CN111308908B - 一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法。能够在实验室环境下进行边开发边测试、大大减少开发周期、可设置各种极端工况和故障工况、安全可靠、很大程度上减少了实物测试带来的研发费用的浪费。测试成功后，可以直接将验证无误的sdf文件交给相关厂家，可以在很短的时间内研制成功。基于dSPACE的分布式潮流控制器闭环仿真试验方法也为其他电力电子装置的系统实时仿真研究以及控制器研制开辟了一条全新的思路。

Description

一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验 方法
技术领域
本发明涉及柔性交流输电技术领域。具体涉及基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法。
背景技术
分布式潮流控制器是一种串并联混合型柔性交流输电装置。比起统一潮流控制控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)，分布式潮流控制器的串联侧为分布式布置于输电线路或电力杆塔上，更经济、冗余度更高、可靠性更强，多组串联侧可以进行分群分组控制，功能也更强大。目前国内针对分布式潮流控制器的研究包括数学模型与控制策略、选址定容等多个方向，但仍处于数字离线仿真验证阶段，如何实现分布式潮流控制器的实时仿真是该研究领域的一个世界性难题，也是充分验证构建的分布式潮流控制器数学模型以及所提出的控制策略的正确性和有效性的最重要环节。最近十多年来，涉及到电力电子装置的系统实时仿真，均采用硬件在环实时仿真HILS
(Hardware-in-the-loop simulation)方法，以充分验证拟开发系统的数学模型和控制策略。硬件在环实时仿真又称半实物仿真，是将需要仿真的部分系统硬件直接放到仿真回路中的仿真系统，它不仅弥补了纯数字仿真中的许多缺陷，提高了整个模型的置信度，而且可以大大减轻编程的工作量。这种仿真的另一个优势在于它实现了仿真模型和实际系统间的实时数据交互，使仿真结果的验证过程非常直观，大大缩短了产品开发周期。
dSPACE是德国dSPACE公司专门为电力电子装备及其控制系统实时仿真(包括HILS仿真)的大型仿真工具，在其中实现的控制器直接与实物控制器对应，可作为实物控制器的原型。本发明提出了一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，可以在短周期内以最经济的方式完成系统配置、代码生成下载以及功能调试等功能，为分布式潮流控制器的实时仿真研究开辟了一条全新的思路，这也是国内外首次完成全数字电力系统仿真ADPSS(Advanced Digital Power System Simulator)+小步长与dSPACE的闭环试验，将为相关领域的实时仿真研究作出了重要贡献。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，其特征在于，
步骤1、在ADPSS/ETSDAC中搭建含分布式潮流控制器详细开关模型的一次系统；设计合适的线路参数、变压器阻抗、系统类型、电压与容量基准值等参数；
步骤2、分析计算分布式潮流控制器变流器的IGBT模块的小步长参数；
步骤3、基于dSPACE的FPGA功能构建分布式潮流控制器并联侧三相变流器SPWM控制模型，
步骤4、在dSPACE配套的System Generator软件中构建分布式潮流控制器并联侧控制系统；
步骤5、统计需要的输入输出数据个数，分布式潮流控制器并联侧控制系统需要控制的量有：母线电压(3相)、流入三相变流器的电流(3相)、公共直流电容电压、3次谐波电流，输出至ADPSS的信号为触发信号(6个)；在dSPACE配套的ConfigurationDesk软件进行端口与硬件资源分配，然后生成对应的Simulink模型，并在ADPSS侧对输出输入数据的物理接口箱进行对应的接口分配，再用含DB50接口的屏蔽线按照接口分配进行ADPSS与dSPACE的连接；
