一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统。包括仿真机和实物控制器，仿真机中构造逆变器并网系统和仿真机采样板卡，逆变器并网系统包含有相连接的逆变器模块和电网，仿真机采样板卡包括仿真机模拟量采样卡和仿真机数字量采样卡；实物控制器中构造控制模块和信号采集系统，信号采集系统包括分析控制器和实物控制采样板卡，实物控制采样板卡包括实物控制模拟量采样卡和实物控制数字量采样卡；逆变器并网系统和控制模块连接，逆变器并网系和分析控制器连接，分析控制器和逆变器并网系统连接。本发明专利技术能实时在线测量单台逆变器的广义阻抗，可应用于电力电子多馈入系统分析与单机小干扰稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统
本专利技术涉及小干扰稳定
一种新型电力系统阻抗测量方法，尤其是涉及一种基于RT-LAB仿真平台，以及实物控制器的综合性阻抗测量平台。
技术介绍
随着新能源的快速发展，光伏发电、风力发电等新能源在电力结构中比重越来越大，多新能源接入同一受端交流电网不可避免，进而可能会引起整个系统出现振荡问题。事实上国内外近年来屡次发生的次同步振荡问题，主要是由于大规模的变流器接入改变了电网的动态特性，交流电网相对变弱。光伏、风机等新能源设备在电力系统中的比重越来越大，形成了新型的电力电子化电力系统。在这种情况下，电网侧和大功率的变流器之间的耦合，以及风机等新能源电力设备本身性能不稳定的问题就会暴露出来，造成电力系统的振荡。这一问题严重影响了电力系统的正常运行，也对我们的正常生活用电造成了干扰。而解决振荡问题主要采用频域理论中的阻抗法。其基本思路是将变流器和交流电网看成两个独立的子系统，利用阻抗矩阵描述子系统的外特性，并利用子系统的阻抗比判断系统稳定性。与基于状态空间模型的特征值分析方法相比，阻抗法不依赖于系统的详细模型和具体参数，其所需的阻抗矩阵可以通过测量实际系统的端口外特性得到，因此得到了广泛应用。现有的阻抗分析方法大多采用正负序阻抗分析法，而这一方法存在难以解耦的问题，广义阻抗的提出可以有效解决这一问题。同时，现有的阻抗测量方法大多是基于一次侧扰动注入测量的形式，这一方法设备体积大，成本高，在工程实际中操作困难，难以大规模推广，而基于二次侧的扰动注入测量可以有效避免这些问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统，可使整个系统能够准确地反映并网逆变器的运行状况，并且可以试试的对并网逆变器系统进行控制、采样、数据分析等功能，同时基于这一系统测量得到的广义阻抗的物理意义明确，并能准确评估并网逆变器系统的小干扰稳定性。本专利技术的技术方案如下：所述的阻抗测量系统包括仿真机和实物控制器，仿真机中构造逆变器并网系统和仿真机采样板卡，逆变器并网系统包含有相连接的逆变器模块和电网，逆变器模块作为逆变器，逆变器模块连接到电网组成逆变器并网系统，逆变器并网系统的功率因数为1，仿真机采样板卡包括仿真机模拟量采样卡和仿真机数字量采样卡；实物控制器中构造控制模块和信号采集系统，信号采集系统包括分析控制器和实物控制采样板卡，实物控制采样板卡包括实物控制模拟量采样卡和实物控制数字量采样卡；逆变器并网系统和控制模块连接，逆变器并网系统依次经仿真机模拟量采样卡、实物控制模拟量采样卡后和分析控制器连接，分析控制器依次经实物控制数字量采样卡、仿真机数字量采样卡后和逆变器并网系统连接。具体实施中，仿真机采用Opal-RTTechnologies的RT-LAB仿真机OP-5700，实物控制器采用NI公司的PXI控制器PXI-1081。逆变器并网系统的三相电压与三相电流经由模拟量采样卡采样后输出到实物控制器中的分析控制器，并且通过数字量采样卡实现对于并网逆变器的功率控制或直流电压控制，分析控制器接收三相电压与三相电流的数据后进行分析处理，测量获得广义阻抗，输出控制并网逆变器系统开关管的PWM波，通过数字量采样卡输送给仿真机的逆变器并网系统，从而达到利用实物控制器对并网逆变器系统进行稳定控制的效果，即基于实物控制器的半实物仿真，从而由分析控制器控制采样板卡对基于实物控制器的并网逆变器系统进行采样和控制。所述的并网逆变器系统采用双环矢量控制，内环为矢量电流控制，外环是功率控制或直流电压控制，施加扰动是在逆变器的内环电流控制输入端对电流环矢量控制参考值的d轴分量Idref和电流环矢量控制参考值的q轴分量Iqref施加正弦扰动。所述仿真机中，并网逆变器系统采用小步长实时仿真处理。实物控制器对并网逆变器系统进行实时控制，且对于扰动注入后的系统进行实时的信号采样与阻抗测量。所述仿真机中，并网逆变器系统包括逆变器的单机模型，或者包括逆变器的多馈入模型，可同时仿真多台逆变器的并网运行状态。这样构建建模方式可直接对并网逆变器系统的运行状态进行采样和数据存储，也可以在内部搭建控制结构对并网逆变器系统的运行状态进行控制，其输出结果可以在仿真机上观测，也可以通过仿真机内部的通道输出到示波器上观察按一定比例衰减后的实际波形。