CN116643548A - 基于正负零域针对rtds模型进行阻抗幅频特性扫描的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，在实时数字仿真系统RTDS中构建电网模型；创建用于生成谐波电压信号的功能块；创建脚本，在特定的频率范围内，步进修改谐波电压的频率，每修改一次，使能一次谐波电压注入；所述功能块将谐波注入至所述电网模型的指定端口，执行所述脚本，检测所述指定端口输出的电压和电流，保存电压和电流数据文件；采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角。由于在RTDS实时仿真中省去了傅里叶变换的环节，从而使得阻抗扫描的时间大大降低，可以在一次谐波注入中只注入一个频率点的谐波信号，保证了阻抗扫描的精度。

Description

基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法
技术领域
本发明涉及RTDS实时仿真技术领域，尤其涉及一种基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法。
背景技术
目前，直流系统的控制保护设备厂家在设备投入现场使用前，往往使用实时数字仿真系统RTDS(real time digital simulation system)来模拟一次系统，与控制保护设备共同构建硬件在环仿真系统，从而进行厂内仿真试验验证目前，控制保护设备厂家在设备投入现场使用前，往往使用实时仿真设备RTDS来模拟一次系统，与控制保护设备共同构建硬件在环仿真系统，从而进行厂内仿真试验验证。
在研究直流系统并网稳定性方面，从阻抗幅频特性的角度来对交直流系统进行并网稳定性分析，是一种非常有效且直观的方法。对依托于RTDS实时仿真设备的硬件在环仿真系统，进行阻抗扫描，可以让调试人员对直流控制保护系统增加更深的理解，给调试人员提供一种分析和解决问题的工具。
目前在RTDS中阻抗扫描有两种方式：一个是基于DQO域进行阻抗扫描，相位abc域的电压和电流可以通过dq0转换矩阵转换为dq0域(即Vdq0和Idq0)，生成dq0域的矩阵Tdq0，从而进一步得到阻抗的矩阵Zdq0；另一个是基于修改后的序域(“PN0”)进行阻抗扫描，将Tdq0乘以Tcomplex可得的修改后的序域(“PN0”)，从而进一步得到阻抗的矩阵Zpn0。其中：
上述第一种方法是基于解耦后的DQ0域进行阻抗扫描的，第二种方法是基于解耦后的PN0域进行阻抗扫描的，两种方法的扫频结果，即使是在忽略零序阻抗的情况下，结果依然是是一个2×2的矩阵，导致分析问题时需要考虑的因素较多，不够简洁。
上述两种方法的数据处理是在RTDS中对谐波电压和谐波电流进行离散傅里叶变换(DFT)。在一次谐波注入中，谐波注入完成后要先进行DFT运算，然后才能进行下一次谐波注入。由于DFT在实时仿真中耗时较长，如果在一次谐波注入中只注入一个频率点的谐波信号，在频率范围较大时，整个阻抗扫描过程会消耗大量的时间。为节省时间，往往需要在一次谐波注入中同时注入几十个频率点的谐波信号，然而多频注入的模式又会造成精度的降低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，在RTDS实时仿真中，在谐波注入完成后，只需要保存录波数据文件即可，无需在RTDS中进行离散傅里叶变换(DFT)，而是在阻抗扫描结束后，使用matlab对录波数据文件进行快速傅里叶变换(FFT)。由于在RTDS实时仿真中省去了傅里叶变换的环节，从而使得阻抗扫描的时间大大降低，可以在一次谐波注入中只注入一个频率点的谐波信号，保证了阻抗扫描的精度。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，包括：
在实时数字仿真系统RTDS中构建电网模型；
创建用于生成谐波电压信号的功能块；创建脚本，在特定的频率范围内，步进修改谐波电压的频率，每修改一次，使能一次谐波电压注入；
所述功能块将谐波注入至所述电网模型的指定端口，执行所述脚本，检测所述指定端口输出的电压和电流，保存电压和电流数据文件；
采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角。
进一步地，创建用于生成谐波电压信号的功能块，包括：
采用CBuilder功能创建所述功能块，且设置为谐波电压的幅值、频率可在线修改。
进一步地，创建脚本，包括：
