网络。微电网监控系统通过接口装置与RT-LAB仿真系统的数字仿真模型相连，并与微电网物理模拟系统以及DSP物理系统相连，交换数据和控制信号。进一步的，所述微电网控制系统采用分层控制方案，该分层控制方案包括三个层次：(1)现场设备控制层，通过采用恒功率控制(PQ控制)、恒压/恒频控制(V/f控制)、下垂控制(Droop控制)、对等控制和主从控制等控制方法，实现系统的稳定控制；(2)微电网中央控制层，实现微电网内的功率分配控制、电压频率二次调整和模式切换；(3)系统网络控制层，实现微电网内的能量控制、微电网群之间的潮流控制以及微电网与电力系统之间的潮流控制。

本发明可进行的数字物理混合仿真测试类型包括微电网用控制装置开发测试和微电网系统仿真测试。其中，微电网控制装置开发测试包括含DSP的双向变流器控制器和微电网三层控制系统开发；微电网系统仿真测试包括微电网入网检测(电能质量和故障保护控制功能检测)、微电网群能量协同控制仿真以及新增装置对物理微电网影响的评估测试。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明建立在RT-LAB半实物仿真系统上，可以实现微电网并网和离网运行的数字物理实时仿真测试和在线调整参数。具有丰富的模拟量和数字量输入/输出接口，能够适应微电网众多元件设备接入和多电平双向变流器开发需求，并且可以根据试验要求灵活扩展接口。

2.本发明可以灵活实现微电网硬件在环和功率硬件在环测试。功率硬件在环仿真测试是介于硬件在环仿真和实际系统测试的仿真测试手段，相对于硬件在环仿真能够更准确地对实际系统进行评估测试。本发明能够正确有效地测试和评估微电网中各种部件、微电网群、微电网与配电网的相互作用，能进行微电网控制系统以及双向变流器控制电路开发测试。本发明可以在不同测试方式间灵活切换，适应微电网不同的开发目的，大大提高了系统设计和产品研发效率。

3.本发明能够准确有效地进行微电网与配电网的功率硬件在环测试，电网配置设定灵活。根据实验需要和功率放大器的最大输出功率，可以建立实际与仿真模型比例为1:1的功率硬件在环仿真模型，或将实际系统按比例缩小后建立缩小的功率硬件在环仿真模型。能够进行包括电压波动、频率波动、对称短路、不对称短路、电压跌落、断线等电网故障条件下的微电网功率硬件在环仿真测试，以有效验证微电网物理模拟系统的先进保护和控制策略，在建设真正系统前最大限度地找出设备隐患，并且测试过程不具备任何风险。此外，仿真系统还能对微电网接入电力系统的电能质量进行功率硬件在环评估，为微电网或分布式电源接入电力系统提供准入依据。

4.本发明可实现双向变流器控制电路的硬件在环和功率硬件在环组合分级测试。双向变流器主电路建立在RT-LAB上，控制电路在DSP上搭建，硬件在环测试仅通过RT-LAB系统和DSP物理系统进行仿真测试，功率硬件在环测试通过增加功率放大器将物理模拟系统与RT-LAB连接进行测试。在功率硬件在环测试中，通过实际功率交换，能更准确地验证控制电路的有效性和准确性。本发明能大大降低测试成本和提高效率，并能得到可靠的测试结果。此外，DSP物理系统与一次电路以实时目标机的输入输出板卡为界，分界清晰，便于此DSP物理系统向双向变流器直接移植。

5.本发明中微电网物理模拟系统中的微电网监控系统同时与RT-LAB、DSP物理系统以及微电网物理模拟系统相连，通过RT-LAB接口装置与仿真主机中的数字仿真模型在线交换数据和控制信号，通过现场总线或工业以太网网络与DSP物理系统和微电网物理模拟系统相连交换数据和控制信号。从而使RT-LAB和微电网物理模拟系统构成一个闭环测试系统，实现微电网三层控制系统的功率在环仿真测试。此外，微电网监控系统与微电网仿真模型以实时目标机的输入输出板卡为界，分界面清晰，便于此微电网监控系统向实际微电网移植。

