[发明专利]一种基于虚拟线路补偿的数模混合仿真功率接口算法

说明书

本发明属于配电网数字物理混合仿真技术领域，特别是提供了一种基于虚拟线路补偿的主动配电网数模字物理混合仿真功率接口结构，及接口算法。该方法在理想变压器法的基础上添加了一条虚拟线路，通过虚拟线路对数字侧受控电流源控制信号进行补偿，以提升混合仿真系统稳定性；同时根据虚拟线路上流过的虚拟功率对系统进行延时补偿，以提升混合仿真系统的精确性。

技术领域

本发明属于配电网数字物理混合仿真技术领域，特别是提供了一种基于虚拟线路补偿的主动配电网数模字物理混合仿真功率接口算法。

背景技术

为应对传统能源短缺问题，含有风电，光伏等多种分布式电源的主动配电网已经成为未来智能配电网发展重要的方向。新能源接入使配电网各环节特性及其相互作用机理都发生了深刻变化，因此有必要对新能源设备运行特性及其对于电网的影响进行研究。传统数字仿真难以精确模拟分布式电源的动态特性，而物理模拟仿真造价高、灵活性差难以对主动配电网多种工况进行模拟。数字物理混合仿真将数字和物理仿真的优势相结合，将大规模的电力网络运行于实时仿真器中，而需要准确模拟的分布式电源物理设备则通过功率接口接入,这种仿真方式又称为功率硬件在环((power hardware-in-the-loop，PHIL)仿真，是未来主动配电网仿真分析的重要手段。

连接数字侧与物理侧的功率接口是PHIL系统中的关键环节。受到延迟，噪声等原因影响，功率接口中引入的误差会影响仿真系统的精度与稳定性。针对不同的仿真对象，应选用合适的接口算法，目前最为常用的接口算法有理想变压器(ideal transformermodel，ITM)法和阻尼阻抗(damping impedance method， DIM)法两种。

ITM法实现简单，但存在稳定性和延时问题，若发生失稳会损坏物理设备。DIM法的关键在于阻抗的实时匹配，如果阻尼阻抗可以一直和物理侧阻抗保持一致，则系统完全稳定，且不存在误差,但对于不同系统阻抗匹配十分困难。

本发明的基于虚拟线路补偿的改进ITM算法。在原有ITM法的基础上添加了一条虚拟线路，通过虚拟线路对数字侧受控电流源控制信号进行补偿，以提升混合仿真系统稳定性；同时根据虚拟线路上流过的虚拟功率对系统进行延时补偿，以提升混合仿真系统的精确性。在提升主动配电网混合仿真稳定性及精确性上的具有良好效果。

发明内容

为解决主动配电网数字物理混合仿真中，由于功率放大器设备、互感器、线路传输等设备本身固有延迟，对于混合仿真系统精确性和稳定性的影响。本发明提供了一种基于虚拟线路补偿的改进ITM算法，算法分为稳定性补偿和延时补偿两部分。

其中稳定性补偿方法具体为

基于替代定理将物理侧在数字侧等效为受控电流源，通过互感器采集功放输出的电流I₂进行控制,实际控制信号为I₁；数字侧电压U₁作为功率放大器的控制信号，功放等效为受控电压源，控制信号为U₂。在数字侧和物理侧间添加了一条虚拟线路，线路上有虚拟阻抗，并流过虚拟功率，虚拟电流。线路首末端电压分别为U₁和U₂，线路阻抗为Z^*，虚拟线路的压降即为误差量ε。由于两端电压差的存在，线路上会产生虚拟电流I^*和虚拟功率S^*。

加入虚拟线路后受控源电流源输出电流I₁(s)与流过数字侧阻抗的电流I′₁(s)、受控电压源输出电流 I₂(s)与流过物理侧阻抗的电流I′₂(s)不再相等，具体数量关系为

受控电流源的控制量I₂(s)由变为

I₁(s)＝I′₂(s)＝I₂(s)+I^*(s) (2)