[发明专利]一种功率级数模混合仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种功率级数模混合仿真系统。

背景技术

随着计算机技术特别是并行计算技术的飞速发展，以及各种实时数字仿真工具和物理仿真装置越来越多的应用到电力电子和电力系统仿真领域，仿真规模和研究领域得到极大拓展。数模混合仿真作为其中一种先进的仿真方法，既可对系统进行全数字仿真，也可对物理装置进行仿真试验，优化了电力系统的模拟过程。

许多已发表的文献利用数模混合仿真对二次设备如继电保护，直流控制系统等进行测试。仿真时接口交互的为信号量，因此这一类仿真被称为信号系统混合仿真SSHS（Signal System Hybrid Simulation），而对于一次设备的数字物理混合仿真，由于接口交互的为电网功率，这一类仿真属于能量系统混合仿真PSHS（Power System Hybrid Simulation），此时的接口也被称为功率连接接口。图1和图2分别为两种混合仿真接口不同的拓扑结构。现有的信号接口目前只能实现控制器级的数模混合仿真，无法接入发电机、变压器、线路、换流器等实际电力一次设备，且仿真规模较小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种功率级数模混合仿真系统，本发明提供的混合仿真系统采用硬件和软件资源，实现数字仿真器与物理仿真装置的功率级混合仿真，以达到合理利用资源，提升仿真水平，为研究交直流电网提供新手段的目的，解决了无法接入发电机、变压器、线路、换流器等实际电力一次设备，且仿真规模较小的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种功率级数模混合仿真系统，其改进之处在于，所述混合仿真系统包括：

硬件电路：用于实现数字侧与物理侧功率变换以及物理侧反馈信号采集输入；

数字模型：用于实现历史电流计算、延时补偿、数字侧电流输出、物理侧电压采集输入以及解耦线路模型；

所述硬件电路与数字模型之间进行功率交换，硬件电路将数字仿真器与物理侧待仿真装置进行连接，数字模型完成计算将计算参数输出给硬件电路，同时硬件电路将电气参数反馈给数字模型作为输入，实现数字侧和物理侧的功率级数模混合仿真。

其中，所述数字侧采用数字仿真器，物理侧采用物理仿真装置。

其中，所述硬件电路包括依次连接的前向输出环节和反向输入环节；前向输出环节包括依次连接的数字模拟D/A转换单元、前向缓冲单元、功率放大单元和电压变换单元；反向输入环节包括依次连接的数据采集单元、信号调理单元、反向缓冲单元和模拟数字A/D转换单元。

其中，所述功率放大单元采用功率放大器，选择电流源输出模式，用于实现数字模型的输出功率放大；

所述电压变换单元采用线性变压器或带饱和的变压器，用于对功率放大器输出电压信号进行升压；

所述前向缓冲单元和反向缓冲单元均采用反相器，用于提高数据采集的同步性和仿真精度；

所述数据采集单元用于实现数字仿真器和物理仿真装置电压电流信号的采集，采用电压互感器PT或电流互感器CT；

所述信号调理单元用于实现对数字模拟D/A转换单元和模拟数字A/D转换单元采集信号的放大和滤波。

其中，所述数字模型包括历史电流计算和延时补偿单元、电流输出单元、电压采集单元以及解耦线路模型单元；

所述历史电流计算和延时单元根据电压互感器PT采集到的电压值，首先对所述电压值进行相-模变换，用于三相解耦，并将解耦后的值变换成向量，得到历史电流值；历史电流计算和延时单元对数字模拟D/A转换单元、模拟数字A/D转换单元和功率放大单元带来的延时进行补偿；

所述电流输出单元用于实现数据输出以及数字模拟D/A转换单元的增益校正；

所述电压采集单元用于实现数据输入以及模拟数字A/D转换单元的增益校正；

所述解耦线路模型单元用于解耦线路，并通过硬件电路完成数字侧与物理侧在电气上的解耦。

其中，所述历史电流计算和延时补偿单元、电流输出单元、电压采集单元以及解耦线路模型单元均通过服务器实现；服务器与硬件电路连接。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1.采用全数字数字仿真与物理仿真相结合的方式，对大规模交直流混合输电系统进行数模混合实时仿真，是目前进行特高压大电网规划仿真实验研究的最有效方式，接口实现对研究交直流电网具有重要的意义。