附图说明

图1为基于RT-LAB的微电网数字物理仿真测试系统；

图2为DSP硬件在环仿真测试接线图；

图3为单个双向变流器运行的DSP功率硬件在环仿真测试接线图；

图4为变流器物理模型与数字仿真模型混合仿真的DSP功率硬件在环测试接线图；

图5为微电网三层控制系统硬件在环仿真测试接线图；

图6为微电网三层控制系统功率硬件在环仿真测试接线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，包括：RT-LAB仿真系统、DSP物理系统、功率放大器、微电网物理模拟系统和微电网监控系统。其中，DSP物理系统和微电网监控系统通过接口装置与RT-LAB仿真测试系统连接，同时微电网监控系统还通过现场总线与DSP物理系统、微电网物理模拟系统连接，微电网物理模拟系统通过功率放大器和接口装置与RT-LAB仿真测试系统连接。

进一步的本发明数据、信号和功率流向描述如下。RT-LAB仿真系统通过接口装置将电压电流等数据(模拟量)传送至DSP物理系统，DSP物理系统返回SVPWM脉冲控制信号(数字量)给RT-LAB仿真系统；RT-LAB仿真系统通过接口装置与功率放大器交换电压电流等数据(模拟量)，功率放大器将从RT-LAB仿真系统接收到的模拟量进行功率放大后，与微电网物理模拟系统交换真实功率；微电网监控系统通过通讯总线及传感器监测微电网物理模拟系统实际运行的参数并对其进行控制，现场设备根据检测到的电压、电流和频率等实现自动控制，微电网中央控制层根据微电网监控系统对微电网物理模拟系统监测情况，下发控制信号给现场设备；微电网监控系统通过通讯总线与DSP物理系统相连，监测双向变流器的运行参数并对DSP物理系统下发控制信号；微电网监控系统通过接口装置与RT-LAB仿真系统相连，在线监测RT-LAB仿真系统中仿真模型的电压、电流、频率等参数并将控制信号传送给RT-LAB仿真系统，使得微电网监控系统能同时监控微电网物理模拟系统、DSP物理模拟系统以及RT-LAB仿真系统的仿真模型，对微电网模型中的各个元件进行监控，并能跟踪配电网数字仿真模型的并网点的电压、电流、频率等信号，从而做出完备可靠的控制。

所述RT-LAB仿真系统包括仿真主机、数字量/模拟量输入输出板卡和实时目标机。所述仿真主机基于MATLAB/simulink仿真软件用于搭建微电网单元级和系统级模型，以及配电网模型。仿真主机通过通讯接口与实时目标机连接，将仿真模型仿真主机下载到实时目标机后，由实施目标机进行编译和实时化运行。输入输出板卡是RT-LAB仿真系统与其以外的物理系统进行数据和信号交换的接口界面。

所述仿真主机基于MATLAB/simulink仿真软件用于搭建微电网单元级和系统级模型，以及配电网模型。其中，微电网模型包括分布式电源(光伏、风电、水力发电、燃料电池、燃油/气机等)、储能装置(蓄电池、超级电容、飞轮储能、抽水蓄能等)、能量变换装置(双向变流器、光伏逆变器等)及其控制算法、各类负荷、电缆线路等。

所述实时目标机，采用多CPU并行运算，能够实现的功能包括将仿真主机上搭建的MATLAB/simulink模型下载、编译、生成代码、分配节点、实时仿真运行、参数在线调整等。此外，实时目标机通过输入输出板卡能够实现与仿真主机、其他实时目标机以及实时目标机内CPU之间的通讯。

所述输入输出板卡，传输通道具有高速高精度的特点，包含多个模拟量输入/输出通道、多个带时标的数字量输入/输出通道以及PWM输出及调理模块。输入输出板卡为RT-LAB仿真系统与DSP物理系统、微电网监控系统、功率放大器交换信号和数据提供接口。

所述DSP物理系统为微电网中重要变流设备的控制器，包括双向变流器控制器和光伏逆变器控制器。双向变流器的控制器包括独立和并网运行模式下的双向变流器控制，核心是保证独立和并网两种运行模式下的电能质量及两种模式之间的平滑切换。光伏逆变器控制器包括MPPT控制器和SVPWM控制器，分别控制升压电路和逆变电路。DSP物理系统通过输入输出板卡与RT-LAB仿真系统中的双向变流器主电路建立联系，仿真过程中与RT-LAB仿真系统交换电压电流信号和SVPWM脉冲控制信号，用于微电网用变流设备的开发测试，测试方式分两级测试，分别为硬件在环和功率硬件在环测试。DSP物理系统与一次电路以实时目标机的输入输出板卡为界，分界面清晰，经调试后的DSP物理系统断开与输人输出板卡以及微电网监控系统的连接后，可以直接连接到与仿真系统中主电路模型相同的双向变流器物理主电路，便于此DSP物理系统向双向变流器直接移植。

