基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术基于dSPACE的微电网半实物仿真系统包括硬件电路实物系统、设备控制子系统包括dSPACE仿真控制系统和数据信息处理系统，设备控制子系统接受微电网监控系统的系统控制指令，控制硬件电路实物系统中的各个设备，并向微电网监控系统传输数据；微电网监控系统是基于dSPACE的微电网半实物仿真系统的中央控制器，根据设备控制子系统上传的数据，分析微电网系统与公共电网的能量交换需求，得到微电网系统控制指令，下发给设备控制子系统。本发明专利技术的半实物仿真系统各部分功能明确、性能稳定，能通过模型修改快速开发和验证变换器及微电网控制策略，加快技术研究的进度，更好的完成变换器和微电网的理论研究。

【技术实现步骤摘要】
基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法
本专利技术属于半实物系统仿真领域，具体涉及到基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法。技术背景随着分布式发电技术的发展，微电网作为传统电网向智能电网过渡的电力网络，逐渐成为人们关注的热点，针对微电网系统的双向潮流、微电网系统与公共电网的能量交换、微电网系统内部分布式能源管理以及微电网内电力电子装置控制算法研究等课题，已经成为分布式发电技术研究的重点。由于微电网技术的研究需要大量的实验验证及数据支撑，而传统的研究手段主要是开发实际的变换器产品并搭建实验平台，一方面由于不同的研究目的需要不同的产品或者实验平台，导致反复的相似产品开发以及平台搭建，工作内容冗余；另一方面变换器产品和微电网系统的控制多采用代码编写的方式实现，编程时间长且难度大，整个研究进程缓慢，不利于技术研究的步伐。本专利技术所述的基于dSPACE的微电网半实物仿真系统，是将仿真设备与半实物相结合，开发半实物仿真系统，通过搭建控制模型快速实现对实物硬件的控制，不同的模型可以构成不同形式的变换器产品，根据不同的研究目的，只要修改控制模型即可快速实现算法策略的更新，验证控制理论，这种方法是目前技术研究的一种重要而且便捷的手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统微电网技术研究存在重复冗余开发、技术方案可扩展性差导致研究进度缓慢的缺点而提出的基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：基于dSPACE的微电网半实物仿真系统包括硬件电路实物系统、设备控制子系统以及微电网监控系统。硬件电路实物系统包括变换器、分布式电源、智能开关及智能传感器，硬件电路实物系统执行设备控制子系统的指令，并向设备控制子系统传输现场数据。设备控制子系统包括dSPACE仿真控制系统和数据信息处理系统，设备控制子系统接受微电网监控系统的系统控制指令，通过分析处理，得到硬件电路实物系统中设备的指令，控制设备运行，并且向微电网监控系统转发现场数据。微电网监控系统是基于dSPACE的微电网半实物仿真系统的中央控制器，根据设备控制子系统上传的数据，并依据控制目标，分析微电网系统与公共电网的能量交换需求，得到微电网系统控制指令，下发给设备控制子系统。硬件电路实物系统中的变换器包括通用DC/AC变换器（支路1）、光伏DC/AC变换器（支路2）、储能DC/AC变换器（支路3）、储能DC/DC变换器（支路4）以及风电DC/AC变换器（支路5），变换器主要实现电能变换的功能。硬件电路实物系统中的智能开关受设备控制子系统控制，每个智能开关通过闭合或断开选择各个支路是否参与微电网系统运行，从而构建不同的微电网电路拓扑，进行微电网拓扑研究。硬件电路实物系统中的智能传感器采集各个支路的运行数据，向设备控制子系统反馈信息，参与系统控制。设备控制子系统中的dSPACE仿真控制系统包括模型开发主机、dSPACE以及信号转接装置。在模型开发主机中搭建变换器的控制模型，包括通用DC/AC变换器的恒压双闭环控制模型、光伏DC/AC变换器的光伏发电控制模型、储能DC/AC变换器和储能DC/DC变换器的储能控制模型以及风电DC/AC变换器的风力发电控制模型，模型搭建完成后通过编译下载至dSPACE中运行，生成控制信号传输至信号转接装置，信号转接装置将信号处理成与变换器硬件电路匹配的控制信号，控制变换器运行。模型开发主机中搭建的每个模型采用模块化编程方法，将控制功能分为通信模块、存储模块、指令模块、保护模块、输入接口模块、坐标变换模块、闭环控制模块、脉冲发生模块、输出接口模块以及逻辑控制模块。通信模块是dSPACE对外通信的接口，用于dSPACE与微电网监控系统通信；存储模块用于存储微电网监控系统的指令以及变换器运行数据；指令模块用于分析微电网监控系统的指令，结合变换器运行数据解析出各变换器对应的指令值；保护模块负责变换器的故障检测及处理，保障变换器安全稳定运行；输入接口模块和输出接口模块是dSPACE与信号转接装置交换信息的接口；坐标变换模块是对变换器的被控量进行坐标变换或公式转换；闭环控制模块实现对被控量的闭环控制；脉冲发生模块根据脉冲宽度调制算法生成变换器的控制脉冲；逻辑控制模块根据变换器反馈的信息设定变换器运行状态以及开关状态，使变换器有序运行。设备控制子系统中的数据信息处理系统主要是指数据采集处理器。