一种基于不同步长仿真系统的仿真方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于不同步长仿真系统的仿真方法：包括基于高频电力电子开关电路的小步长仿真系统和基于大电网线性模型的大步长仿真系统，其中小步长仿真系统采用FPGA进行仿真，在FPGA中仿真得到阶梯波，经过阶梯波处理单元进行处理，然后再通过通讯单元输出给大步长仿真系统，采用本发明专利技术的仿真方法可以显著减小不同步长、多仿真速率情况下的仿真结果误差，改善了仿真结果的振荡和抖动。改善了仿真结果的振荡和抖动。改善了仿真结果的振荡和抖动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不同步长仿真系统的仿真方法


[0001]本专利技术属于电力电子系统的仿真方法，尤其是一种基于不同步长仿真系统的仿真方法。

技术介绍

[0002]目前我国分布式可再生能源增长迅速，大规模分布式可再生能源接入电网，对系统的灵活接入和有效管控提出了新的挑战和更高的要求。多端口电力电子变压器的引入，使交直流混合系统的结构呈现多样性，也增加了交直流各子系统之间的耦合。由于电力电子变压器具有开关频率高、非线性程度高的特征，普通离线仿真多采用迭代求解的方法，难以满足实时仿真的要求。相比之下，硬件在环实时仿真平台具有高速运算的优势，可为基于多端口电力电子变压器的交直流混合系统在结构设计、动态分析、稳定性研究等方面提供有效的支持。目前通常采用大步长结合小步长的方式来进行，但这种方式下仿真结果存在一定的误差，如何克服这一误差是提高仿真准确率的关键。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种基于不同步长仿真系统的仿真方法：包括基于高频电力电子开关电路的小步长仿真系统和基于大电网线性模型的大步长仿真系统，其中小步长仿真系统采用FPGA进行仿真，在FPGA中仿真得到阶梯波，经过阶梯波处理单元进行处理，然后再通过通讯单元输出给大步长仿真系统，其特征在于：阶梯波处理单元按照实时仿真系统的仿真步长，计算该阶梯波的波形平均值，然后再将该平均值发送给通讯单元，再由通讯单元输出给大步长仿真系统。小步长仿真系统是基于电力电子变压器拓扑特征的受控源模型进行小步长仿真。大电网线性模型的大步长仿真系统以Intel的CPU为运算单元，运行实时仿真系统。所述通讯单元为高速aurora串行通讯单元。所述仿真方法针对的系统是交直流混合仿真系统。所述波形平均值是用波形的面积除以大步长仿真系统的步长时长。所述大步长仿真系统的步长时长为50μs，小步长仿真系统的步长时长为1μs。
[0004]本专利技术的有益效果在于：
[0005]采用本专利技术的仿真方法可以显著减小不同步长、多仿真速率情况下的仿真结果误差，改善了仿真结果的振荡和抖动。
附图说明
[0006]此处所说明的附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0007]图1是本专利技术大步长仿真系统和小步长仿真系统的通讯结构图；
[0008]图2是本专利技术交直流混合系统的结构图；
[0009]图3是本专利技术H桥受控源等效电路；
[0010]图4是是本专利技术PET单模块等效电路图。
具体实施方式
[0011]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0012]在本专利技术的实施例中，电网中不同模块间的仿真速率要求的不同，首先对仿真模型进行分割解耦，也就是将交直流混合系统解耦为两部分，一部分是基于高频电力电子开关电路的小步长仿真系统，其中小步长仿真系统采用FPGA进行仿真，另一部分是基于大电网线性模型的大步长仿真系统；大步长仿真系统在实时仿真系统进行仿真；其中小步长仿真系统是基于PET(电力电子变压器)拓扑特征的受控源模型进行小步长仿真。如图1所示，系统的硬件主要由OP5600、OP5607组成。其中OP5600以Intel的CPU为运算单元，运行实时仿真系统，主要完成大电网线性模型计算和仿真管理功能；OP5607以FPGA为运算核心，用于PET受控源模型的仿真。