步骤6、复制步骤5生成的端口Simulink模块，对应各个通道所分配的信号，将步骤4中的信号进行替换；在ADPSS设置母线电压A、B、C三相的输出端口分别为AI4、5、6通道，外部线路连接中ADPSS的AI4、5、6通道分别与dSPACE的DS6221的channel 1、2、3连接，所以这里Voltage in(1)～(3)就分别代表母线A、B、C三相电压；其余也是同理；SPWM模块功能为在FPGA板卡上进行SPWM调制，得到触发脉冲并通过物理接口箱输出至ADPSS；
步骤7、用屏蔽线连接至dSPACE的DS2655板卡(FPGA模块)以及DS6221板卡(simulink模型)，与模型一一对应，保存模型并加载至ConfigurationDesk软件，编译得到对应的sdf文件，开展分布式潮流控制器并联侧闭环试验；
步骤8、在dSPACE上位机启动ControlDesk软件，加载步骤7中的sdf文件，再在ADPSS上位机启动ETSDAC软件，导入分布式潮流控制器一次系统模型，设置物理接口有效，选择Linux后台并行方式，启动运行；待ADPSS输入信号稳定后，再在ControlDesk界面依次进行DPFC并联侧电容电压控制、母线电压控制、三次谐波电流控制。
在上述的一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，三相SPWM调制模块包括：
载波类型选择单元：Analog in的channel 11(carrier)为外部输入的载波信号，tri_generator为FPGA内部产生的载波信号；Register in 1(select)为选择载波类型，当设置值为0时，Mul1输入恒为0，Add1输出为-1，Mul2输出为tri_generator的波形，则此时Add2输出为tri_generator的波形；反之，当select设置值为1时，通过分析可知，Add2输出为carrier的波形；
SPWM调制单元：Register in2～Register in4分别是A、B、C三相SPWM调制的参考信号，Add2输出的载波信号与参考信号进行比较，就可以得到触发信号；需要说明的是，dSPACE的逻辑元件都需要设置一个延时，延时时间为处理步长的整数倍，在本发明中提出的三相SPWM调制模块的上桥臂信号为G1～G3，下桥臂为G4～G6，由于下桥臂信号需要一个取反，故多了一个8ns的延时；但为了保证触发信号的上下桥臂信号完全对称，所以要进行延迟时间的统一；为了使得上下桥臂信号完全对称，所以本发明中的三相SPWM调制模块的上桥臂信号进行了一个与逻辑，与1进行与逻辑，延时为1个处理步长8ns，因此在不改变输出的同时实现了与下桥臂信号的同步；Digital out1～Digital out6可通过物理接口输出至外部设备；
外部控制工作状态单元：FPGA模型编译完成后，无法进行在线修改，除非重新编译；为了使得分布式潮流控制器并联侧三相变流器可以不控整流，三相SPWM调制模块在调制信号输送到Digital out前增加了一个Gate模块，来设置PWM是否工作；Register in5(pwm_enable)用于设置PWM是否工作，由于FPGA的and模块的输入信号数据类型需要为boolean，所以通过一个逻辑比较将pwm_enable信号类型进行转换，当pwm_enable设置为1时，与0进行大于为真的逻辑比较，此时输出为boolean类型的1，这时和触发信号进行与逻辑的运算，输出到Digital out1的信号就是触发信号g1；同理，当pwm_enable设置为0时，此时输出为boolean类型的0，输出到Digital out1的信号恒为0，即PWM模块输出信号为0，分布式潮流控制器并联侧三相变流器处于不控整流状态；当系统稳定后，再将pwm_enable设置为1，此时分布式潮流控制器并联侧三相变流器控制器开始工作；
Analog in1(carrier)是外部产生的三角波信号，可以认为当select设置为1时有效，由于Analog in的单位只有Bit与mV，且输入的载波幅值为5V，而参考波信号是标准参考波(即幅值为±1)，所以carrier需要乘以0.0002。