数据信息处理系统接受微电网监控系统的指令，分析智能传感器上传的数据，控制智能开关的断开或闭合，实现微电网电路拓扑的调整，形成不同的电路拓扑结构及系统运行模式。微电网监控系统包括监控界面及后台运行策略；监控界面包括运行数据、功率曲线、系统参数设定、调度指令设置四个部分。运行数据主要显示微电网系统各个支路的关键参数，包括电压、电流、功率、电量等数据；功率曲线描绘各个支路的“功率-时间”曲线；系统参数设定用来设置微电网系统及各设备的关键参数，包括运行模式、故障复位等信息；调度指令设置微电网系统与公共电网交互的功率。后台运行策略运行微电网系统的能量调度与管理算法，根据设定的系统控制目标，计算微电网系统下发给设备控制子系统的指令。附图说明图1：基于dSPACE的微电网半实物仿真系统电气连接图图2：基于dSPACE的微电网半实物仿真系统控制系统连接图图3：基于dSPACE的微电网半实物仿真系统仿真模型框图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面根据附图对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1~图3所示，本专利技术公开了一种基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法。基于dSPACE的微电网半实物仿真系统包括硬件电路实物系统、设备控制子系统以及微电网监控系统。硬件电路实物系统包括变换器、分布式电源、智能开关及智能传感器，属于底层被控设备。硬件电路实物系统执行设备控制子系统的指令，并向设备控制子系统传输现场数据。设备控制子系统包括dSPACE仿真控制系统和数据信息处理系统，设备控制子系统接受微电网监控系统的系统控制指令，通过分析处理，得到硬件电路实物系统中设备的指令，控制设备运行，并且向微电网监控系统转发现场数据。微电网监控系统是基于dSPACE的微电网半实物仿真系统的中央控制器，根据设备控制子系统上传的数据，并依据控制目标，分析微电网系统与公共电网的能量交换需求，得到微电网系统控制指令，下发给设备控制子系统。硬件电路实物系统中的变换器包括通用DC/AC变换器（支路1）、光伏DC/AC变换器（支路2）、储能DC/AC变换器（支路3）、储能DC/DC变换器（支路4）以及风电DC/AC变换器（支路5），变换器主要实现电能变换的功能。储能DC/DC变换器、风电DC/AC变换器共直流母线，通用DC/AC变换器、光伏DC/AC变换器、储能DC/AC变换器共交流母线，直流母线和交流母线通过可以通用DC/AC变换器交换能量。变换器通过信号链路1#与dSPACE仿真控制系统交换信息。硬件电路实物系统中的智能开关受设备控制子系统控制，每个智能开关通过闭合或断开选择各个支路是否参与微电网系统运行，从而构建不同的微电网电路拓扑，进行微电网拓扑研究。硬件电路实物系统中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法，其特征在于：包括硬件电路实物系统、设备控制子系统以及微电网监控系统；所述的硬件电路实物系统包括变换器、分布式电源、智能开关及智能传感器；硬件电路实物系统执行设备控制子系统的指令，并向设备控制子系统传输数据；所述的设备控制子系统包括dSPACE仿真控制系统和数据信息处理系统；设备控制子系统接受微电网监控系统的系统控制指令，分析处理后控制硬件电路实物系统中的各个设备，并且向微电网监控系统传输数据；所述的微电网监控系统是基于dSPACE的微电网半实物仿真系统的中央控制器，根据设备控制子系统上传的数据，分析微电网系统与公共电网的能量交换需求，得到微电网系统控制指令，下发给设备控制子系统。

【技术特征摘要】
1.基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法，其特征在于：包括硬件电路实物系统、设备控制子系统以及微电网监控系统；所述的硬件电路实物系统包括变换器、分布式电源、智能开关及智能传感器；硬件电路实物系统执行设备控制子系统的指令，并向设备控制子系统传输数据；所述的设备控制子系统包括dSPACE仿真控制系统和数据信息处理系统；设备控制子系统接受微电网监控系统的系统控制指令，分析处理后控制硬件电路实物系统中的各个设备，并且向微电网监控系统传输数据；所述的微电网监控系统是基于dSPACE的微电网半实物仿真系统的中央控制器，根据设备控制子系统上传的数据，分析微电网系统与公共电网的能量交换需求，得到微电网系统控制指令，下发给设备控制子系统。2.根据权利要求1所述的基于dSPACE的微电网半实物仿真系统及方法，其特征在于：dSPACE仿真控制系统包括模型开发主机、dSPACE以及信号转接装置；在模型开发主机中搭建变换器的控制模型，控制模型包括通用DC/AC变换器的恒压双闭环控制模型、光伏DC/AC变换器的光伏发电控制模型、储能DC/AC变换器和储能DC/DC变换器的储能控制模型以及风电DC/AC变换器的风力发电控制模型；模型编译下载至dSPACE中运行，生成控制信号传输至信号转接装置，信号转接装置将信号处理成与变换器硬件电路匹配的控制信号，控制变换器运行。3.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，梁建钢，朱常在，
申请(专利权)人：北京德意新能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11