自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，包括互相连接的计算单元、同步时钟信号单元和接口单元；接口单元包括数字量输入接口单元、数字量输出接口单元、模拟量输入接口单元和模拟量输出接口单元；同步时钟信号单元具有用于与外部电力系统实时仿真平台相连的接口，用于接受电力系统实时仿真平台输出的同步时钟信号，并根据接收到的同步时钟信号为接口单元和信号计算单元提供各类频率的时钟信号；计算单元用于根据接收到的输入量以及预先设置的控制算法生成控制信号；本发明专利技术公开的自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，解决了在电力系统实时仿真平台进行变频数模混合仿真时现有控制器不能够正确工作的问题。

External physical controller for frequency conversion simulation of adaptive power system real time simulation platform

The invention discloses an external physical controller real-time simulation platform of frequency simulation of an adaptive power system, including the calculation unit, interconnected synchronous clock signal unit and the interface unit; the interface unit includes a digital input interface unit, the digital output interface unit, analog input interface unit and the analog output interface unit; synchronous clock signal the unit has used with external power system interface real-time simulation platform is connected, for synchronous clock signal output to accept the real-time simulation platform of power system, and provides the clock signal according to the frequency of all kinds of synchronous clock signal received by the interface unit and the signal calculation unit; calculating unit according to the input received by the control algorithm and the preset generating a control signal; real-time Fang Zhenping adaptive power system disclosed by the invention An external physical controller for frequency conversion simulation, which solves the problem that the existing controller can not work correctly when the power system real-time simulation platform carries out the mixed analog and digital simulation of frequency conversion.