在上述的一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，三相SPWM调制模块中还含有一个载波生成模块，正中间的FPGA实质是一个积分模块，Reset与initial左边连接的部分是固定配套的，不需要设置，in[-]输入的是积分的斜率，Out[-]则为积分后的波形；本发明提出的基于dSPACE的FPGA功能生成载波的方法，具体为：利用dSPACE自带的积分器模块，将Out[-]于逻辑a≥b的b相连，其输出与a相连，然后将其逻辑比较结果乘以2再减去1，然后再乘以2乘以所需要的载波频率；Register in 6输入的是所需要的载波频率，假如为10000Hz，一开始a、b都为0，逻辑为真，则a变为了1，此时Add1的输出为1，Mult2输出为20000，则经过5×10-5s，积分器的输出Out[-]达到1，于是逻辑a≥b逻辑将不再成立，a变为0，Add1的输出为2×0-1，即为-1，此时Mult2输出为-20000，那么Out[-]将从1以-20000的斜率向0变化；经过5×10-5s，Out[-]达到0，此时逻辑a≥b再次成立，a再次变为1，于是再次重复从0到1线性增加；不断重复，于是可以得到一个周期为10000Hz的载波信号。
在上述的一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，分布式潮流控制器并联侧控制系统包括：
并联侧d-q分解子模块：用于将分布式潮流控制器并联侧接入点母线电压进行dq分解，实现解耦控制；
并联侧电压外环控制子模块：电压外环有两个，一个为母线电压幅值，另一个为并联侧公共直流电容电压，分别用于控制母线电压幅值、公共直流电容电压维持在给定值；
并联侧电流内环控制子模块：与电压外环一起工作，使得控制系统拥有较快的动态响应又能有一个较小的输出；
并联侧变流器PWM调制波控制子模块：并联侧包含两个调制模块，分别是三相SPWM调制模块以及单相SPWM调制模块；三相SPWM调制模块是将电流环输出的控制信号与ADPSS输入的载波进行比较，得到并联侧三相变流器的开关信号；同理，单相SPWM调制模块是将3次谐波电流控制模块输出的信号与ADPSS输入的载波进行比较，得到并联侧单相变流器的开关信号；
3次谐波电流控制模块：用于输出恒定三次谐波电流。
因此，本发明具有如下优点：应用FPGA技术构建分布式潮流控制器的PWM模块，其步长可以达到8ns，精度与可靠性高，且载波也在FPGA中，可以达到很高的频率；基于dSPACE搭建分布式潮流控制器的控制器，与ADPSS中含分布式潮流控制器详细开关模型的一次系统形成闭环，控制器参数可以在不停止仿真的情况下实时更改，有益于快速研发分布式潮流控制器控制器，大大缩短产品开发周期，也为电力电子装置的系统实时仿真研究与控制器研制开辟了一条全新的思路。。
附图说明
附图1是本发明的基于dSPACE的分布式潮流控制器闭环仿真试验结构图。
附图2是本发明的FPGA模型与处理器模型结构示意图。
附图3是本发明的基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧控制系统模型示意图。
附图4是本发明的基于dSPACE的三相SPWM调制模块示意图。
附图5是本发明的载波发生模块示意图。
附图6是本发明的分布式潮流控制器并联侧控制系统模型示意图。
附图7(a)是本发明的并联侧d-q分解子模块内部结构图。
附图7(b)是本发明的并联侧电压外环子控制模块内部结构图。
附图7(c)是本发明的并联侧电流内环子控制模块内部结构图。
附图8是本发明的并联侧SPWM控制模型示意图。
附图9是本发明的被测试电网示意图。
附图10是本发明的ConfigurationDesk接口匹配界面。
附图11是本发明的FPGA接口模型示意图。
附图12是本发明的ControlDesk信号窗口界面。
附图13是本发明的ControlDesk信号监测界面。
附图14是本发明的基于dSPACE的分布式潮流控制器闭环仿真试验波形图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
一、为方便说明发明内容，此处给出如图1所示的基于dSPACE的分布式潮流控制器闭环仿真试验结构图。
该系统结构主要由两个部分组成，一部分是ADPSS仿真装置，另一部分是dSPACE。其中ADPSS部分模拟含分布式潮流控制器详细开关模型的一次系统，而分布式潮流控制器的控制系统及其控制算法则由dSPACE来实现，二者通过物理接口箱进行连接，实现信号交互。
为方便理解FPGA模型与处理器模型的关系，此处给出如图2所示FPGA模型与处理器模型结构示意图。