所述功率放大器包括四象限功率变换装置、互感器等物理装置，可生成和吸收单相和三相功率。用于连接RT-LAB仿真系统和微电网物理模拟系统，保证实时目标机工作于低电压、电流的环境，是实现功率硬件在环测试的关键设备。根据实验需要和功率放大器的最大输出功率，可以建立实际与仿真模型比例为1:1的功率硬件在环仿真模型，当微电网物理模拟系统与RT-LAB仿真模型交换的功率大于功率放大器的最大输出功率时，按比例将微电网物理模拟系统与RT-LAB仿真模型缩小后再建立缩小的仿真测试模型。

所述微电网物理模拟系统包括光伏发电组件、风力发电机组、储能蓄电池(铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池)、柴油发电机、可控负荷、光伏逆变器、双向变流器及电缆线路等，组成交流微电网。此系统接受微电网监控系统和RT-LAB仿真系统的调度控制，用于验证调度控制策略的有效性。此系统应在离/并网正常运行情况下能提供安全、稳定、可靠的电力，故障情况下能准确判断并采取保护措施。

所述微电网监控系统包括监控主机、远动通信装置、数据采集控制装置等，采用现场总线或工业以太网网络实现互联，微电网监控系统还通过输入输出板卡，实现与RT-LAB仿真系统通讯，从而构成微电网与大电网或其他微电网的闭环微电网监控系统。微电网监控系统用于监控微电网物理模拟系统以及微电网/配电网数字仿真系统的系统电压、频率、功率以及各元件工况，保证微电网(为由微电网物理系统以及仿真系统里面搭建的微电网模型所构成的微电网整体)安全、稳定、可靠、经济地运行。此外，由于微电网监控系统采用标准的通讯接口，且微电网监控系统与微电网以实时目标机的输入输出板卡为界，分界面清晰，经调试后微电网监控系统断开与微电网物理模拟系统、DSP物理系统及输入输出板卡的连接后，可以直接移植到元件类型少于或等于仿真微电网的实际微电网中。

进一步的，所述微电网控制系统采用分层控制方案，该分层控制方案包括三个层次：(1)现场设备控制层，通过采用恒功率控制(PQ控制)、恒压/恒频控制(V/f控制)、下垂控制(Droop控制)、对等控制和主从控制等控制方法，实现系统的稳定控制；(2)微电网中央控制层，实现微电网内的功率分配控制、电压频率二次调整和模式切换；(3)系统网络控制层，实现微电网内的能量控制、微电网群之间的潮流控制以及微电网与电力系统之间的潮流控制。相应于所提微电网三层控制方案的，将储能系统的控制分为两层，第一层控制是在动态扰动时控制电压稳定，第二层控制是调整储能输出为零。使用这种微电网三层控制方法，系统具有更高的灵活性和扩展性，因此可以整合更多的微电网，使得各个微电网相互联系而不改变当地分层控制系统。

微电网系统仿真测试包括微电网入网检测(电能质量和故障保护控制功能检测)、微电网群能量协同控制仿真以及新增装置对物理微电网影响的评估测试。

如图1所示，微电网入网检测系统由RT-LAB仿真系统、微电网监控系统、微电网物理模拟系统以及功率放大器构成。配电网模型在仿真主机上搭建，模拟正常和故障(包括电压波动、频率波动、对称短路、不对称短路、电压跌落、断线等电网故障)运行的配电网。微电网物理系统为并网运行或并网、离网两种模式切换状态。RT-LAB仿真系统通过功率放大器建立微电网物理系统和配电网数字仿真模型之间的功率交换通路，所接微电网物理系统为待研究系统。该系统能够有效地检测微电网并入配电网的电能质量、电网故障状态下微电网的故障保护和故障穿越控制、微电网对配电网调度控制的响应能力。

如图1所示，微电网物理系统新增装置或拓扑扩展评估测试系统由RT-LAB仿真系统、微电网监控系统、微电网物理模拟系统以及功率放大器构成。此种测试方案在仿真主机上搭建微电网物理模拟系统上新增的发电装置、储能装置、负荷或者直流微电网系统，将数字仿真模型与微电网物理系统通过功率放大器连接，所接微电网物理系统为待研究系统。目的是评估新增元件对微电网运行能力的影响及控制策略的有效性。同时，此测试方案亦可对微电网拓扑结构优化设计进行功率在环研究，从而得到更安全、稳定、经济的微电网拓扑结构。

