一种低成本半实物自适应时钟虚拟微电网实验平台制造技术

本发明专利技术提供了一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，包括：（1）虚拟微电网模型服务器（VMMS）；（2）基于PC的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器（PMGCCCRC）；（3）连接虚拟微电网模型服务器与时钟基准可控的可编程微电网中央控制器（PMGCCCRC）的通信网络。该实验平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的微电网中央控制器软件，微电网仿真模型运行在虚拟微电网模型服务器（VMMS）上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自所述微电网仿真模型。本发明专利技术的优点在于：保证了仿真的正确性和精确度，所得的仿真结果更加真实可信，有效的缩短微电网的开发周期，大大降低了微电网半实物仿真的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本半实物自适应时钟虚拟微电网实验平台
本专利技术涉及一种应用在基于中央控制器的微电网系统中验证系统的协调控制、能量管理等控制策略的半实物实验平台，特别是一种低成本半实物自适应时钟虚拟微电网实验平台。
技术介绍
微电网是由多种微源组成的小型电网，可在充分满足用户对电能质量和供电安全要求的基础上，实现并网运行或独立自治运行；微电网对外表现为一个整体单元，并且可以平滑并入主电网运行。微电网中央控制器(MGCC)是整个系统的控制核心，其基本功能是实现对微电网中各个设备的数据采集、调度和控制，还实现微电网内设备的启动，并网运行与孤岛运行之间的无缝切换，跟踪微电网负荷，通过协调控制策略维护微电网的稳定运行，执行上层控制层的调度命令等任务。微电网控制任务的多样性以及微电网中各种分布式电源的灵活组合和配置方式决定了微电网控制策略与控制算法的具有较高的复杂性。在微电网的研发过程中，往往需要对其控制器的控制策略、控制算法和性能进行多方面的验证。目前微电网控制策略常用的验证方法有:离线仿真法、硬件在环(HIL)仿真法以及结合了快速控制原型(RCP)和硬件在环的实时仿真法。离线仿真方法可以提供变步长或者仿真步长较小的定步长仿真模型以提高仿真的精度，常用的平台有Matlab Simulink, PSCAD等。但离线仿真无法和MGCC协调工作，因而难以验证微电网控制器的性能指标，也无法精确的仿真由于设备之间的通信造成的延时对系统造成的误差以及通信故障时对系统造成的影响，所以一般只能对控制策略的可行性进行验证。该种方式可能会造成控制策略在离线仿真平台上能够满足控制要求，但在实际的系统上无法达到性能指标的情况。同时，由于各种仿真软件的用户友好程度不同与修改模型的工作量不同，替换一种微电网控制策略往往会导致对整个模型的修改，造成算法验证环节迭代次数的增加和研发周期的延长。硬件在环仿真方法属于半实物实时仿真的范畴。该方法对微电网中央控制器的控制对象仿真，能够实时地与MGCC协调工作来验证微电网中央控制器。目前实现该方法的典型实时仿真平台有RTLab, RTDS, Speedgoat等。但该类仿真平台往往要进行复杂的配置和硬件连接工作，搭建周期较离线仿真方法长很多。当系统规模扩大时，硬件将承受更大的计算压力和面对更高的性能要求，有时需要对模型进行合理的分割甚至扩展硬件才能达到仿真的要求。实时仿真系统价格高昂，扩展仿真平台会进一步提升研发成本，造成控制策略和算法验证环节的重复性投资或投资过剩。为了验证算法或者控制器往往没有必要进行如此大的投资。采用该方法也存在着一定的风险，当验证的算法不成熟或者存在错误时，有可能损坏仿真平台的硬件设备，造成时间成本和经济成本的飙升。结合快速控制原型与硬件在环的实时仿真法的控制器和控制对象均由实时仿真平台实现，虽然可以灵活的搭建不同的仿真对象模型、验证不同的控制算法，但仍然存在成本高昂、搭建周期长、配置复杂等与硬件在环仿真法同样的缺点。综上所述，在微电网的研发过程中需要一种便宜可信、配置简单、灵活高效的仿真实验平台。
技术实现思路
本专利技术针对微电网实验的特点，提出了 一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，针对微电网中央控制器的验证(如微电网系统的黑启动、协调控制、孤岛与并网模式切换、能量管理等算法的可行性验证、微电网设备通信网络的性能、控制指标的评测等)，提供了一种经济、可信、有效的实验平台。该平台基于现有的PC机和通信网络，通过时钟的自适应的方法解决了离线仿真模型与控制器实物之间的时钟同步问题，在此基础之上灵活集成和嵌入了各种控制算法、仿真模型和通信协议模块，在大大降低了微电网系统的研发成本和开发周期的同时有效地兼顾到微电网系统仿真的精确性。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题的:一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，包括:(I)虚拟微电网各被控设备及虚拟微电网模型服务器(Virtual Microgrid ModelServer, VMMS, VMMS)；(2)基于PC的具有时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(ProgrammableMicrogrid Centre Controller with Controllable Reference Clock,PMGCCCRC),其时钟基准可通过通信的方式进行外部控制并且微电网的控制算法是可编程的；(3)连接虚拟微电网模型服务器与可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的通信网络。优化的，在实际的微电网中采用以太网连接到微电网中央控制器(MGCC)的设备在虚拟微电网模型服务器端直接通过以太网连接到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)上，在实际微电网中通过串口连接到电网中央控制器(MGCC)的设备，在所述实验平台的虚拟微电网模型服务器端先通过相应的串口服务器转换成相应的串口信号再连接到所述平台中的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)上。优化的，所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的时钟基准具有外部的同步接口，可以根据外部的信号来同步时钟，驱动PMGCCCRC进行采样与控制。