【技术实现步骤摘要】
自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器
本专利技术属于电力系统控制
，更具体地，涉及一种自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器。
技术介绍
电力系统实时仿真是指其仿真时间尺度与实际电力系统运行的时间尺度完全相同的仿真过程。二十世纪90年代以来，电力系统实时仿真技术得到了快速发展并逐步得到推广应用。目前，在我国应用最为广泛的电力系统实时仿真系统主要有RTDS(加拿大研制)和ADPSS(中国电力科学研究院研制)。电力系统实时仿真系统均可通过相应的物理接口接入外置物理装置，通过与外置物理装置联合协同工作完成数模混合闭环仿真实验。在进行电力电子化电力系统仿真实验时，需要观察到高频开关器件运行中的过渡过程，由于仿真实验所需计算量过大，导致电力系统实时仿真系统的仿真运行时间长度大于电力系统实际运行的时间长度，并导致电力系统实时仿真系统的实际运行频率降低，由于现有外置控制器未能和电力系统实时仿真系统进行时间尺度同步，现有外置控制器仍按照预设的自身固定的频率运行，在这种情况下，外置的物理装置的运行频率与电力系统实时仿真系统的频率不同，将导致外置物理装置与电力系统实时仿真系统工作节拍不匹配，外置控制器的控制信号时序与仿真系统运行的时序之间产生错乱，不能实现相互之间的协同工作，导致混合闭环仿真实验的结果错误，实验失败。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，其目的在于解决在电力系统实时仿真系统的运行频率与实际电力系统运行频率不同的情况下进行数模混合闭环仿真时，现有外置物理控制器与电力系统实时仿真系统因时序不一致而不能协同工作的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，包括计算单元、同步时钟信号单元和接口单元；其中，接口单元的第一端与同步时钟信号单元第一端的相连，第二端与计算单元的第一端相连，第三端用于连接外部电力系统实时仿真系统；计算单元的第二端与同步时钟信号单元的第二端相连；其中，同步时钟信号单元用于根据外部电力系统实时仿真系统的同步时钟信号、以及接口单元与计算单元所预设的频率，生成同步信号，使得接口单元和计算单元与电力系统实时仿真系统保持时钟同步；其中，计算单元用于根据接口单元采样获得的电力系统运行状态量、开关量、以及预置的或下载的待仿真控制算法计算出与电力系统实时仿真系统工作时序相匹配的控制量，并通过接口单元将该控制量反馈到外部电力系统实时仿真系统，由外部电力系统实时仿真系统根据该控制量完成数模混合闭环仿真，实现外置控制器与电力系统实时仿真系统之间的协同工作；待仿真的控制算法通过外部上位机下载到外置物理控制器的计算单元中并存储；接口单元作为所述外置物理控制器与外部电力系统实时仿真平台之间的交互通道，用于根据同步时钟信号单元提供的上述同步信号实时调整接口单元的采样周期，以自适应外部电力系统实时仿真系统的实际运行频率。优选的，上述自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，其接口单元与计算单元之间采用高速光纤通道连接，以实现数据的快速交互以及一次侧与二次侧的电气隔离；在现有技术下，一次侧与二次侧的隔离主要由电压互感器(PT)、电流互感器(CT)实现，但由于本装置涉及频率的变化，PT和CT均基于50Hz，在频率较低时PT、CT涡流损耗过大易导致信号畸变，通过在接口单元与计算单元之间采用高速光纤通道实现一次侧与二次侧的电气隔离。优选的，上述自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，其接口单元包括面向电力系统实时仿真系统的并列的模拟量输出接口、模拟量输入接口、数字量输出接口和数字量输入接口；其中，数字量输入接口包括依次连接的电阻网络和基于DSP的高速处理单元；数字量输出接口包括依次连接的电阻网络和基于DSP的高速处理单元；模拟量输入接口包括依次连接的电阻网络、模数转换单元、基于DSP的高速处理单元；模拟量输出接口包括依次连接的电阻网络、数模转换单元和基于DSP的高速处理单元；其中，电阻网络用于将电力系统输出的一次侧信号通过分压的方式转换为低电压；现有技术大多采用阻容网络实现该功能并同时实现滤波功能，但由于本装置涉及频率的变化，阻容网络会随着信号频率的变化而变化，因此阻容电路将导致输入量的幅值和相位变化；本专利技术中采用电阻网络可以很好的保证幅值和相位不随频率的变化而发生改变；因此本专利技术采用电阻网络完成分压功能，而在基于DSP的高速处理单元采用数字滤波算法完成滤波功能。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术所提供的自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，通过同步信号处理、一次侧与二次侧的隔离处理，使该外置物理控制器在具有现有控制器的功能外，还能够自适应系统的频率变化，使得外置物理控制器与电力系统实时仿真系统之间协同工作，解决了在外置物理控制器与电力系统实时仿真系统变频联合仿真过程中，由于仿真实验计算量过大导致的电力系统实时仿真系统的运行频率与实际电力系统运行频率出现较大偏差而不同步导致的不能协调工作的问题；为验证在电力系统实时仿真系统中新型元件数学模型、外置物理控制器控制策略、电力系统实时仿真系统中新型元件和外置物理控制器协同工作的正确性和有效性提供了有效可靠的验证工具，从而为新型元件数学模型、控制策略、新型元件和外置物理控制器协同工作等方面的实际运用提供有效可靠的仿真依据。(2)本专利技术所提供的自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，通过其接口单元对模拟量输入接口和模拟量输出接口的处理，使得模拟量的幅值和相位在变频仿真过程中不会因为频率的改变而造成畸变；另一方面，其接口单元的采样周期与计算单元的计算周期均通过同步时钟信号实现自适应频率的变化，从而实现电力系统实时仿真系统与外置物理控制器正确、有效地协同工作。附图说明图1是ADPSS电力系统实时仿真系统与实施例提供的外置物理控制器协同进行闭环仿真实验的连接关系示意图；图2是实施例提供的自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器的接口单元各接口的数据流向示意图；图3是实施例提供的自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器的计算单元示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例提供的自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，包括互相连接的控制信号计算单元、同步时钟信号发生单元和接口单元；图1所示是实施例提供的这种外置物理控制器在电力系统全数字仿真系统(AdvancedDigitalPowerSystemSimulator，ADPSS)上实际应用的连接关系示意图；本实施例提供的外置物理控制器，其接口单元用于实现外置物理控制器与ADPSS系统实时仿真系统的数据信息交互，包括与ADPSS系统相连的模拟量输出接口、模拟量输入接口，数字量输出接口和数字量输入接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，其特征在于，包括计算单元、同步时钟信号单元和接口单元；所述接口单元的第一端与同步时钟信号单元第一端的相连，第二端与计算单元的第一端相连，第三端用于连接外部电力系统实时仿真系统；计算单元的第二端与同步时钟信号单元的第二端相连；所述同步时钟信号单元用于根据外部电力系统实时仿真系统提供的同步时钟信号、以及接口单元与计算单元所预设的频率生成同步信号，使得接口单元和计算单元与外部电力系统实时仿真系统保持时钟同步；所述计算单元用于根据接口单元采样获得的电力系统运行状态量、开关量、以及预置的或下载的待仿真控制算法计算出与外部电力系统实时仿真系统工作时序相匹配的控制量，通过接口单元将所述控制量反馈到外部电力系统实时仿真系统；待仿真的控制算法通过外部上位机下载到所述计算单元中并存储；所述接口单元作为所述外置物理控制器与外部电力系统实时仿真系统之间的交互通道，根据同步时钟信号单元提供的所述同步信号实时调整接口单元的采样周期，以匹配外部电力系统实时仿真系统的实际运行频率。

【技术特征摘要】
1.一种自适应电力系统实时仿真平台变频仿真的外置物理控制器，其特征在于，包括计算单元、同步时钟信号单元和接口单元；所述接口单元的第一端与同步时钟信号单元第一端的相连，第二端与计算单元的第一端相连，第三端用于连接外部电力系统实时仿真系统；计算单元的第二端与同步时钟信号单元的第二端相连；所述同步时钟信号单元用于根据外部电力系统实时仿真系统提供的同步时钟信号、以及接口单元与计算单元所预设的频率生成同步信号，使得接口单元和计算单元与外部电力系统实时仿真系统保持时钟同步；所述计算单元用于根据接口单元采样获得的电力系统运行状态量、开关量、以及预置的或下载的待仿真控制算法计算出与外部电力系统实时仿真系统工作时序相匹配的控制量，通过接口单元将所述控制量反馈到外部电力系统实时仿真系统；待仿真的控制算法通过外部上位机下载到所述计算单元中并存储；所述接口单元作为所述外置物理控...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秋实，王少荣，黄涌，郑超，李精松，刘涤尘，唐爱红，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司，华中科技大学，武汉大学，武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11