如图2所示，FPGA模型是包含在Simulink模型内，处理器接口接收外部输入的信号，然后在处理器中进行运算处理，部分数据需要以很小的步长去进行精细化处理(如调制参考信号等)，于是将这部分数据放到FPGA中进行运算处理，之后将得到的处理信号传输至Simulink模型或者直接输出至外部。
分布式潮流控制器并联侧的控制系统模型如图3所示。
本发明提出一种基于dSPACE的分布式潮流控制器的并联侧控制系统构建方法。分布式潮流控制器并联侧控制系统模型主要对分布式潮流控制器并联侧公共直流电容电压与并联侧接入点母线电压以及单相变流器输出的3次谐波电流进行控制。
具体步骤如下所示。
(1)在ADPSS/ETSDAC中搭建含分布式潮流控制器详细开关模型的一次系统。设计合适的线路参数、变压器阻抗、系统类型、电压与容量基准值等参数。
(2)分析计算分布式潮流控制器变流器的IGBT模块的小步长参数。
(3)基于dSPACE的FPGA功能构建分布式潮流控制器并联侧三相变流器SPWM控制模型。该三相SPWM模块在FPGA中的具体实现方式如图4所示。
图4中显示出来的部分包含18个输入输出数据，具体为5个Register in、6个Digital out、6个Register out、1个Analog in，此外还有一个载波发生模块。该三相SPWM调制模块具有以下功能。
①载波类型选择功能：Analog in的channel 11(carrier)为外部输入的载波信号，tri_generator为FPGA内部产生的载波信号。Register in 1(select)为选择载波类型，当设置值为0时，Mul1输入恒为0，Add1输出为-1，Mul2输出为tri_generator的波形，则此时Add2输出为tri_generator的波形。反之，当select设置值为1时，通过分析可知，Add2输出为carrier的波形。
②SPWM调制功能。Register in2～Register in4分别是A、B、C三相SPWM调制的参考信号，Add2输出的载波信号与参考信号进行比较，就可以得到触发信号。需要说明的是，dSPACE的逻辑元件都需要设置一个延时，延时时间为处理步长的整数倍，在本发明中提出的三相SPWM调制模块的上桥臂信号为G1～G3，下桥臂为G4～G6，由于下桥臂信号需要一个取反，故多了一个8ns的延时。但为了保证触发信号的上下桥臂信号完全对称，所以要进行延迟时间的统一。为了使得上下桥臂信号完全对称，所以本发明中的三相SPWM调制模块的上桥臂信号进行了一个与逻辑，与1进行与逻辑，延时为1个处理步长8ns，因此在不改变输出的同时实现了与下桥臂信号的同步。图4中Register out1～Register out6是输出至处理器模型，可以在人机交互界面观测其波形，而Digital out1～Digital out6可通过物理接口输出至外部设备。
③外部控制工作状态功能。FPGA模型编译完成后，无法进行在线修改，除非重新编译。为了使得分布式潮流控制器并联侧三相变流器可以不控整流，本发明所提出的三相SPWM调制模块在调制信号输送到Digital out前增加了一个Gate模块，来设置PWM是否工作。图4中的Register in5(pwm_enable)就可以实现这个功能，由于FPGA的and模块的输入信号数据类型需要为boolean，所以通过一个逻辑比较将pwm_enable信号类型进行转换，当pwm_enable设置为1时，与0进行大于为真的逻辑比较，此时输出为boolean类型的1，这时和触发信号进行与逻辑的运算，输出到Digital out1的信号就是触发信号g1。同理，当pwm_enable设置为0时，此时输出为boolean类型的0，输出到Digital out1的信号恒为0，即PWM模块输出信号为0，分布式潮流控制器并联侧三相变流器处于不控整流状态。当系统稳定后，再将pwm_enable设置为1，此时分布式潮流控制器并联侧三相变流器控制器开始工作。
Analog in1(carrier)是外部产生的三角波信号，可以认为当select设置为1时有效，由于Analog in的单位只有Bit与mV，且输入的载波幅值为5V，而参考波信号是标准参考波(即幅值为±1)，所以carrier需要乘以0.0002。
在三相SPWM调制模块中还含有一个载波生成模块，在FPGA中的具体实现方式如图5所示。