[0013]PET的控制部分采用双控制器结构，两台控制器通过交换机实时向上位机显示界面传送数据，控制的开始、停止、参数显示、交直流系统的运行状态显示等功能在上位机完成。考虑到PET的IGBT控制信号和模拟量信号数量众多，本专利技术采用高速aurora串行通讯单元来传输电力电子变压器控制器所需的输入和输出信号。
[0014]其中，在FPGA中仿真得到阶梯波，经过阶梯波处理单元进行处理，然后再通过通讯单元输出给大步长仿真系统。其中阶梯波处理单元按照实时仿真系统的仿真步长，计算该阶梯波的波形平均值，即用波形的面积除以大步长仿真系统的步长时长，然后再将该平均值发送给通讯单元，再由通讯单元输出给大步长仿真系统。所述大步长仿真系统的步长时长为50μs，小步长仿真系统的步长时长为1μs。这样可以显著减小不同步长、多仿真速率情况下的仿真结果误差，改善了仿真结果的振荡和抖动。
[0015]其中，PET结构如图2所示，其子模块采用H桥级联双有源桥(DAB)的结构，PET共包含6个子模块，各子模块采用输入串联
‑
输出并联的方式进行连接。H桥与10kV交流电网直接相连，用于电压整流，DAB输出侧与直流变换器和逆变器相连，用于连接直流子网和交流子网。
[0016]所述PET的单个子模块可基于其拓扑特点分解为多个含受控源的等效电路。对于10kV侧的H桥整流环节，每一个H桥模块的电路拓扑可等效为含受控源的电路，如图3所示。其中，第一受控电压源U
chb1
的电压值和第二受控电压源U
chb2
的电压值由原边电容C
p
的电容电压U
pc
、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4的开关状态决定。不考虑同一桥臂任意两只开关同时开通和死区影响，当第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4都为关断状态，第一受控电压源U
chb1
的电压值为原边电容C
p
电容电压U
pc
，第二受控电压源U
chb2
的电压值为原边电容C
p
电容电压U
pc
值的负数；当第一开关S1为开通状态、第二开关S2为关断状态、第三开关S3为开通状态、第四开关S4为关断状态，第一受控电压源U
chb1
的电压值为零，第二受控电压源U
chb2
的电压值为零；当第一开关S1为关闭状态、第二开关S2为开通状态、第三开关S3为关闭状态、第四开关S4为开通状态，第一受控电压源U
chb1
的电压值为零，第二受控电压源U
chb2
的电压值为零；当第一开关S1为开通状态、第二开关S2为关断状态、第三开关S3为关断状态、第四开关S4为开通状态，第一受控电压源U
chb1
的电压值为原边电容C
p
电
容电压U
pc
，第二受控电压源U
chb2
的电压值为原边电容C
p
电容电压U
pc
；当第一开关S1为关断状态、第二开关S2为开通状态、第三开关S3为开通状态、第四开关S4为关断状态，第一受控电压源U
chb1
的电压值为原边电容C
p
电容电压U
pc
值的负数，第二受控电压源U
chb2
的电压值为原边电容C
p
电容电压U
pc...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不同步长仿真系统的仿真方法，包括基于高频电力电子开关电路的小步长仿真系统和基于大电网线性模型的大步长仿真系统，其中小步长仿真系统采用FPGA进行仿真，在FPGA中仿真得到阶梯波，经过阶梯波处理单元进行处理，然后再通过通讯单元输出给大步长仿真系统，其特征在于：阶梯波处理单元按照实时仿真系统的仿真步长，计算该阶梯波的波形平均值，然后再将该平均值发送给通讯单元，再由通讯单元输出给大步长仿真系统。2.如权利要求1所述的基于不同步长仿真系统的仿真方法，其特征在于：小步长仿真系统是基于电力电子变压器拓扑特征的受控源模型进行小步长仿真。3.如权利要求1所述的基于不同步长仿真系统的仿真方法，其特征在于：大电网线性模型的大步长仿真系统以Intel的CPU为运算单元，运...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，何国庆，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：