一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，用于虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)的連接，所述的接口系統(tǒng)包括前向驅(qū)動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅(qū)動單元分別連接虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)，所述的反饋單元分別連接有源被試系統(tǒng)和信號觀測單元；虛擬電力系統(tǒng)向前向驅(qū)動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅(qū)動單元將電壓和功率信息放大后傳輸給有源被試系統(tǒng)，反饋單元實時獲取并跟蹤有源被試系統(tǒng)的動態(tài)信息并將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據(jù)接收到的信息顯示有源被試系統(tǒng)在虛擬電力系統(tǒng)下的響應(yīng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)具有可靈活調(diào)整接口參數(shù)、仿真效果好、適用于有源被試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電力系統(tǒng)仿真中的接口
，尤其是涉及一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)代電力系統(tǒng)理論研究和裝備研發(fā)中，數(shù)字物理混合仿真得到越發(fā)廣泛的應(yīng)用。數(shù)字物理混合仿真又稱硬件在環(huán)仿真(Hardware-in-the-loop,HIL),這種方法將實際的物理裝置或系統(tǒng)(Hardware under test,HUT)置于由實時數(shù)字仿真系統(tǒng)建立的虛擬電力系統(tǒng)(Virtual Electrical System, VES)中進(jìn)行閉環(huán)仿真。 HIL系統(tǒng)分為信號型混合仿真(Control Hardware-in-the-Loop, CHIL)與功率連接型混合仿真(Power Hardware-in-the—loop,PHIL)。其中，CHIL指數(shù)字仿真系統(tǒng)與HUT之間只傳輸?shù)凸β实目刂菩盘枴４藭rHUT—般為保護(hù)、控制裝置等。與CHIL傳輸控制信號對應(yīng)的，PHIL指數(shù)字仿真系統(tǒng)與HUT之間需要交換真實的物理功率，此時需要由四象限功率變換裝置、互感器等物理裝置構(gòu)成接口模塊。PHIL系統(tǒng)由數(shù)字VES子系統(tǒng)、HUT子系統(tǒng)以及接口子系統(tǒng)等構(gòu)成。其原理圖見圖I。VES子系統(tǒng)運(yùn)行于實時數(shù)字仿真器。在一個仿真步長內(nèi)(約50-60 μ S)，數(shù)字仿真器需要完成采集外部信號、實時求解模型、對物理裝置執(zhí)行激勵、控制等功能，目前主流的實時數(shù)字仿真器是RTDS (Real time digital simulator)。HUT子系統(tǒng)是指被試的物理裝置或系統(tǒng)。HUT子系統(tǒng)既可能是無源的，也可能是有源的。接口子系統(tǒng)用于連接數(shù)字的VES子系統(tǒng)和物理的HUT子系統(tǒng)，以實現(xiàn)交換控制信號和傳輸能量。接口子系統(tǒng)由接口硬件和接口算法兩部分組成。其中，接口硬件包括四象限功率放大器、互感器等物理裝置，功率放大器一般采用大功率電壓源變換器(Voltage Source Convertor，VSC)。電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)采集HUT側(cè)的電壓與電流后，反饋到實時數(shù)字仿真系統(tǒng)中，以求解系統(tǒng)下一個仿真步長的狀態(tài)。在CT、PT后加入后置低通濾波器以濾除由功率放大器和有源型HUT產(chǎn)生的高次諧波。對PHIL技術(shù)開展研究的意義至少體現(xiàn)在兩方面。其一，智能電網(wǎng)發(fā)展中涌現(xiàn)了大量新能源發(fā)電和儲能技術(shù)，但目前對這些新設(shè)備的物理特性和數(shù)學(xué)模型研究尚不充分，難以建立其準(zhǔn)確的數(shù)字仿真模型。利用PHIL技術(shù)，可將其以物理系統(tǒng)接入到由實時數(shù)字仿真技術(shù)模擬的電力系統(tǒng)中，這樣有利于研究它們的物理特性。其二，在PHIL系統(tǒng)中，通過配置大容量的功率變換裝置，可以構(gòu)成強(qiáng)大的硬件測試平臺。由于數(shù)字仿真可以建立較為真實的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，并能夠靈活模擬諸如故障、振蕩、電壓跌落等極端情況，使得裝置在投入現(xiàn)場實際運(yùn)行前得到充分的測試，所以PHIL技術(shù)在未來智能電網(wǎng)研究中將發(fā)揮重要作用。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，PHIL是目前研究的熱點(diǎn)，引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，應(yīng)用PHIL時會面臨許多新的問題。PHIL系統(tǒng)的接口單元中包含大容量的功率變換裝置，其引入的延遲與噪聲會對閉環(huán)仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精確性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。通過選擇合適的接口算法，可以顯著地提高PHIL系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性，因此對接口算法的研究成為PHIL研究中的關(guān)鍵問題。IEEE于2009年專門成立工作組對接口問題進(jìn)行了研究。PHIL常用的5種接口模型，包括理想變壓器(ITM)、時變一階R-L模型近似(TFA)、輸電線路解耦(TLM)、部分電路復(fù)制松弛解耦(P⑶)、阻尼阻抗(DM)等。這些接口算法各有特點(diǎn)，其中ITM法提出最早，原理直觀且易于實現(xiàn)，在實踐中應(yīng)用最為廣泛，其特點(diǎn)是帶有源負(fù)載能力較強(qiáng)。時變一階R-L模型近似(TFA)穩(wěn)定性較差，一般較少采用。PCD方法雖然能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，但其仿真精度不如ITM及DM接口。