基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法及系统，创造性的利用FPGA小步长仿真平台的精度高、步长小的特点，构建分布式潮流控制器一次系统，做到实时准确模拟功率开关管，同时结合ADPSS用户自定义模型构建分布式潮流控制器控制系统，实现分布式潮流控制器实时闭环仿真。本发明专利技术充分利用了FPGA小步长仿真平台的精度高、步长小的特点模拟基于功率开关管的电力电子设备，并结合ADPSS的自定义模型实现控制系统的构建，弥补了分布式潮流控制器在FPGA小步长仿真平台实时闭环仿真中的空白，为电力电子装置的闭环仿真提供了一种新的方法。

Closed loop simulation method and system of distributed power flow controller based on ADPSS custom model

【技术实现步骤摘要】
基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法及系统
本专利技术属于智能电网运行与稳定控制
，具体涉及一种基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法及系统。
技术介绍
分布式潮流控制器作为一种功率小、冗余度高、投资小和功能更强大的电力电子装置正被深入研究，目前分布式潮流控制器的数学模型研究以及离线仿真技术已经较为成熟，但是无法做到实时反映电力电子开关状态，即无法实现实时仿真。为此，本专利技术提出了一种结合FPGA小步长仿真平台与ADPSS服务器的闭环实时仿真方法。FPGA小步长仿真平台为中国电力科学研究院开发的基于FPGA芯片技术的小步长平台。该平台通过CPU+FPGA的新型异构仿真系统将传统电磁暂态的仿真步长降低几十倍，以2us小步长准确模拟基于功率开关管的电力电子设备动态的步长。ADPSS为中国电力科学研究院开发的电力系统全数字实时仿真装置，仿真步长为50us，具备完整的电磁暂态仿真系统，包括用于控制系统构建的用户自定义模型等。
技术实现思路
本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法，其特征在于，包括:步骤1、在FPGA小步长系统中构建一个两电源三节点被控电网系统模型，包含3个电压节点、4条支路以及2个变压器，其中电压节点Ⅰ通过支路Ⅰ与三相电源G1相接，电压节点Ⅱ与三相电源G2直接相连，电压节点Ⅲ接有一个对地负载Rload，Δ-Y型变压器Ⅰ与Y-Δ变压器Ⅱ接在支路Ⅲ上，支路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阻抗分别为Z1、Z2、Z3、Z4。步骤2、在FPGA小步长系统中构建分布式潮流控制器一次系统详细模型，其中分布式潮流控制器并联侧变流器为背靠背结构，由一个三相全桥结构与单相全桥结构通过公共直流电容级联；串联侧变流器每相为单相全桥结构，如图3所示。将分布式潮流控制器并联侧安装在电压节点Ⅰ与变压器Ⅰ的中性点上，串联侧安装在支路Ⅲ上，完成在FPGA小步长系统中的分布式潮流控制器一次系统安装。步骤3、利用人机交互界面在ADPSS主机服务器中通过自定义模型搭建分布式潮流控制器控制系统，包括三组，分别是：控制模块组别：source_crtl模块、shunt_crtl模块、serie_crtl_150Hz模块、serie_crtl_50Hz；测量与计算模块组别：config模块、shunt_feedback_cal模块、serie_feedback_cal模块；调制波生成模块组别：1phs_PWM模块、3phs_PWM模块、3rd_PWM模块。步骤4、将分布式潮流控制器一次系统所在的FPGA小步长仿真平台与分布式潮流控制器控制系统所在的ADPSS服务器通过光纤通讯、采用Aurora通信协议进行连接，实现数据交互。步骤5、在人机交互界面进行数据设置，开始闭环仿真，具体包括：步骤5.1、对并联侧公共直流电容进行不控整流充电；步骤5.2、充电完成后，设定公共直流电容电压目标值、母线相电压目标值，同时投入分布式潮流控制器并联侧；步骤5.3、待公共直流电容电压及母线相电压稳定后，启动并联侧单相变流器的控制单元，产生3次谐波电流；步骤5.4、设定串联侧直流电容电压目标值，同时投入分布式潮流控制器串联侧直流电容充电模块；步骤5.5、当串联侧直流电容电压稳定后，设定被控线路有功功率潮流目标值、无功功率潮流目标值，投入线路潮流控制模块，同时维持串联侧直流电容充电模块持续工作。步骤5.6、对被控信号进行录波观测，对比给定目标值，分析结果。本专利技术创造性的利用FPGA小步长仿真平台的精度高、步长小的特点，构建分布式潮流控制器一次系统，做到实时准确模拟功率开关管，同时结合ADPSS用户自定义模型构建分布式潮流控制器控制系统，实现分布式潮流控制器实时闭环仿真。在上述的基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法，自定义模块具体包括：source_crtl模块：为电源控制模块，用于设定电源G1与G2的参数以模拟不同的电压环境，利用可设定电平的CONST元件将电源给定信号与正弦信号发生元件SINWAVE相连接，得到电源控制信号，并将产生的信号通过OUT元件传送到电源G1与G2；shunt_crtl模块：为并联侧变流器控制模块，该模块采用双环控制，分别对并联侧公共直流电容电压与并联侧接入点母线电压幅值进行控制，利用Πx与元件实现比例积分，将输入的dq轴分量信号通过比例积分环节实现控制，得到对应的并联侧三相变流器的控制信号，再经过反dq变换得到ABC三相坐标系下的控制信号，并由OUT模块输出到3phs_PWM模块中；serie_ctrl_150Hz模块：为3次谐波控制模块，用于对串联侧直流电容充电控制，如图7所示，利用∑AX元件，将串联侧直流电容电压目标值与实际值作比较得到误差信号，再经过比例积分环节实现控制，再经过限幅等模块，最终得到串联侧单相变流器3次谐波控制信号；serie_ctrl_50Hz模块：为串联侧基波控制模块，用于对被控线路潮流控制，如图8所示，利用∑AX元件，将被控三相线路的潮流目标值与实际值作比较得到误差信号，再经过比例积分环节实现控制，再经过限幅等模块，最终得到串联侧单相变流器基波控制信号；config模块：设置部分控制指令，包括时间控制以及给定量的设置，如图9所示，通过CONST元件设定目标值，并通过OUT元件传送到其他模块中；shunt_feedback_cal模块：提供并联侧变流器控制所需的反馈量，如图10所示，利用∑AX元件比对两个单项电气节点电压差得到并联侧公共直流电容电压，同时将三相变流器交流侧电流、并联侧接入点母线电压分别通过dq变换模块进行dq变换，得到相应的d轴分量与q轴分量，再通过OUT元件将信号传送到shunt_crtl模块中；serie_feedback_cal模块：为串联侧反馈控制模块，用于提供串联侧反馈控制计算量，该模块包含串联直流电压计算部分、线路50Hz与150Hz电流锁相部分以及线路潮流计算部分；1phs_PWM模块：为单相PWM调制波的控制模块，主要控制开关管的触发脉冲，如图12所示，该模块主要有两部分，一部分是利用输入的控制信号生成串联侧单相变流器的触发信号，另一部分是设置生成对应开关管的闭锁信号；3phs_PWM模块：为并联侧变流桥触发信号及闭锁信号的控制模块，其主要通过step阶跃模块来实现触发状态与闭锁状态的切换，如图13所示，该模块也主要有两部分，一部分是利用输入的控制信号生成并联侧三相变流器触发信号，另一部分是设置生成开关管的闭锁信号；3rd_PWM模块：为并联侧单相变流器控制模块，主要控制并联侧注入变压器中性点的3次谐波，如图14所示，该模块也分为两部分，一部分利用SINWAVE模块生成3次谐波，另一部分设置生成并联侧单相变流器开关管闭锁信号。基于ADPSS自定义模型的分布式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法，其特征在于，包括:/n步骤1、在FPGA小步长系统中构建一个两电源三节点被控电网系统模型，包含3个电压节点、4条支路以及2个变压器，其中电压节点Ⅰ通过支路Ⅰ与三相电源G