如图1所示，微电网群协同控制仿真系统由RT-LAB仿真系统、微电网监控系统、微电网物理模拟系统以及功率放大器构成。此种仿真方案在仿真主机上搭建微电网和配电网模型。将虚拟微电网和物理微电网建立电气和信息联系，研究微电网群功率交换调度控制方案，实现可再生资源最大化利用并提高微电网的可靠性。微电网群首先应在微电网之间实现功率平衡，无法平衡时，再接入配电网以满足负荷需求。

如图2-4所示，DSP物理系统测试分为两级测试，分别为硬件在环(图2)和功率硬件在环测试(图3和4)。如图2所示，进行硬件在环测试时，仅由RT-LAB仿真系统与DSP物理系统组成测试系统，可进行光伏逆变器、双向变流器开发测试。双向变流器控制器接收RT-LAB仿真系统的电网和蓄电池电压电流信号以及功率控制信号，经调制后输出SVPWM脉冲控制信号，控制RT-LAB仿真系统的控制主电路开关器件。光伏逆变器的控制器包括MPPT控制器和SVPWM控制器，MPPT控制器接收RT-LAB仿真系统的光伏系统的直流电压和电流信号，经调制后输出升压电路控制信号，SVPWM逆变控制器接收并网点电压，经调制后输出逆变电路SVPWM脉冲控制信号。如图3和4所示，进行功率硬件在环测试时，需要增加微电网物理模拟系统以及微电网监控系统，可对双向变流器在微电网正常运行时的性能以及故障状态下的保护策略进行测试。双向变流器功率硬件在环测试过程如下：如图3所示，首先进行单个双向变流器测试，在RT-LAB仿真系统中搭建配电网、蓄电池和单个双向变流器主电路等模型，除去微电网物理模拟系统的储能装置及其双向变流器。DSP物理系统接收RT-LAB仿真系统的电网和蓄电池电压电流信号，接收微电网监控系统的功率控制信号，经调制后输出SVPWM脉冲控制信号，控制RT-LAB仿真系统的控制主电路开关器件。在微电网离网、并网、模式切换等不同运行模式下，对经过硬件在环调试的DSP物理系统进行功率硬件在环仿真验证和进一步调试，使双向变流器的输出波形达到预期要求。进一步的，在RT-LAB仿真系统中搭建蓄电池、多个双向变流器主电路等模型，采用主从控制、对等控制等控制策略，对离网型微电网进行多双向变流器并联运行调试，解决多双向变流器并联运行可能产生的环流问题。对离网型微电网进行多双向变流器并联运行调试时，还可进一步采用图4的接线方案，将储能装置及其双向变流器接入微电网物理模拟系统，在仿真主机搭建微电网中储能装置及双向变流器的一次电路，在离网运行时，进行双向变流器物理模型与数字仿真模型多双向变流器并联运行调试。光伏逆变器控制器采用图4接线方案进行功率硬件在环测试，光伏逆变器控制器中的MPPT控制器接收RT-LAB仿真系统的光伏系统直流电压和电流信号，经调制后输出升压电路控制信号，SVPWM逆变控制器接收并网点电压，经调制后输出逆变电路SVPWM脉冲控制信号。

如图5和6所示，微电网三层控制系统开发分为两级测试，分别为硬件在环(图5)和功率硬件在环测试(图6)。如图5所示，进行硬件在环测试时，仅由RT-LAB仿真系统与微电网监控系统组成测试系统，首先对三层控制策略进行数字仿真，在仿真主机中搭建微电网、配电网以及控制系统数字仿真模型，在数字仿真的层面上验证控制系统的有效性；然后根据数字仿真得出的控制策略搭建物理微电网监控系统，进行硬件在环测试，验证数字仿真研究得出的控制策略的有效性。如图6所示，微电网监控系统经过硬件在环测试后再进行功率硬件在环测试，此时需要增加微电网物理模拟系统，通过接口装置和功率放大器建立仿真主机和微电网物理模拟系统的功率交换通路。测试过程如下：根据仿真目标在仿真主机搭建配电网或微电网数字仿真模型，微电网监控系统能够同时对配电网或微电网数字仿真模型和实际微电网系统进行监控，将配电网/微电网数字仿真模型和实际微电网系统联合仿真，进一步对三层控制系统的有效性和适应性进行验证。