基于仿真机的并网逆变器系统可以在仿真运行时在软件中进行实时的控制与改变。本专利技术包括了实时仿真机和实物控制器。仿真机完成对并网逆变器设备的模拟，而基于Labview软件的实物控制器则对测量过程进行编译运行，从而测量出并网逆变器系统的广义阻抗。通过上述系统，可以直接将利用MATLAB/Simulink建立的动态系统数学模型应用于实时仿真、控制、测试以及其它相关领域。利用基于RT-LAB的硬件系统可以实现单机，多机双环矢量控制的逆变器并网系统的小步长实时仿真，利用控制器PXI可以实现：功能一：作为双环矢量控制的逆变器并网系统的控制器，内环为矢量电流控制，外环可以实现功率控制或直流电压控制；功能二：作为阻抗测量仪的主体部分，对逆变器并网系统的三相电压电流量进行采样并且处理，实时在线测量单台逆变器的广义阻抗。本专利技术通过搭建半实物仿真平台和阻抗测量系统对并网逆变器系统进行半实物仿真，也可通过实测的方法得到逆变器端口的广义导纳特性，为新能源并网的仿真设计提供了一种新的阻抗测量系统，同时测量得到的广义阻抗可为新能源并网时可能存在的振荡风险提出预警，也为新能源设计时提供新的技术方式。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于数字化实时仿真平台RT-LAB和实物控制器搭建了一种仿真与阻抗测量系统，仿真精度高，能够对并网逆变器系统进行实时的控制与测量，体积较小，成本较低，相比于使用一次侧高压扰动设备，测量更加便捷，成本更低，测得的广义阻抗可用于并网系统稳定性分析与逆变器控制设计。本专利技术搭建的半实物仿真系统具有精确、高效、节约成本的优点。本专利技术采用二次侧施加扰动的方法，利用已有的控制器设备，在控制环施加扰动，无需在高压端连接扰动注入设备，也不需要使逆变器脱网，可以在逆变器并网时进行测量，能够实现准确地测量。本专利技术可应用于电力电子多馈入系统分析与单机小干扰稳定性评估，使电力电子多馈入系统稳定运行。附图说明图1为并网逆变器系统结构示意图。图2为逆变器并网仿真模型系统示意图。图3为阻抗测量系统结构示意图。图4为广义阻抗测量流程步骤示意图。图5为两次注入扰动示意图。图6为逆变器实施PQ控制下测量仪系统在一次侧及二次侧施加扰动的广义阻抗测量结果图。图6(a)为实施PQ控制下测量仪系统对于广义阻抗中的Ye1的幅值与相位测量结果图。图6(b)为实施PQ控制下测量仪系统对于广义阻抗中的Ye2的幅值与相位测量结果图。图7为逆变器实施Udc控制下测量仪系统在一次侧及二次侧施加扰动的广义阻抗测量结果图。图7(a)为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统，其特征在于：所述的阻抗测量系统包括仿真机和实物控制器，仿真机中构造逆变器并网系统和仿真机采样板卡，逆变器并网系统包含有相连接的逆变器模块和电网，仿真机采样板卡包括仿真机模拟量采样卡和仿真机数字量采样卡；实物控制器中构造控制模块和信号采集系统，信号采集系统包括分析控制器和实物控制采样板卡，实物控制采样板卡包括实物控制模拟量采样卡和实物控制数字量采样卡；逆变器并网系统和控制模块连接，逆变器并网系统依次经仿真机模拟量采样卡、实物控制模拟量采样卡后和分析控制器连接，分析控制器依次经实物控制数字量采样卡、仿真机数字量采样卡后和逆变器并网系统连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统，其特征在于：所述的阻抗测量系统包括仿真机和实物控制器，仿真机中构造逆变器并网系统和仿真机采样板卡，逆变器并网系统包含有相连接的逆变器模块和电网，仿真机采样板卡包括仿真机模拟量采样卡和仿真机数字量采样卡；实物控制器中构造控制模块和信号采集系统，信号采集系统包括分析控制器和实物控制采样板卡，实物控制采样板卡包括实物控制模拟量采样卡和实物控制数字量采样卡；逆变器并网系统和控制模块连接，逆变器并网系统依次经仿真机模拟量采样卡、实物控制模拟量采样卡后和分析控制器连接，分析控制器依次经实物控制数字量采样卡、仿真机数字量采样卡后和逆变器并网系统连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于实时仿真机和实物控制器的阻抗测量系统，其特征在于：逆变器并网系统的三相电压与三相电流经由模拟量采样卡采样后输出到实物控制器中的分析控制器，分析控制器接收三相电压与三相电流的数据后...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓喆，孙福寿，李振元，王春华，姜旭，丁浩，王鼎，刘家岩，曲振军，许铎，辛焕海，王玮，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22