S210判断N值是否超过最大值Nmax，如果是，则停止；如果否，则进入步骤S220；
S220在线修改谐波电压频率f为N；
S230使能谐波电压注入；
S240保存电压和电流数据文件；
S250将N增加步进值dt，并返回步骤S210。
进一步地，Nmax的取值小于等于3000Hz，N的初值为1Hz，步进值dt为1Hz～30Hz。
进一步地，所述谐波电压为正弦波电压，谐波电压的幅值小于所述电网交流电压幅值的10％。
进一步地，采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角，包括：
S410读取N值，判断N是否超过最大值Nmax，如果是，则根据保存的阻抗幅值和相角绘制波特图；如果否，则进入步骤S420；
S420修改谐波电压频率f为N，读取排序为N的电压和电流数据文件；对电压和电流分别进行FFT变换，获得各个频点的分量，选择频率f的分量，计算阻抗幅值和相角；
S430保存计算的阻抗幅值和相角；
S440将N增加步进值dt，并返回步骤S410。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明由于在RTDS实时仿真中省去了傅里叶变换的环节，从而使得阻抗扫描的时间大大降低，可以在一次谐波注入中只注入一个频率点的谐波信号，保证了阻抗扫描的精度，给调试人员分析问题时提供极大的简洁性。
(2)本发明在RTDS中使用CBuilder功能创建自定义功能块，用于生成谐波电压信号；在RTDS/RUNTIME中使用脚本循环注入谐波并保存数据文件；在matlab中，依次处理数据文件，生成不同频率下的阻抗幅值和相角的波特图。充分利用了matlab强大的数据处理功能，完成了正负零域的阻抗幅频特性扫描。
附图说明
图1为本发明提出的RTDS阻抗扫描方法的总体流程图。
图2为创建脚本的子流程图。
图3为计算不同频率下的阻抗幅值和相角的子流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实时数字仿真系统RTDS(real time digital simulation system)基于DQO域进行阻抗扫描，或者基于解耦后的PN0域进行阻抗扫描，无法在正负零(+-0)域中进行阻抗扫描。
本发明在正负零(+-0)域中进行阻抗扫描。在研究直流系统并网稳定性方面，交直流系统都是三相对称网络，往往不考虑非对称网络的情况，因此无需考虑正负零(+-0)序的解耦。该方法只需要考虑正序阻抗即可，给调试人员分析问题时提供极大的简洁性。
结合图1，进行阻抗幅频特性扫描的方法，包括如下步骤：
S100在实时数字仿真系统RTDS中构建电网模型。
S200创建用于生成谐波电压信号的功能块；创建脚本，在特定的频率范围内，步进修改谐波电压的频率，每修改一次，使能一次谐波电压注入。
采用CBuilder功能创建所述功能块，且设置为谐波电压的幅值、频率可在线修改。
创建脚本的过程结合图2，包括：
S210定义Nmax，dt，N的初值，判断N值是否超过最大值Nmax，如果是，则停止；如果否，则进入步骤S220。
S220在线修改谐波电压频率f为N。
S230使能谐波电压注入。
S240保存电压和电流数据文件。
S250将N增加步进值dt，并返回步骤S210。
Nmax的取值小于等于3000Hz，N的初值为1Hz，步进值dt取值范围为1Hz～30Hz。
所述谐波电压为正弦波电压，谐波电压的幅值小于所述电网交流电压幅值的10％。
通过在RTDS/RUNTIME中创建脚本，使用循环语句，自动修改谐波电压的频率，每修改一次，使能一次谐波注入，且自动保存注入点的电压和电流数据文件，然后进入下一个循环。
S300所述功能块将谐波注入至所述电网模型的指定端口，执行所述脚本，检测所述指定端口输出的电压和电流，保存电压和电流数据文件。
在RTDS设置注入端口，注入谐波，设置监测端口，监测电压和电流。采用RTDS的录波功能，记录电压和电流数据。
注入的信号包括谐波信号和正常的工频信号(通常为50Hz)，因此检测的电压和电流信号中包含工频信号作用的结果，需要进行FFT变换，获取指定频率下的电压和电路。
S400采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角。
结合图3，采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角，包括：
