一种电能质量及节能设备的综合实验平台制造技术

本发明专利技术提出了一种基于人工智能机器人思想的电能质量及节能设备的综合实验平台，它采用大功率电力电子接口装置，取代传统的功率放大器。在提高接口电气参数的同时，实现较大容量功率的吞吐，解决了数字－物理混合仿真中功率放大器的性能限制问题。将平台视为智能机器人，按照机器人的感知、规划、执行单元三部分对平台结构和功能进行划分。平台机器人根据感观到的系统信息，规划下一步的运行，并通过执行单元付诸实现。利用实验过程的可重复性及平台机器人的自学能力，通过多次实验逐步逼近的方法，使实验过程最终到达所要求的运行条件。最终综合实验平台根据符合实验要求的参数，分析电能质量设备的性能，完成实验过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电能质量及节能设备的综合实验平台，属于电能质量控制、 改善设备的实验方法及实验平台领域。
技术介绍
电能质量是一个系统问题，不仅与负荷有关，而且与系统的网络结构、系统参数和运行方式等有关，因此，考核电能质量设备不仅需要测试设备的各种电气参数和性能，更重要的一点是将设备置于电力系统中，综合衡量设备的运行功能及各项性能指标。因此需要将电能质量设备的考核建立在基于电力系统的实时仿真模拟平台上，并应提供具有高电压、大电流的实验能力。随着电能质量控制设备和各种电力节能设备在电力系统中大量推广应用，传统的仅从设备制造角度对设备的考核方法已不能适应现代电力系统发展的需要。如何从电力系统的角度把握这类设备的运行与控制，对这类设备的功能作用进行评价至关重要。例如，无功补偿设备的投运给某电网的电压稳定控制和降低网损等具有明显效益，需要考核与评估的问题很多，除了设备的安全、可靠指标外，关系到电力系统运行与控制方面的问题有(1)如何定量标定对电网电压改善效果；(2)如何定量降低网损的大小及其节能效益；(3)设备投入电网后，与电网的参数是否适配，是否存在谐波放大或谐振等问题；(4)设备投运后对电网继电保护的影响等。又如，对电能质量治理设备的试验分为型式试验、出厂试验和现场试验，由于考核方法和设备的限制，许多试验无法进行。总之在产品设计阶段难以进行评估的试验项目很多，如谐波抑制效果试验，由于缺乏大功率谐波源难以进行，即使具备大功率谐波源，但无法针对实际系统注入谐波，因而考核的标准或过严、或偏松，因此导致很多电能质量设备的标准难以制定，或标准的可操作性差，导致标准缺乏约束力。对节能类电气设备考核通常需要直接带载运行，这类电气设备产生的节能效果大多来自负载本身，如风机水泵类的管网系统、照明光学系统等，对这类设备的考核需要模拟各类负载特性。建立电能质量及节能设备综合实验平台需要解决如下问题，其一如何为被考核设备提供一种符合实际运行条件的电网环境，将被考核设备置于虚拟电力系统中，进行各种接近实际工况的运行考核；被考核设备的各种运行状态反馈到虚拟 电力系统中，实时考核和评价被考核设备在电力系统的运行及控制情况，并根据 其结果进行效益评估。其二是如何构建数字式大功率电子负载，用于模拟任意负 载特性。因此需要解决以下问题1) 如何构建所需的虚拟数字电力系统环境；构建电能质量及节能设备综合实验平台的核心问题之一是构建虚拟数字电 力系统。通过构建一种实时仿真的输入、输出信号与被考核设备的接口，使被考 核电气设备在虚拟数字电力系统中表现为一种元件的约束关系(电压、电流的伏 安特性/微分一代数模型)参与到实时仿真计算中，按照实时计算的节点电压、 电流代数方程，通过电力电子系统的快速可控性，提供被考核设备运行时所需的 能量流动与交换。 一方面，被考核设备节点电压与支路电流通过电压/电流互感 器、模数转换器A/D及光电隔离(光隔)等环节，转换为弱电信号输入给虚拟 数字电力系统，用于控制输入量，形成实时数字计算的边界条件。另一方面，虚 拟数字电力系统各节点电压信号由端口输出，通过大功率电力电子接口装置进行 功率放大，为被考核设备供电，形成被考核电气设备所需电力系统环境。2) 如何为实验平台提供高电压、大功率电力电子接口装置；在电能质量综合试验平台中，大功率电力电子接口装置受控于虚拟数字电力 系统，为被考核电气设备所需的电力系统环境提供能量并完成所需能量的输入与 回馈。为实现电能质量设备考核目标，综合实验平台所需的大功率电力电子电源 要求具有快速响应、能提供任意波形等特点。3) 如何为实验平台提供高电压、大功率非线性电力电子负荷； 实验平台的另一关键部件是大功率非线性负荷，该负荷应能受控于实时计算系统，并可模拟各类负载特性，为实验平台提供负载环境。无论是电力系统环境 还是负载模拟环境，大功率电力电子接口装置将实现能量交换与回馈，使整个实 验系统所需耗能最小。
