一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法技术方案

本发明专利技术公开了一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法，通过对功率硬件在环仿真系统模型建立，确定模型中功率放大器环节，分析比较得出影响混合实时仿真的主要因素的模型，通过计算得出，在RTDS中串联补偿环节，从而消去不稳定因素，改进混合仿真的稳定性。本发明专利技术将改善稳定性的功能附加在RTDS的软件模块当中，形成统一的混合仿真系统，不但有助于改善混合仿真的稳定性，而且实现灵活，容易操作，在一定程度上可以提高系统仿真的稳定性与带宽，提高了仿真平台的搭建安全性与运行的鲁棒性，为研究功率硬件在环仿真系统的稳定性改善提供了新的方法和途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统混合仿真
，具体地说是一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法。
技术介绍
随着计算机技术与电力电子技术的高速发展，电力系统功率硬件在环仿真技术越来越受到人们的关注，它可以针对电力系统电网模型进行模拟，还可也对新能源并网、微电网技术及电网规划等领域提供极好的测试平台。功率硬件在环仿真主要分为三个部分：1)实时数字仿真装置；2)功率接口装置；3)被测设备；三者形成闭环仿真试验，但是当前由于功率接口装置本身的延时、带宽限制及噪声影响等，对功率硬件在环技术的稳定性提出一定的挑战，针对这一问题国内外的学者与专家也提出了如仿真接口算法、添加滤波装置等方法，但是，大多数对简单的线性仿真对象有效。根据小信号模型建立，经过计算得到补偿模块。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法，综合数字仿真与动模仿真的各自优点，对电力系统进行功率硬件在环混合仿真，对其中的电网部分应用实时仿真装置(以下简称RTDS)进行实时仿真。为了实现上述目的，本专利技术提供了包括数字仿真工作站、RTDS数字仿真器、模拟量输出板卡、模拟量输入板卡、基于电力电子器件的大功率四象限功率放大器、数字仿真后台监控系统，仿真模拟电网中新能源并网，电力电子装置并网测试和微电网模拟等。本专利技术一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法，包括如下步骤：(1)采用实时数字仿真装置对电力系统电网模型进行仿真模拟；(2)采用功率接口装置对实时仿真侧的节点电压信号进行放大，加到被测设备上；(3)建立功率硬件在环混合仿真模型，对功率接口装置进行精确建模；(4)通过反馈的电流模拟信号，通过受控电流源的形式反馈到数字仿真系统中；(5)受控电流源支路串联补偿环节，对功率硬件在环仿真系统中的延时、带宽限制和噪音的影响进行补偿，从而提高混合仿真稳定性。所述被测设备，为新能源并网、电力电子装置并网测试或微电网模拟，通过功率放大器设备并网接入RTDS数字仿真器当中。所述补偿环节，为根据小信号模型建立，经过对功率放大器模型的计算得到补偿模块。所述稳定性为改变稳态运行的稳定性。所述补偿模块的实现方法具体为：在混合仿真当中建立模型，通过功率接口的模型建立补偿模块，加入控制后的模型如下：GIE(s)＝GPA(s)·GDA(s)(4)式中，Gc(s)为开关型功率放大器的控制器，采用PI控制，Kp和Ki为PI控制参数，GPA(s)为功率接口的等效模型，其中kpwm为逆变器增益，Gd(s)为开关型功率放大器的硬件延时环节，Kc为有源阻尼控；平台的D/A环节近似等效为延时环节GDA(s),延时时间为Td，最后得到接口模型GIE(s)；为了消除接口模型对仿真的稳定性的影响，加入补偿环节ZEP(s)；ZEP(s)＝＝1/GIE(s)(5)最终在数字仿真侧实现补偿策略。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过搭建功率硬件在环混合仿真平台并建立系统模型，利用其对电力系统的仿真模拟功能，将改善稳定性的功能附加在RTDS的软件模块当中，形成统一的混合仿真系统，不但有助于改善混合仿真的稳定性，而且实现灵活，容易操作，在一定程度上可以提高系统仿真的稳定性与带宽，提高了仿真平台的搭建安全性与运行的鲁棒性，为研究功率硬件在环仿真系统的稳定性改善提供了新的方法和途径。附图说明图1为本专利技术方法的系统结构示意图。图2为混合仿真平台的架构图。图3为H桥的功率放大器电路结构图。图4为功率放大器的等效结构框图。图5为加入补偿环节后的混合仿真整体结构框图。图6为补偿模块在数字仿真侧实现示意图。图中，VS(s)表示被仿真系统电源，Zs(s)表示表示被仿真系统内阻抗,I0(s)表示输出电流，Zl(s)表示被测设备侧等效内阻；VS表示等效理想电压源，Zs表示等效电网阻抗,if表示反馈数字仿真侧电流，U0表示输出电压；Udc表示功率接口直压，u0表示输出电压，i0表示输出电流，ic表示功率接口输出滤波的电容电流，L0表示功率接口滤波电感，C0表示功率接口滤波电容；Zl表示被测设备侧等效内阻；Uref表示功率接口指令电压，Upwm表示PWM调制波，SPWM表示SPWM调制波；VSC表示逆变器，Lf表示出口滤波电感，Cf表示出口滤波电容，iout表示输出电流；Uref(s)表示功率接口指令电压，Gc(s)表示功率接口控制器，Gd(s)表示延时环节，Kpwm表示逆变器等效环节，Ls表示数字仿真侧内阻抗电感，Kc表示有源阻尼系数，Cs表示字仿真侧内阻抗电容，Uout(s)表示输出电压；HUT+IE表示被测设备与功率接口设备，RTS表示数字仿真侧；VI表示虚拟阻抗方法，I0＇(s)表示反馈电流。