一種適用於有源被試系統的phil接口系統的製作方法
2023-07-13 16:55:46
專利名稱：一種適用於有源被試系統的phil接口系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統仿真中的接口技術領域，尤其是涉及一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統。
背景技術：
在現代電力系統理論研究和裝備研發中，數字物理混合仿真得到越發廣泛的應用。數字物理混合仿真又稱硬體在環仿真(Hardware-in-the-loop,HIL),這種方法將實際的物理裝置或系統(Hardware under test,HUT)置於由實時數字仿真系統建立的虛擬電力系統(Virtual Electrical System, VES)中進行閉環仿真。 HIL系統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指數字仿真系統與HUT之間只傳輸低功率的控制信號。此時HUT—般為保護、控制裝置等。與CHIL傳輸控制信號對應的，PHIL指數字仿真系統與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成接口模塊。PHIL系統由數字VES子系統、HUT子系統以及接口子系統等構成。其原理圖見圖
I。VES子系統運行於實時數字仿真器。在一個仿真步長內(約50-60 μ S)，數字仿真器需要完成採集外部信號、實時求解模型、對物理裝置執行激勵、控制等功能，目前主流的實時數字仿真器是RTDS (Real time digital simulator)。HUT子系統是指被試的物理裝置或系統。HUT子系統既可能是無源的，也可能是有源的。接口子系統用於連接數字的VES子系統和物理的HUT子系統，以實現交換控制信號和傳輸能量。接口子系統由接口硬體和接口算法兩部分組成。其中，接口硬體包括四象限功率放大器、互感器等物理裝置，功率放大器一般採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)採集HUT側的電壓與電流後，反饋到實時數字仿真系統中，以求解系統下一個仿真步長的狀態。在CT、PT後加入後置低通濾波器以濾除由功率放大器和有源型HUT產生的高次諧波。對PHIL技術開展研究的意義至少體現在兩方面。其一，智能電網發展中湧現了大量新能源發電和儲能技術，但目前對這些新設備的物理特性和數學模型研究尚不充分，難以建立其準確的數字仿真模型。利用PHIL技術，可將其以物理系統接入到由實時數字仿真技術模擬的電力系統中，這樣有利於研究它們的物理特性。其二，在PHIL系統中，通過配置大容量的功率變換裝置，可以構成強大的硬體測試平臺。由於數字仿真可以建立較為真實的電力系統運行環境，並能夠靈活模擬諸如故障、振蕩、電壓跌落等極端情況，使得裝置在投入現場實際運行前得到充分的測試，所以PHIL技術在未來智能電網研究中將發揮重要作用。由於具有上述優點，PHIL是目前研究的熱點，引起了人們的廣泛關注。然而，應用PHIL時會面臨許多新的問題。PHIL系統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仿真系統的穩定性與精確性產生嚴重影響。通過選擇合適的接口算法，可以顯著地提高PHIL系統的穩定性和精確性，因此對接口算法的研究成為PHIL研究中的關鍵問題。IEEE於2009年專門成立工作組對接口問題進行了研究。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)、部分電路複製鬆弛解耦(P⑶)、阻尼阻抗(DM)等。這些接口算法各有特點，其中ITM法提出最早，原理直觀且易於實現，在實踐中應用最為廣泛，其特點是帶有源負載能力較強。時變一階R-L模型近似(TFA)穩定性較差，一般較少採用。PCD方法雖然能夠保證系統穩定運行，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用。DM方法在VES側具有較高的精度，在簡化為SDIM接口後響應具有「透明性」，但其前提是VES的阻尼阻抗必須與HUT側負載阻抗匹配。目前現存接口算法存在的共性問題是I)現存接口不能根據HUT的動態信息靈活調整接口參數以改善仿真效果；2)當HUT有源時，不存在一種接口能夠同時確保VES與HUT的仿真精度併兼顧仿真穩定性的要求，這難以適應微網等有源型HUT的研究與試驗需求。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可靈活調整接口參數、仿真精度高的適用於有源被試系統的PHIL接口系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現—種適用於有源被試系統的PHIL接口系統,用於虛擬電力系統和有源被試系統的連接，所述的接口系統包括前向驅動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅動單元分別連接虛擬電力系統和有源被試系統，所述的反饋單元分別連接有源被試系統和信號觀測單元；虛擬電力系統向前向驅動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅動單元將電壓和功率信息放大後傳輸給有源被試系統，反饋單元實時獲取並跟蹤有源被試系統的動態信息並將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據接收到的信息顯示有源被試系統在虛擬電力系統下的響應。所述的前向驅動單元包括理想變壓器模型和四象限功率放大器。所述的前向驅動單元的傳遞函數為
權利要求
1.一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，用於虛擬電力系統和有源被試系統的連接，其特徵在於，所述的接口系統包括前向驅動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅動單元分別連接虛擬電力系統和有源被試系統，所述的反饋單元分別連接有源被試系統和信號觀測單元； 虛擬電力系統向前向驅動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅動單元將電壓和功率信息放大後傳輸給有源被試系統，反饋單元實時獲取並跟蹤有源被試系統的動態信息並將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據接收到的信息顯示有源被試系統在虛擬電力系統下的響應。
2.根據權利要求I所述的一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，其特徵在於，所述的前向驅動單元包括理想變壓器模型和四象限功率放大器。
3.根據權利要求I所述的一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，其特徵在於，所述的前向驅動單元的傳遞函數為 其中，Za為虛擬電力系統側的戴維南等效阻抗，Zb為有源被試系統側的戴維南等效阻抗，且<1，At為接口延時。
4.根據權利要求I所述的一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，其特徵在於，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採集有源被試系統的電壓和電流信息並傳輸給阻抗測量模塊，阻抗測量模塊通過PMU算法計算當前有源被試系統的實時阻抗值，並將計算出的阻抗值提供給阻抗匹配模塊進行阻抗匹配跟蹤。
5.根據權利要求4所述的一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，其特徵在於，所述的計算當前有源被試系統的實時阻抗值的步驟為 1)將實時採集有源被試系統的電壓和電流信息進行全周離散傅立葉變換，得到電壓相量和電流相量; 2)全周離散傅立葉變換時間窗經過2個仿真步長移動後，得到另一組電壓相量和電流相量外5 3)根據如下公式計算實時阻抗的幅值和相角
6.根據權利要求4所述的一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，其特徵在於，所述的阻抗匹配模塊包括電阻和電感。
7.根據權利要求3所述的一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，其特徵在於，所述的信號觀測單元由簡化阻尼阻抗接口模塊組成，信號觀測單元的傳遞函數為
全文摘要
本發明涉及一種適用於有源被試系統的PHIL接口系統，用於虛擬電力系統和有源被試系統的連接，所述的接口系統包括前向驅動單元、反饋單元和信號觀測單元，所述的前向驅動單元分別連接虛擬電力系統和有源被試系統，所述的反饋單元分別連接有源被試系統和信號觀測單元；虛擬電力系統向前向驅動單元傳輸電壓和功率信息，前向驅動單元將電壓和功率信息放大後傳輸給有源被試系統，反饋單元實時獲取並跟蹤有源被試系統的動態信息並將該信息傳輸給信號觀測單元，信號觀測單元根據接收到的信息顯示有源被試系統在虛擬電力系統下的響應。與現有技術相比，本發明具有可靈活調整接口參數、仿真效果好、適用於有源被試系統等優點。
文檔編號H02J4/00GK102946121SQ20121048344
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者張沛超, 胡昱宙, 方陳, 包海龍, 劉雋, 柳勁松 申請人:上海交通大學, 上海市電力公司