技术实现思路
本专利技术针对电能质量及节能设备的特点和难以实验等问题，提出了一种电能 质量及节能设备的综合实验平台，它是基于人工智能机器人思想，采用大功率电 力电子接口装置，取代传统的功率放大器。在提高接口电气参数的同时，实现较大容量功率的吞吐，解决了数字一物理混合仿真中功率放大器的性能限制问题。 将实验平台视为智能机器人，按照机器人的感知单元、规划单元、执行单元三部 分对实验平台结构和功能进行划分。实验平台机器人根据感观到的系统信息，规 划下一步的运行，并通过执行单元付诸实现。利用实验过程的可重复性及实验平 台机器人的自学能力，通过多次实验逐步逼近的方法，使实验过程最终到达所要 求的运行条件。最终实验平台根据符合实验要求的参数，分析电能质量设备的性 能，完成实验过程。本专利技术的技术方案是 一种电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在 于包括实时数字仿真子系统和动态物理模拟子系统，其中，动态物理模拟子系 统中有大功率电力电子接口装置和被考核设备，大功率电力电子接口装置是实时数字仿真子系统的输入、输出数据信号和被考核设备之间的接口。 如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于-实时数字仿真子系统包括数字仿真单元、监控设备B、数字等效受控源和输出端口，输出端口和数字等效受控源电连接，监控设备B分别与数字仿真单元、数据库和数据分析电连接；动态物理模拟子系统内被考核设备中控制环节和基本电路电连接，基本电路与大功率电力电子接口装置相互电连接；动态物理模拟子系统中还有监控设备A，其与大功率电力电子接口装置、控制环节、数据库和数据分析电连接；还包括全局控制单元，全局控制单元主要分为人机界面、数据库和数据分析三部分。如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于实时数字仿 真子系统中输出端口的信号，通过模数转换器A/D和光隔传输给大功率电力电 子接口装置；其中，模数转换器A/D、光隔和大功率电力电子接口装置之间的顺 序电连接，形成硬件接口。如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于大功率电力 电子接口装置根据实时数字仿真子系统传来的端口信号及本地信号，控制接口运 行，将端口信号放大到实际现场水平。如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于被考核设备 产生的补偿信号通过电压/电流互感器、光隔和模数转换器A/D传到实时数字仿真子系统，实时数字仿真子系统将该补偿信号作为数字等效受控源反馈到实时数字仿真子系统的输出端口；其中，电压/电流互感器、光隔、模数转换器A/D和 数字等效受控源之间的顺序电连接，形成软件接口。如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于大功率电力 电子接口装置采用全控器件IGBT驱动单元和续流二极管构成三相整流+逆变结 构，主要由隔离变压器、整流电路、逆变电路及接口控制单元组成；整流电路通 过隔离变压器接交流系统，逆变电路接被考核设备基本电路；接口控制单元接收 来自实时数字仿真子系统的信号，并分别与整流电路和逆变电路连接；当需要大 功率非线性负荷时，将三相整流电路与逆变电路互换。如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于采用连续一 离散模型分离法。如上所述的电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于综合实验平 台采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能质量及节能设备的综合实验平台，其特征在于：包括实时数字仿真子系统和动态物理模拟子系统，其中，动态物理模拟子系统中有大功率电力电子接口装置和被考核设备，大功率电力电子接口装置是实时数字仿真子系统的输入、输出数据信号和被考核设备之间的接口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李澍森，查晓明，石延辉，左文霞，程军照，李尚胜，桂朋林，
申请(专利权)人：国网武汉高压研究院，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]