【技术特征摘要】
1.基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法，其特征在于，包括:
步骤1、在FPGA小步长系统中构建一个两电源三节点被控电网系统模型，包含3个电压节点、4条支路以及2个变压器，其中电压节点Ⅰ通过支路Ⅰ与三相电源G1相接，电压节点Ⅱ与三相电源G2直接相连，电压节点Ⅲ接有一个对地负载Rload，Δ-Y型变压器Ⅰ与Y-Δ变压器Ⅱ接在支路Ⅲ上，支路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阻抗分别为Z1、Z2、Z3、Z4；
步骤2、在FPGA小步长系统中构建分布式潮流控制器一次系统详细模型，其中分布式潮流控制器并联侧变流器为背靠背结构，由一个三相全桥结构与单相全桥结构通过公共直流电容级联；串联侧变流器每相为单相全桥结构，如图3所示；将分布式潮流控制器并联侧安装在电压节点Ⅰ与变压器Ⅰ的中性点上，串联侧安装在支路Ⅲ上，完成在FPGA小步长系统中的分布式潮流控制器一次系统安装；
步骤3、利用人机交互界面在ADPSS主机服务器中通过自定义模型搭建分布式潮流控制器控制系统，包括三组，分别是：
控制模块组别：source_crtl模块、shunt_crtl模块、serie_crtl_150Hz模块、serie_crtl_50Hz；
测量与计算模块组别：config模块、shunt_feedback_cal模块、serie_feedback_cal模块；
调制波生成模块组别：1phs_PWM模块、3phs_PWM模块、3rd_PWM模块；
步骤4、将分布式潮流控制器一次系统所在的FPGA小步长仿真平台与分布式潮流控制器控制系统所在的ADPSS服务器通过光纤通讯、采用Aurora通信协议进行连接，实现数据交互；
步骤5、在人机交互界面进行数据设置，开始闭环仿真，具体包括：
步骤5.1、对并联侧公共直流电容进行不控整流充电；
步骤5.2、充电完成后，设定公共直流电容电压目标值、母线相电压目标值，同时投入分布式潮流控制器并联侧；
步骤5.3、待公共直流电容电压及母线相电压稳定后，启动并联侧单相变流器的控制单元，产生3次谐波电流；
步骤5.4、设定串联侧直流电容电压目标值，同时投入分布式潮流控制器串联侧直流电容充电模块；
步骤5.5、当串联侧直流电容电压稳定后，设定被控线路有功功率潮流目标值、无功功率潮流目标值，投入线路潮流控制模块，同时维持串联侧直流电容充电模块持续工作；
步骤5.6、对被控信号进行录波观测，对比给定目标值，分析结果。