如图5所示，正中间的FPGA实质是一个积分模块，Reset与initial左边连接的部分是固定配套的，不需要设置，in[-]输入的是积分的斜率，Out[-]则为积分后的波形。本发明提出的基于dSPACE的FPGA功能生成载波的方法，具体为：利用dSPACE自带的积分器模块，将Out[-]于逻辑a≥b的b相连，其输出与a相连，然后将其逻辑比较结果乘以2再减去1，然后再乘以2乘以所需要的载波频率。Register in 6输入的是所需要的载波频率，假如为10000Hz，一开始a、b都为0，逻辑为真，则a变为了1，此时Add1的输出为1，Mult2输出为20000，则经过5×10-5s，积分器的输出Out[-]达到1，于是逻辑a≥b逻辑将不再成立，a变为0，Add1的输出为2×0-1，即为-1，此时Mult2输出为-20000，那么Out[-]将从1以-20000的斜率向0变化。经过5×10-5s，Out[-]达到0，此时逻辑a≥b再次成立，a再次变为1，于是再次重复从0到1线性增加。不断重复，于是可以得到一个周期为10000Hz的载波信号。
(4)在dSPACE配套的System Generator软件中构建分布式潮流控制器并联侧控制系统。具体如图6所示。
图6所示的并联侧控制模型包含如下4个子模块：
(1)并联侧d-q分解子模块；
(2)并联侧电压外环控制子模块；
(3)并联侧电流内环控制子模块；
(4)并联侧变流器PWM调制波控制子模块；
(5)3次谐波电流控制模块。
各子模块的控制实现如图7所示。
d_q分解子模块是将输入的电压电流信号进行d-q分解，并计算出并联侧接入点母线电压有效值Urms；并联侧电压外环控制子模块包括公共直流电容电压外环控制模块与母线电压外环控制模块；并联侧电流内环控制子模块并联侧电压外环控制子模块共同起作用，可以在保证控制系统响应速度的同时提高系统稳定性；SPWM模块功能为在FPGA板卡上进行SPWM调制，得到触发脉冲并通过物理接口箱输出至ADPSS；而3次谐波电流控制模块功能为控制3次谐波电流大小。
(5)统计需要的输入输出数据个数，分布式潮流控制器并联侧控制系统需要控制的量有：母线电压(3相)、流入三相变流器的电流(3相)、公共直流电容电压、3次谐波电流，输出至ADPSS的信号为触发信号(6个)。在dSPACE配套的ConfigurationDesk软件进行端口与硬件资源分配，然后生成对应的Simulink模型，并在ADPSS侧对输出输入数据的物理接口箱进行对应的接口分配，再用含DB50接口的屏蔽线按照接口分配进行ADPSS与dSPACE的连接。
(6)复制上一步生成的端口Simulink模块，对应各个通道所分配的信号，将(4)中的信号进行替换，结果可见图3。
以Voltage in(1)～(3)为例，在ADPSS设置母线电压A、B、C三相的输出端口分别为AI4、5、6通道，外部线路连接中ADPSS的AI4、5、6通道分别与dSPACE的DS6221的channel 1、2、3连接，所以这里Voltage in(1)～(3)就分别代表母线A、B、C三相电压。其余也是同理。SPWM模块功能为在FPGA板卡上进行SPWM调制，得到触发脉冲并通过物理接口箱输出至ADPSS，具体如图8所示。
图中A、B、C分别为ABC三相的参考信号，freq为载波频率，gate_seire是并联侧三相变流器的使能信号，gate_shunt_3rd是并联侧单相变流器的使能信号，shunt_3rd_ref是并联侧单相变流器的参考信号。中间的计算过程在FPGA板卡中进行计算，但是真正输送到ADPSS的模拟触发信号通过物理接口箱输送到ADPSS。
二、实施步骤
具体实施步骤如下：
(1)在ADPSS/ETSDAC中搭建含分布式潮流控制器并联侧详细开关模型的一次系统。
本项目采用如图9所示的电网进行测试。测试系统由3个电压节点与4条支路构成。系统基准电压等级为0.38kV，其中，两个0.38kV的三相交流电源分别安装在节点I与节点II，两个电源的电压相角差为11.4317°；系统各线路阻抗分别设置为Z1＝0.001+j0.314Ω，Z2＝0.001+j0.072Ω，Z3＝0.004+j0.047Ω，Z4＝0.001+j0.072Ω；系统的可调节电力负荷安装于节点III，用接地电阻Rload表示，在本试验中该电阻的值取为2.8Ω；变压器Ⅰ与变压器Ⅱ额定容量均为0.6MVA，变比为0.38/0.38kV，短路比为10％。试验中，分布式潮流控制器并联侧两端分别接于节点I与变压器I的Y侧中性点；串联侧单元安装在线路I—II上。