S410定义Nmax，dt，N的初值。读取N值，判断N是否超过最大值Nmax，如果是，则根据保存的阻抗幅值和相角绘制波特图；如果否，则进入步骤S420。Nmax，dt，N的初值与步骤S210中定义值相同。
S420修改谐波电压频率f为N，读取排序为N的电压和电流数据文件；对电压和电流分别进行FFT变换，获得各个频点的分量，选择频率f的分量，计算阻抗幅值和相角；
S430保存计算的阻抗幅值和相角；
S440将N增加步进值dt，并返回步骤S410。
使用循环语句，自动依次处理每个数据文件。当完成所有频率值的计算后，描绘出不同频率下的阻抗幅值和相角的波特图。
该方法在RTDS实时仿真中，在谐波注入完成后，只需要保存录波数据文件即可，无需在RTDS中进行离散傅里叶变换(DFT)，而是在阻抗扫描结束后，使用matlab对录波数据文件进行快速傅里叶变换(FFT)。由于在RTDS实时仿真中省去了傅里叶变换的环节，从而使得阻抗扫描的时间大大降低，可以在一次谐波注入中只注入一个频率点的谐波信号，保证了阻抗扫描的精度。
综上所述，本发明的实施例提供一种基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，在实时数字仿真系统RTDS中构建电网模型；创建用于生成谐波电压信号的功能块；创建脚本，在特定的频率范围内，步进修改谐波电压的频率，每修改一次，使能一次谐波电压注入；所述功能块将谐波注入至所述电网模型的指定端口，执行所述脚本，检测所述指定端口输出的电压和电流，保存电压和电流数据文件；采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角。由于在RTDS实时仿真中省去了傅里叶变换的环节，从而使得阻抗扫描的时间大大降低，可以在一次谐波注入中只注入一个频率点的谐波信号，保证了阻抗扫描的精度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，其特征在于，包括：
在实时数字仿真系统RTDS中构建电网模型；
创建用于生成谐波电压信号的功能块；创建脚本，在特定的频率范围内，步进修改谐波电压的频率，每修改一次，使能一次谐波电压注入；
所述功能块将谐波注入至所述电网模型的指定端口，执行所述脚本，检测所述指定端口输出的电压和电流，保存电压和电流数据文件；
采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角。
2.根据权利要求1所述的基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，其特征在于，创建用于生成谐波电压信号的功能块，包括：
采用CBuilder功能创建所述功能块，且设置为谐波电压的幅值、频率可在线修改。
3.根据权利要求1或2所述的基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，其特征在于，创建脚本，包括：
S210判断N值是否超过最大值Nmax，如果是，则停止；如果否，则进入步骤S220；
S220在线修改谐波电压频率f为N；
S230使能谐波电压注入；
S240保存电压和电流数据文件；
S250将N增加步进值dt，并返回步骤S210。
4.根据权利要求3所述的基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，其特征在于，Nmax的取值小于等于3000Hz，N的初值为1Hz，步进值dt为1Hz～30Hz。
5.根据权利要求4所述的基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，其特征在于，所述谐波电压为正弦波电压，谐波电压的幅值小于所述电网交流电压幅值的10％。
6.根据权利要求4所述的基于正负零域针对RTDS模型进行阻抗幅频特性扫描的方法，其特征在于，采用matlab读取电压和电流数据文件，计算不同频率下的阻抗幅值和相角，包括：
S410读取N值，判断N是否超过最大值Nmax，如果是，则根据保存的阻抗幅值和相角绘制波特图；如果否，则进入步骤S420；
S420修改谐波电压频率f为N，读取排序为N的电压和电流数据文件；对电压和电流分别进行FFT变换，获得各个频点的分量，选择频率f的分量，计算阻抗幅值和相角；
S430保存计算的阻抗幅值和相角；
S440将N增加步进值dt，并返回步骤S410。
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