2.根据权利要求1所述的基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法，其特征在于，自定义模块具体包括：
source_crtl模块：为电源控制模块，用于设定电源G1与G2的参数以模拟不同的电压环境，利用可设定电平的CONST元件将电源给定信号与正弦信号发生元件SINWAVE相连接，得到电源控制信号，并将产生的信号通过OUT元件传送到电源G1与G2；
shunt_crtl模块：为并联侧变流器控制模块，该模块采用双环控制，分别对并联侧公共直流电容电压与并联侧接入点母线电压幅值进行控制，利用Πx与元件实现比例积分，将输入的dq轴分量信号通过比例积分环节实现控制，得到对应的并联侧三相变流器的控制信号，再经过反dq变换得到ABC三相坐标系下的控制信号，并由OUT模块输出到3phs_PWM模块中；
serie_ctrl_150Hz模块：为3次谐波控制模块，用于对串联侧直流电容充电控制，如图7所示，利用∑AX元件，将串联侧直流电容电压目标值与实际值作比较得到误差信号，再经过比例积分环节实现控制，再经过限幅等模块，最终得到串联侧单相变流器3次谐波控制信号；
serie_ctrl_50Hz模块：为串联侧基波控制模块，用于对被控线路潮流控制，如图8所示，利用∑AX元件，将被控三相线路的潮流目标值与实际值作比较得到误差信号，再经过比例积分环节实现控制，再经过限幅等模块，最终得到串联侧单相变流器基波控制信号；
config模块：设置部分控制指令，包括时间控制以及给定量的设置，如图9所示，通过CONST元件设定目标值，并通过OUT元件传送到其他模块中；
shunt_feedback_cal模块：提供并联侧变流器控制所需的反馈量，如图10所示，利用∑AX元件比对两个单项电气节点电压差得到并联侧公共直流电容电压，同时将三相变流器交流侧电流、并联侧接入点母线电压分别通过dq变换模块进行dq变换，得到相应的d轴分量与q轴分量，再通过OUT元件将信号传送到shunt_crtl模块中；
serie_feedback_cal模块：为串联侧反馈控制模块，用于提供串联侧反馈控制计算量，该模块包含串联直流电压计算部分、线路50Hz与150Hz电流锁相部分以及线路潮流计算部分；
1phs_PWM模块：为单相PWM调制波的控制模块，主要控制开关管的触发脉冲，如图12所示，该模块主要有两部分，一部分是利用输入的控制信号生成串联侧单相变流器的触发信号，另一部分是设置生成对应开关管的闭锁信号；
3phs_PWM模块：为并联侧变流桥触发信号及闭锁信号的控制模块，其主要通过step阶跃模块来实现触发状态与闭锁状态的切换，如图13所示，该模块也主要有两部分，一部分是利用输入的控制信号生成并联侧三相变流器触发信号，另一部分是设置生成开关管的闭锁信号；
3rd_PWM模块：为并联侧单相变流器控制模块，主要控制并联侧注入变压器中性点的3次谐波，如图14所示，该模块也分为两部分，一部分利用SINWAVE模块生成3次谐波，另一部分设置生成并联侧单相变流器开关管闭锁信号。


3.基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真系统，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐爱红，曾涤非，严晖，黄涌，罗绍铷，郑旭，赵红生，徐秋实，周任飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42