TLM方法需要虛擬一條輸電線路也限制其應(yīng)用。DM方法在VES側(cè)具有較高的精度，在簡化為SDIM接口后響應(yīng)具有“透明性”，但其前提是VES的阻尼阻抗必須與HUT側(cè)負(fù)載阻抗匹配。目前現(xiàn)存接口算法存在的共性問題是I)現(xiàn)存接口不能根據(jù)HUT的動態(tài)信息靈活調(diào)整接口參數(shù)以改善仿真效果；2)當(dāng)HUT有源時，不存在一種接口能夠同時確保VES與HUT的仿真精度并兼顧仿真穩(wěn)定性的要求，這難以適應(yīng)微網(wǎng)等有源型HUT的研究與試驗需求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可靈活調(diào)整接口參數(shù)、仿真精度高的適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)。本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)—種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng),用于虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)的連接，所述的接口系統(tǒng)包括前向驅(qū)動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅(qū)動單元分別連接虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)，所述的反饋單元分別連接有源被試系統(tǒng)和信號觀測單元；虛擬電力系統(tǒng)向前向驅(qū)動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅(qū)動單元將電壓和功率信息放大后傳輸給有源被試系統(tǒng)，反饋單元實時獲取并跟蹤有源被試系統(tǒng)的動態(tài)信息并將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據(jù)接收到的信息顯示有源被試系統(tǒng)在虛擬電力系統(tǒng)下的響應(yīng)。所述的前向驅(qū)動單元包括理想變壓器模型和四象限功率放大器。所述的前向驅(qū)動單元的傳遞函數(shù)為權(quán)利要求1.一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，用于虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)的連接，其特征在于，所述的接口系統(tǒng)包括前向驅(qū)動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅(qū)動單元分別連接虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)，所述的反饋單元分別連接有源被試系統(tǒng)和信號觀測單元； 虛擬電力系統(tǒng)向前向驅(qū)動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅(qū)動單元將電壓和功率信息放大后傳輸給有源被試系統(tǒng)，反饋單元實時獲取并跟蹤有源被試系統(tǒng)的動態(tài)信息并將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據(jù)接收到的信息顯示有源被試系統(tǒng)在虛擬電力系統(tǒng)下的響應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，其特征在于，所述的前向驅(qū)動單元包括理想變壓器模型和四象限功率放大器。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，其特征在于，所述的前向驅(qū)動單元的傳遞函數(shù)為 其中，Za為虛擬電力系統(tǒng)側(cè)的戴維南等效阻抗，Zb為有源被試系統(tǒng)側(cè)的戴維南等效阻抗，且<1，At為接口延時。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，其特征在于，所述的反饋單元包括電壓互感器、電流互感器、阻抗測量模塊和阻抗匹配模塊，所述的電壓互感器和電流互感器均分別連接有源被試系統(tǒng)和阻抗測量模塊，所述的阻抗測量模塊與阻抗匹配模塊連接 電壓互感器和電流互感器實時采集有源被試系統(tǒng)的電壓和電流信息并傳輸給阻抗測量模塊，阻抗測量模塊通過PMU算法計算當(dāng)前有源被試系統(tǒng)的實時阻抗值，并將計算出的阻抗值提供給阻抗匹配模塊進(jìn)行阻抗匹配跟蹤。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算當(dāng)前有源被試系統(tǒng)的實時阻抗值的步驟為 1)將實時采集有源被試系統(tǒng)的電壓和電流信息進(jìn)行全周離散傅里葉變換，得到電壓相量和電流相量; 2)全周離散傅里葉變換時間窗經(jīng)過2個仿真步長移動后，得到另一組電壓相量和電流相量外5 3)根據(jù)如下公式計算實時阻抗的幅值和相角6.根據(jù)權(quán)利要本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種適用于有源被試系統(tǒng)的PHIL接口系統(tǒng)，用于虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)的連接，其特征在于，所述的接口系統(tǒng)包括前向驅(qū)動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅(qū)動單元分別連接虛擬電力系統(tǒng)和有源被試系統(tǒng)，所述的反饋單元分別連接有源被試系統(tǒng)和信號觀測單元；虛擬電力系統(tǒng)向前向驅(qū)動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅(qū)動單元將電壓和功率信息放大后傳輸給有源被試系統(tǒng)，反饋單元實時獲取并跟蹤有源被試系統(tǒng)的動態(tài)信息并將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據(jù)接收到的信息顯示有源被試系統(tǒng)在虛擬電力系統(tǒng)下的響應(yīng)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張沛超，胡昱宙，方陳，包海龍，劉雋，柳勁松，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，上海市電力公司，
類型：發(fā)明
國別省市：