本发明关于一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统及其测试方案，特别适合于微电网技术仿真测试以及产品和系统开发。提供了一种双向变流器开发和微电网分层控制系统开发的分级测试手段，既能满足经济性要求，也满足可靠性要求。解决了微电网物理测试在并网测试存在的局限性，使得微电网能进行电网故障下的各种测试和评估，也能对微电网接入大电网的电能质量进行有效评估。同时也为微电网拓扑设计、新增装置对微电网物理系统影响的评估、微电网群协调调度控制等提供可靠的仿真测试手段。此数字物理仿真系统能满足电网实时性要求，提供了一种比硬件在环实时仿真更准确的仿真测试手段，是微电网技术开发和工程建设之前的有效测试和评估手段，同时适用于研究开发和工程应用。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，其包括RT-LAB仿真系统、DSP物理系统、功率放大器、微电网物理模拟系统、微电网监控系统，其中：

RT-LAB仿真系统，用于搭建微电网和配电网仿真模型，提供实时仿真环境，并提供RT-LAB仿真系统与DSP物理系统、微电网物理模拟系统、微电网监控系统之间交换数据和信号的接口装置；

DSP物理系统，用于接收RT-LAB仿真系统输入的模拟量数据，并通过该模拟量数据产生数字量控制信号，以对RT-LAB仿真系统中搭建的双向变流器主电路进行控制，实现微电网用变流装置控制电路的开发；

功率放大器，用于建立RT-LAB仿真系统与微电网物理模拟系统的功率流通通路，保证实时目标机工作于低电压、电流的环境，以保证RT-LAB仿真系统实时工作于低电压、电流的环境；

微电网物理模拟系统，用于与RT-LAB仿真系统组成数字物理微电网系统，并接受微电网监控系统的监测和调度控制；

微电网监控系统，用于实现微电网安全、稳定、经济运行和能量管理；所述微电网监控系统与微电网物理模拟系统相连，以监测微电网物理模拟系统实际运行的参数并对该实际运行的参数进行控制；所述微电网监控系统并与DSP物理系统相连，以监测双向变流器的运行参数并对DSP物理系统下发控制信号；所述微电网监控系统并与RT-LAB仿真系统相连，以在线监测RT-LAB仿真系统中仿真模型的运行参数并对RT-LAB仿真系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述RT-LAB仿真系统包括：

仿真主机，用于搭建微电网以及配电网模型，通过通讯接口与实时目标机连接；

实时目标机，用于对搭建的微电网以及配电网数字仿真模型进行编译以及实时化运行；

接口装置，所述接口装置为输入输出板卡，用于为RT-LAB仿真系统分别与DSP物理系统、功率放大器、微电网物理模拟系统、微电网监控系统进行数据和信号交换提供接口。

3.根据权利要求2所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述DSP物理系统包括：

双向变流器控制器，包括独立和并网运行模式，用于保证微电网独立和并网两种运行模式下的稳定性和电能质量及两种运行模式之间的平滑切换；

光伏逆变器控制器，包括MPPT控制器和SVPWM控制器，用于分别控制升压电路和逆变电路，MPPT控制器接收RT-LAB仿真系统的光伏系统的直流电压和电流信号，经调制后输出升压电路控制信号，SVPWM控制器接收并网点电压，经调制后输出逆变电路的SVPWM脉冲控制信号。

4.根据权利要求3所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述DSP物理系统测试为两级测试，包括：

硬件在环测试，由RT-LAB仿真系统与DSP物理系统组成硬件在环测试系统，用于进行光伏逆变器和双向变流器开发测试；其中，双向变流器控制器接收RT-LAB仿真系统的电网和蓄电池电压电流信号以及功率控制信号，经调制后输出SVPWM脉冲控制信号，控制RT-LAB仿真系统的双向变流器主电路开关器件；光伏逆变器控制器中的MPPT控制器接收RT-LAB仿真系统的光伏系统的直流电压和电流信号，经调制后输出升压电路控制信号，SVPWM逆变控制器接收并网点电压，经调制后输出SVPWM脉冲控制信号至RT-LAB仿真系统的逆变电路；