进一步具体的，该实验平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的可编程微电网中央控制器软件，微电网仿真模型运行在虚拟微电网模型服务器(VMMS)上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自所述微电网仿真模型，微电网的控制策略和控制算法集成在时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)中，整个虚拟微电网实验平台验证该控制策略和控制算法。进一步具体的，所述虚拟微电网模型服务器程序按照逻辑结构划分为通信层、协议解析层、模型层和用户交互层；虚拟微电网模型服务器程序的通信层是软件部分与物理通信链路的接口，该层向协议解析层提供服务，接收所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的所有指令并将指令内容传递给协议解析层，同时将协议解析层返回的数据打包后回发给所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)，在所述实验平台初始化时，该层还负责各个设备网络通信延时的测量并将得到的通信参数提供给模型层，模型层则根据此参数调整仿真时钟，此处的通信延时指的是由于虚拟微电网为了模拟实际微电网中微电网中央控制器(MGCC)与设备的通信而造成的额外的延时；虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层向模型层提供服务并接受来自通信层的服务，该层在虚拟微电网初始化时统计各个协议转换所需要的时间并将得到的参数提供给模型层，模型层则以该参数为参考，调整仿真时钟；虚拟微电网服务器程序的模型层完成对微电网电气特性的精确模拟形成仿真模型并向用户交互层提供必要的数据和操作；所述虚拟微电网服务器程序的用户交互层接受所述模型层提供的服务并向用户提供交互的接口。采用该实验平台进行微电网的控制策略的验证的步骤如下:步骤1:对时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的受控对象进行分析，采用建模工具进行建模并生成可以编译的代码，该步骤生成的仿真模型决定了虚拟微电网的电气特性；步骤2:搭建本专利技术低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台；步骤3:配置所述实验平台中时钟基准可控的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于：包括：（1）虚拟微电网模型服务器（VMMS）；（2）基于PC的具有时钟基准可控的可编程微电网中央控制器（PMGCCCRC）；（3）连接虚拟微电网模型服务器（VMMS）与时钟基准可控的可编程微电网中央控制器（PMGCCCRC）的通信网络。

【技术特征摘要】
1.一种低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:包括: (1)虚拟微电网模型服务器(VMMS)； (2)基于PC的具有时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)； (3)连接虚拟微电网模型服务器(VMMS)与时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的通信网络。2.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:在实际的微电网中采用以太网连接到微电网中央控制器的设备在虚拟微电网模型服务器端直接通过以太网连接到时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)上，在实际微电网中通过串口连接到微电网中央控制器的设备，在所述实验平台的虚拟微电网模型服务器端先通过相应的串口服务器转换成相应的串口信号再连接到所述平台中的时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)上。3.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的时钟基准具有外部的同步接口，可以根据外部的信号来同步时钟，驱动PMGCCCRC进行采样与控制。4.根据权利要求1所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:该实验平台的软件系统包括虚拟微电网模型服务器程序和时钟基准可控的微电网中央控制器软件，微电网仿真模型运行在虚拟微电网服务器(VMMS)上，实际微电网中的所有需要采集和控制的参数均来自所述微电网仿真模型，微电网的控制策略和控制算法集成在时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)中，整个虚拟微电网验证该控制策略和控制算法。5.根据权利要求4所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:所述虚拟微电网模型服务器程序按照逻辑结构划分为通信层、协议解析层、模型层和用户交互层； 虚拟微电网模型服务器程序 的通信层是软件部分与物理通信链路的接口，该层向协议解析层提供服务，接收所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)的所有指令并将指令内容传递给协议解析层，同时将协议解析层返回的数据打包后回发给所述时钟基准可控的可编程微电网中央控制器(PMGCCCRC)，在所述实验平台初始化时，该层还负责各个设备网络通信延时的测量并将得到的通信参数提供给模型层，模型层则根据此参数调整仿真时钟，此处的通信延时指的是由于虚拟微电网为了模拟实际微电网中微电网中央控制器与设备的通信而造成的额外的延时； 虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层向模型层提供服务并接受来自通信层的服务，该层在虚拟微电网初始化时统计各个协议转换所需要的时间并将得到的参数提供给模型层，模型层则以该参数为参考，调整仿真时钟； 虚拟微电网服务器程序的模型层完成对微电网电气特性的精确模拟形成仿真模型并向用户交互层提供必要的数据和操作； 所述虚拟微电网服务器程序的用户交互层接受所述模型层提供的服务并向用户提供交互的接口。6.根据权利要求5所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:所述虚拟微电网模型服务器程序的协议解析层用插件模式实现，集成了各种不同的通信协议和数据格式，该层提供了虚拟微电网对实际微电网设备通信协议的仿真支持和调试验证的接口，该层还提供通信协议的调试接口。7.根据权利要求5所述的低成本半实物时钟自适应虚拟微电网实验平台，其特征在于:所述虚拟微电网服务器程序的模型层结合插件模式和包装模式对需要仿真的微电网模型进行包装，该层中的微电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜燕，胡瑞，张健，苏建徽，茆美琴，张国荣，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：