基于图9的被测试电网参数，在ADPSS/ETSDAC仿真平台下搭建含分布式潮流控制器并联侧详细开关模型的一次系统。统计ADPSS输入输出信号个数及类型。
(2)在dSPACE配套的System Generator软件中构建FPGA模型。
通过System Generator2018打开Simulink，建一个model(model名称最好全英文，不要有数学和其它符号，这会导致编译时间长)，找到Xilinx Blockset库，在里面选择需要的元件。打开dSPACE RTI FPGA Programming Blockset库，选择所需要的I/O口类型，并将FPGA_Setup元件(类似于Matlab的Power gui模块)加载到模型中。需要对FPGA Setup进行设置，双击进去，先选择FPGA板块类型，本实验室的FPGA板卡是DS2655，为7K160类型，然后在I/O module选择M1，点击ok即可，配置模型中的I/O通道，并设置位数等参数。
搭建及配置完成后。按crtl+D进行检错，检错无误后便可以进行编译。双击FPGA_Setup，点击Parameters，选择核数，选好后点击Execute进行编译，在Matlab命令行窗口看编译进程，编译结束后会生成一个INI文件，文件地址与模型存放文件夹一致。
(3)基于dSPACE构建分布式潮流控制器控制系统。
①通过System Generator2018打开Simulink，在Simulink界面搭建分布式潮流控制器的控制系统，步长设置为0.0001s。
②打开dSPACE配套的ConfigurationDesk软件，建一个新project，点到singalchain界面，在Functions框内右键，依次选择import Custom Function from Archive——To project Folder.../Search Path...。找到FPGA编译完成的INI文件夹地址，更改一下右下角文件类型，选择INI类型文件，加载进去即可，然后在Hardware/Custom Function就可以拖入FPGA了(若有多个FPGA模块，重复操作即可)。然后根据步骤(1)中统计的输入输出信号，选择相匹配的信号类型与接口数量，拖入到singal chain的Functions。结果如图10所示。
图10中，Ppwm为三相全桥SPWM的FPGA模块，Lsr为并联侧单相全桥SPWM的FPGA模块。其余部分则为8个DI信号，从ADPSS的小步长配套的DI物理接口箱输送至dSPACE的DS6221板卡。完成接口统计后，全选Functions里的模块，点击Assign进行硬件资源的分配。再点击Propagate，右键选择Propagate to Simulink model，此时Simulink会自动出现一个模型，如图11所示。
图11中就是统计所需要的输入输出信号，可以将在Simulink中搭建的分布式潮流控制器系统全部复制过来，然后将生成的接口按照所对应的输入输出信号进行替换，例如在ADPSS中分配母线电压A、B、C三相的输出端口分别为DI1、2、3通道，用含DB50接头的屏蔽线将ADPSS的DI接口箱的channel 1与板卡6221的channel 1相连，那么Voltage in(1)就需要与控制系统中母线A相电压相连，如果屏蔽线是将ADPSS的DI接口箱的channel 1与板卡6221的channel 2相连，那么Voltage in(2)就代表是控制系统中母线A相电压。按照这个分析，进行接口的替换，替换后的分布式潮流控制器并联侧控制系统可见图3。
③完成上述操作后，回到ConfigurationDesk界面，在左上方点到models界面，将替换完成后的model加载进去，然后点击build进行编译，编译完成后会生成一个sdf文件。
④打开dSPACE配套的ControlDesk软件，新建一个project，然后加载③中生成的sdf文件。如图12所示，在ControlDesk界面的左下角展开Model Root，选择所需要观测的信号以及需要实时更改的信号(如PI参数、电容电压给定值、使能信号等)。选择完成后，结果如图13所示。