功率硬件在环测试，由RT-LAB仿真系统、DSP物理系统、微电网物理模拟系统以及微电网监控系统组成功率硬件在环测试系统，用于全物理设备调试前的开发测试，所述全物理设备调试前的开发测试为对双向变流器在微电网正常运行时的性能以及故障状态下的保护策略进行测试，其包括以下步骤：

进行单个双向变流器测试，在RT-LAB仿真系统中搭建配电网、蓄电池和单个双向变流器主电路模型，除去微电网物理模拟系统的储能装置及其双向变流器，DSP物理系统接收RT-LAB仿真系统的电网和蓄电池电压电流信号，接收微电网监控系统的功率控制信号，经调制后输出SVPWM脉冲控制信号，控制RT-LAB仿真系统的控制主电路开关器件；在微电网离网、并网以及模式切换三种不同运行模式下，对经过硬件在环调试的DSP物理系统进行功率硬件在环仿真验证和进一步调试，使双向变流器的输出波形达到预期要求；

进行多个双向变流器并联运行测试，在RT-LAB仿真系统中搭建蓄电池、多个双向变流器主电路模型，采用主从控制、对等控制的控制方法，对离网型微电网进行多双向变流器并联运行调试，解决多双向变流器并联运行可能产生的环流问题；

对离网型微电网进行多双向变流器并联运行测试，此时将储能装置及其双向变流器接入微电网物理模拟系统，在仿真主机搭建微电网中储能装置及双向变流器的一次电路，在离网运行时，进行双向变流器物理模型与数字仿真模型多双向变流器并联运行测试。

5.根据权利要求2所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述功率放大器生成和吸收单相和三相功率，用于连接RT-LAB仿真系统和微电网物理模拟系统，保证实时目标机工作于低电压、电流的环境。

6.根据权利要求2所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述微电网监控系统包括：

监控主机，用于远程监视和控制微电网；

数据采集控制装置，用于采集微电网实际运行的参数并根据控制信号做出相应动作；

现场总线/工业以太网络，连接数据采集控制装置和监控主机，通过输入输出板卡连接监控主机和RT-LAB仿真系统。

7.根据权利要求2所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，微电网监控系统用于同时监测微电网物理模拟系统、DSP物理系统和RT-LAB仿真系统的系统电压、频率、功率以及各元件工况，将配电网/微电网数字仿真模型和实际微电网系统联合仿真，以此对微电网三层控制系统进行功率硬件在环测试。

8.根据权利要求7所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述微电网三层控制系统包括：(1)现场设备控制层，通过采用恒功率控制方式、恒压/恒频控制方式、下垂控制方式以及对等控制和主从控制方式，实现系统的稳定控制；(2)微电网中央控制层，实现微电网内的功率分配控制、电压频率二次调整和模式切换；(3)系统网络控制层，实现微电网内的能量控制、微电网群之间的潮流控制以及微电网与电力系统之间的潮流控制。

9.根据权利要求8所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述微电网三层控制系统开发测试为两级测试，包括：

硬件在环测试，由RT-LAB仿真系统与微电网监控系统组成的用于初步开发测试的硬件在环测试系统，首先对三层控制策略进行数字仿真，在仿真主机中搭建微电网、配电网以及控制系统数字仿真模型，在数字仿真的层面上验证控制系统的有效性；然后根据数字仿真得出的控制策略搭建物理微电网监控系统，进行硬件在环测试，验证数字仿真研究得出的控制策略的有效性；

功率硬件在环测试，由RT-LAB仿真系统、微电网监控系统以及微电网物理模拟系统组成测试系统，用于全物理设备调试前的开发测试，通过接口装置和功率放大器建立仿真主机和微电网物理模拟系统的功率交换通路，测试过程如下：根据仿真目标在仿真主机搭建配电网或微电网数字仿真模型，微电网监控系统能够同时对配电网或微电网数字仿真模型和实际微电网系统进行监控，将配电网或微电网数字仿真模型和实际微电网系统联合仿真，以进一步验证三层控制系统的有效性及其在微电网群协调控制和配电网故障和调度控制的适应性。

10.根据权利要求1所述的基于RT-LAB的微电网仿真测试系统，其特征在于，所述微电网物理模拟系统包括光伏发电组件、风力发电机组、储能蓄电池、柴油发电机、可控负荷、光伏逆变器、双向变流器及电缆线路，组成交流微电网；所述微电网物理模拟系统接受微电网监控系统和RT-LAB仿真系统的监测和调度控制。