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1-图6所示，一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法，包括以下步骤：(1)采用实时数字仿真装置对电网进行模拟仿真。本专利技术采用的模拟的电网对象为电压源与内阻抗的模型，对新能源并网等模型进行测试。(2)数字仿真装置采用实时数字仿真器(RTDS)，是由加拿大Manitoba直流研究中心提出、国际上最为成熟的电力系统仿真装置。(3)对功率接口装置进行参数设计与测试。本专利技术采用的功率接口装置由武汉大学电气工程学院自行研制，如图2所示，100kW三相四线制背靠背的双向换流器装置，采用三个独立的H桥结构，出口滤波装置采用LC滤波器，控制策略采用精度与稳定性较高的重复控制策略。(4)搭建功率硬件在环仿真平台，建立系统模型。通过对功率硬件在环混合仿真数字仿真与功率接口的模型等效，实现对不稳定因素，如延时，出口滤波等环节的精确等效。(5)设计改善稳定性模块，通过前面的模型等效，建立传递函数如图4所示，分析并且加入改善环节，最终计算得出改善稳定性的模块。(6)通过闭环仿真反馈的电流信号，在数字仿真侧串联补偿模块，实现改善系统稳定性的方法。所述被测设备，为新能源并网、电力电子装置并网测试或微电网模拟，通过功率放大器设备并网接入RTDS数字仿真器当中。所述补偿环节，为根据小信号模型建立，经过对功率放大器模型的计算得到补偿模块。所述稳定性为改变稳态运行的稳定性。所述补偿模块的实现方法具体为：在混合仿真当中建立模型，通过功率接口的模型建立补偿模块，加入控制后的模型如下：GIE(s)＝GPA(s)·GDA(s)(4)式中，Gc(s)为开关型功率放大器的控制器，采用PI控制，Kp和Ki为PI控制参数，GPA(s)为功率接口的等效模型，其中kpwm为逆变器增益，Gd(s)为开关型功率放大器的硬件延时环节，Kc为有源阻尼控；平台的D/A环节近似等效为延时环节GDA(s),延时时间为Td，最后得到接口模型GIE(s)；为了消除接口模型对仿真的稳定性的影响，加入补偿环节ZEP(s)；ZEP(s)＝＝1/GIE(s)(5)最终在数字仿真侧实现补偿策略。如图1所示，本专利技术功率硬件在环仿真平台包括1、RTDS数字仿真器2、功率放大器装置3、被测设备4、功率放大器控制系统5、稳定性补偿环节6D/A接口模块。本专利技术首先在RTDS1中搭建电网的仿真模型，将被测的节点电压通过模拟量输出板卡输出到功率放大器2中，通过功率放大器模拟RT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用实时数字仿真装置对电力系统电网模型进行仿真模拟；(2)采用功率接口装置对实时仿真侧的节点电压信号进行放大，加到被测设备上；(3)建立功率硬件在环混合仿真模型，对功率接口装置进行精确建模；(4)通过反馈的电流模拟信号，通过受控电流源的形式反馈到数字仿真系统中；(5)受控电流源支路串联补偿环节，对功率硬件在环仿真系统中的延时、带宽限制和噪音的影响进行补偿，从而提高混合仿真稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种改进功率硬件在环混合实时仿真系统稳定性方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用实时数字仿真装置对电力系统电网模型进行仿真模拟；(2)采用功率接口装置对实时仿真侧的节点电压信号进行放大，加到被测设备上；(3)建立功率硬件在环混合仿真模型，对功率接口装置进行精确建模；(4)通过反馈的电流模拟信号，通过受控电流源的形式反馈到数字仿真系统中；(5)受控电流源支路串联补偿环节，对功率硬件在环仿真系统中的延时、带宽限制和噪音的影响进行补偿，从而提高混合仿真稳定性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述被测设备，为新能源并网、电力电子装置并网测试或微电网模拟，通过功率放大器设备并网接入RTDS数字仿真器当中。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述补偿环节，为根据小信号模型建立，经过对功率放大器模型的计算得到补偿模块。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述稳定性为改变稳态运行的稳定性。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建军，尹晨旭，皮一晨，马智远，许中，刘邦，刘欣，查晓明，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42