⑤完成上述操作后，在ControlDesk界面点击“Go Online”运行程序，然后在ADPSS界面依次进行“选择后台运行——子网任务分配——节点机号选择——物理装置信号连接——提交任务——开始运行”操作。在ControlDesk界面点击“Start Measuring”即开始进行数据录波，然后根据试验方案进行预充电、并联侧投入、串联侧投入、潮流控制等步骤。试验结果如图14所示。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，其特征在于，
步骤1、在ADPSS/ETSDAC中搭建含分布式潮流控制器详细开关模型的一次系统；设计合适的线路参数、变压器阻抗、系统类型、电压与容量基准值参数；
步骤2、分析计算分布式潮流控制器变流器的IGBT模块的小步长参数；
步骤3、基于dSPACE的FPGA模块构建分布式潮流控制器并联侧三相变流器三相SPWM调制模块，
步骤4、在dSPACE配套的System Generator软件中构建分布式潮流控制器并联侧控制系统；
步骤5、统计需要的输入输出数据个数，分布式潮流控制器并联侧控制系统需要控制的量有：母线3相电压、流入三相变流器的3相电流、公共直流电容电压、3次谐波电流，输出至ADPSS的信号为6个触发信号；在dSPACE配套的ConfigurationDesk软件进行端口与硬件资源分配，然后生成对应的Simulink模块，并在ADPSS侧对输出输入数据的物理接口箱进行对应的接口分配，再用含DB50接口的屏蔽线按照接口分配进行ADPSS与dSPACE的连接；
步骤6、复制步骤5生成的端口Simulink模块，对应各个通道所分配的信号，将步骤4中的信号进行替换；在ADPSS设置母线电压A、B、C三相的输出端口分别为AI4、5、6通道，外部线路连接中ADPSS的AI4、5、6通道分别与dSPACE的DS6221的channel 1、2、3连接，所以这里Voltage in(1)～(3)就分别代表母线A、B、C三相电压；其余也是同理；三相SPWM调制模块功能为在FPGA模块上进行SPWM调制，得到触发脉冲并通过物理接口箱输出至ADPSS；
步骤7、用屏蔽线连接至dSPACE的DS2655板卡以及DS6221板卡，与模型一一对应，保存模型并加载至ConfigurationDesk软件，编译得到对应的sdf文件，开展分布式潮流控制器并联侧闭环试验,DS2655板卡是FPGA模块,DS6221板卡是Simulink模块；
步骤8、在dSPACE上位机启动ControlDesk软件，加载步骤7中的sdf文件，再在ADPSS上位机启动ETSDAC软件，导入分布式潮流控制器一次系统模型，设置物理接口有效，选择Linux后台并行方式，启动运行；待ADPSS输入信号稳定后，再在ControlDesk软件依次进行DPFC并联侧电容电压控制、母线电压控制、三次谐波电流控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，其特征在于，三相SPWM调制模块包括：
载波类型选择单元：Analog in的channel 11(carrier)为外部输入的载波信号，tri_generator为FPGA内部产生的载波信号；Register in 1(select)为选择载波类型，当设置值为0时，Mul1输入恒为0，Add1输出为-1，Mul2输出为tri_generator的波形，则此时Add2输出为tri_generator的波形；反之，当Register in 1(select)设置值为1时，通过分析可知，Add2输出为channel 11(carrier)的波形；
SPWM调制单元：Register in2～Register in4分别是A、B、C三相SPWM调制的参考信号，Add2输出的载波信号与参考信号进行比较，就可以得到触发信号；需要说明的是，dSPACE的逻辑元件都需要设置一个延时，延时时间为处理步长的整数倍，提出的三相SPWM调制模块的上桥臂信号为G1～G3，下桥臂为G4～G6，由于下桥臂信号需要一个取反，故多了一个8ns的延时；但为了保证触发信号的上下桥臂信号完全对称，所以要进行延迟时间的统一；为了使得上下桥臂信号完全对称，所以三相SPWM调制模块的上桥臂信号进行了一个与逻辑，与1进行与逻辑，延时为1个处理步长8ns，因此在不改变输出的同时实现了与下桥臂信号的同步；Digital out1～Digital out6可通过物理接口输出至外部设备；
