[发明专利]一种适用于有源被试系统的PHIL接口系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真中的接口技术领域，尤其是涉及一种适用于有源被试系统的PHIL接口系统。

背景技术

在现代电力系统理论研究和装备研发中，数字物理混合仿真得到越发广泛的应用。数字物理混合仿真又称硬件在环仿真(Hardware-in-the-loop，HIL)，这种方法将实际的物理装置或系统(Hardware under test，HUT)置于由实时数字仿真系统建立的虚拟电力系统(Virtuai Electrical System，VES)中进行闭环仿真。

HIL系统分为信号型混合仿真(Control Hardware-in-the-Loop，CHIL)与功率连接型混合仿真(Power Hardware-in-the--loop，PHIL)。其中，CHIL指数字仿真系统与HUT之间只传输低功率的控制信号。此时HUT一般为保护、控制装置等。与CHIL传输控制信号对应的，PHIL指数字仿真系统与HUT之间需要交换真实的物理功率，此时需要由四象限功率变换装置、互感器等物理装置构成接口模块。

PHIL系统由数字VES子系统、HUT子系统以及接口子系统等构成。其原理图见图1。VES子系统运行于实时数字仿真器。在一个仿真步长内(约50-60μs)，数字仿真器需要完成采集外部信号、实时求解模型、对物理装置执行激励、控制等功能，目前主流的实时数字仿真器是RTDS(Real time digital simulator)。HUT子系统是指被试的物理装置或系统。HUT子系统既可能是无源的，也可能是有源的。接口子系统用于连接数字的VES子系统和物理的HUT子系统，以实现交换控制信号和传输能量。接口子系统由接口硬件和接口算法两部分组成。其中，接口硬件包括四象限功率放大器、互感器等物理装置，功率放大器一般采用大功率电压源变换器(Voltage Source Convertor，VSC)。电流互感器(CT)、电压互感器(PT)采集HUT侧的电压与电流后，反馈到实时数字仿真系统中，以求解系统下一个仿真步长的状态。在CT、PT后加入后置低通滤波器以滤除由功率放大器和有源型HUT产生的高次谐波。

对PHIL技术开展研究的意义至少体现在两方面。其一，智能电网发展中涌现了大量新能源发电和储能技术，但目前对这些新设备的物理特性和数学模型研究尚不充分，难以建立其准确的数字仿真模型。利用PHIL技术，可将其以物理系统接入到由实时数字仿真技术模拟的电力系统中，这样有利于研究它们的物理特性。其二，在PHIL系统中，通过配置大容量的功率变换装置，可以构成强大的硬件测试平台。由于数字仿真可以建立较为真实的电力系统运行环境，并能够灵活模拟诸如故障、振荡、电压跌落等极端情况，使得装置在投入现场实际运行前得到充分的测试，所以PHIL技术在未来智能电网研究中将发挥重要作用。

由于具有上述优点，PHIL是目前研究的热点，引起了人们的广泛关注。然而，应用PHIL时会面临许多新的问题。

PHIL系统的接口单元中包含大容量的功率变换装置，其引入的延迟与噪声会对闭环仿真系统的稳定性与精确性产生严重影响。通过选择合适的接口算法，可以显著地提高PHIL系统的稳定性和精确性，因此对接口算法的研究成为PHIL研究中的关键问题。IEEE于2009年专门成立工作组对接口问题进行了研究。PHIL常用的5种接口模型，包括理想变压器(ITM)、时变一阶R-L模型近似(TFA)、输电线路解耦(TLM)、部分电路复制松弛解耦(PCD)、阻尼阻抗(DIM)等。这些接口算法各有特点，其中ITM法提出最早，原理直观且易于实现，在实践中应用最为广泛，其特点是带有源负载能力较强。时变一阶R-L模型近似(TFA)稳定性较差，一般较少采用。PCD方法虽然能够保证系统稳定运行，但其仿真精度不如ITM及DIM接口。TLM方法需要虚拟一条输电线路也限制其应用。DIM方法在VES侧具有较高的精度，在简化为SDIM接口后响应具有“透明性”，但其前提是VES的阻尼阻抗必须与HUT侧负载阻抗匹配。

目前现存接口算法存在的共性问题是：

1)现存接口不能根据HUT的动态信息灵活调整接口参数以改善仿真效果；

2)当HUT有源时，不存在一种接口能够同时确保VES与HUT的仿真精度并兼顾仿真稳定性的要求，这难以适应微网等有源型HUT的研究与试验需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可灵活调整接口参数、仿真精度高的适用于有源被试系统的PHIL接口系统。