[发明专利]基于数据模型元件库的接触器真实运行环境半实物模拟系统

说明书

本发明的目的是提供一种基于数据模型元件库的接触器真实运行环境半实物模拟系统，其包括NI实时仿真系统、NI硬件平台及接触器硬件控制平台；NI实时仿真系统将接触器的控制决策与虚拟环境进行实时交互；接触器硬件控制平台包含接触器本体及控制电路两个实物部分；接触器的真实运动过程在接触器硬件控制平台完成；接触器本体的运行数据由NI硬件平台收集；所述NI硬件平台将收集的数据上传至NI实时仿真系统，为构建接触器数据模型元件库提供数据支持。实现了智能开关控制策略的研究测试、主电路拓扑的设计论证、控制器和开关本体的参数优化以及三维动态仿真模型和数据模型的更新修正等功能，形成了完整的智能开关研发体系。

技术领域

本发明属于电力仿真领域，具体涉及一种基于数据模型元件库的接触器真实运行环境半实物模拟系统。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，社会生产、生活对电能的需求和依赖不断增大，开关电器在电能的传输和配送、设备的控制和保护中作用日益显著。为适应电网容量的扩大及低压配电与控制系统的复杂化，对电器的结构、智能化、动作性能以及可靠性提出了越来越高的要求，因此构建完整的智能开关研发体系是电器工作者一直努力研究的课题。

近年来，关于智能开关的研究已经非常广泛，目前大部分研究都集中在数学建模、仿真优化和控制策略等方面。然而智能电器的设计与开发涉及电气、机械、控制、通信等多个领域，从理论上对其进行推导和计算较为复杂。早期低压电器的研究主要以静态设计为主，但由于静态特性并不能全面反映开关电器的实际工作情况，已经适应不了智能化、高品质、高效率、节能节材的设计需求。接触器规格种类繁多，触头容量涵盖9-2650A的宽范围，运行工况日益复杂，极大地增加机理建模和试验调试的周期和难度。机理建模依赖接触器实际参数和假设条件，即便针对相同的本体，随着接触器长时间运行后自身特性发生改变，加上实验室难以复现实际工况，离线建立的模型将与实际模型逐渐脱节，这些都给开关电器的智能化设计提出了严峻的挑战。

目前，国内外智能化设计技术发展迅速。人们将计算机辅助设计（CAD）技术、虚拟仿真设计技术、可靠性理念、人工智能技术与优化设计等运用于电器的设计与开发中，为低压电器的智能化设计注入了新的活力。半实物仿真因其更接近实际工程，在控制策略的测试、电路拓扑设计和设备本体优化过程中扮演着十分重要的角色，它是一种介于纯数学仿真与物理仿真之间的仿真方式，既有纯数学仿真的柔性变形能力，又具备物理仿真的实时性特点。将其应用于智能开关设计与研发过程中，能够有效解决开关电器智能控制设计与工程实际应用相脱节的问题。将开关的智能控制模块（实物）与在计算机上实现的控制对象的仿真模型联系在一起，在试验中，控制模块的动态特性、静态特性和非线性因素等都能真实地反映出来。

另一方面，现有仿真模型多为数学模型，根据开关设备的运行机理和相关参数建模，且包含诸多假设条件。在新型智能开关电器设计初期，大量本体结构参数并不明确，同时还面临运行环境、负载多样性、系统复杂性等诸多问题，单纯固定的数学模型已然不再适用。

随着大数据技术的迅速发展，提取开关真实运行数据的泛化关系，得到相关的数据应用模型不仅具有模型可重用性，方便模型多次使用和积累设计数据的特点，还具有实时修正更新，提升模型准确性的特点。其次，对开关不同的数据模型进行动态组合，还能够获得不同结构、不同负载等实验室条件下难以还原的现实工作场景的开关虚拟仿真环境。综上所述，受益于半实物仿真技术以及数据模型的应用，本设计将接触器及控制电路以实物的形式连接在仿真回路中，提出一种基于数据模型元件库的接触器半实物仿真系统，所建立的仿真系统为开关电器性能的优化、智能设计及控制策略的研究提供了良好的基础，形成了完整的智能开关研发体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数据模型元件库的接触器真实运行环境半实物模拟系统。