外部控制工作状态单元：FPGA模型编译完成后，无法进行在线修改，除非重新编译；为了使得分布式潮流控制器并联侧三相变流器可以不控整流，三相SPWM调制模块在调制信号输送到Digital out前增加了一个Gate模块，来设置PWM是否工作；Register in5(pwm_enable)用于设置PWM是否工作，由于FPGA的and模块的输入信号数据类型需要为boolean，所以通过一个逻辑比较将Register in5(pwm_enable)信号类型进行转换，当Register in5(pwm_enable)设置为1时，与0进行大于为真的逻辑比较，此时输出为boolean类型的1，这时和触发信号进行与逻辑的运算，输出到Digital out1的信号就是触发信号g1；同理，当Register in5(pwm_enable)设置为0时，此时输出为boolean类型的0，输出到Digital out1的信号恒为0，即PWM模块输出信号为0，分布式潮流控制器并联侧三相变流器处于不控整流状态；当系统稳定后，再将Register in5(pwm_enable)设置为1，此时分布式潮流控制器并联侧三相变流器控制器开始工作；
Analog in1(carrier)是外部产生的三角波信号，可以认为当Register in 1(select)设置为1时有效，由于Analog in的单位只有Bit与mV，且输入的载波幅值为5V，而参考波信号是幅值为±1的标准参考波，所以Analog in1(carrier)需要乘以0.0002。
3.根据权利要求1所述的一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，其特征在于，三相SPWM调制模块中还含有一个载波生成模块，正中间的FPGA实质是一个积分模块，Reset与initial左边连接的部分是固定配套的，不需要设置，in[-]输入的是积分的斜率，Out[-]则为积分后的波形；提出的基于dSPACE的FPGA模块生成载波的方法，具体为：利用dSPACE自带的积分器模块，将Out[-]于逻辑a≥b的b相连，其输出与a相连，然后将其逻辑比较结果乘以2再减去1，然后再乘以2乘以所需要的载波频率；Register in 6输入的是所需要的载波频率，假如为10000Hz，一开始a、b都为0，逻辑为真，则a变为了1，此时Add1的输出为1，Mult2输出为20000，则经过5×10-5s，积分器的输出Out[-]达到1，于是逻辑a≥b逻辑将不再成立，a变为0，Add1的输出为2×0-1，即为-1，此时Mult2输出为-20000，那么Out[-]将从1以-20000的斜率向0变化；经过5×10-5s，Out[-]达到0，此时逻辑a≥b再次成立，a再次变为1，于是再次重复从0到1线性增加；不断重复，于是可以得到一个周期为10000Hz的载波信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于dSPACE的分布式潮流控制器并联侧闭环仿真试验方法，其特征在于，分布式潮流控制器并联侧控制系统包括：
并联侧d-q分解子模块：用于将分布式潮流控制器并联侧接入点母线电压进行dq分解，实现解耦控制；
并联侧电压外环控制子模块：电压外环有两个，一个为母线电压幅值，另一个为并联侧公共直流电容电压，分别用于控制母线电压幅值、公共直流电容电压维持在给定值；
并联侧电流内环控制子模块：与电压外环一起工作，使得控制系统拥有较快的动态响应又能有一个较小的输出；
并联侧变流器PWM调制波控制子模块：并联侧包含两个调制模块，分别是三相SPWM调制模块以及单相SPWM调制模块；三相SPWM调制模块是将电流环输出的控制信号与ADPSS输入的载波进行比较，得到并联侧三相变流器的开关信号；同理，单相SPWM调制模块是将3次谐波电流控制模块输出的信号与ADPSS输入的载波进行比较，得到并联侧单相变流器的开关信号；
3次谐波电流控制模块：用于输出恒定三次谐波电流。
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