[发明专利]一种基于多实时仿真器的数模混合仿真接口测试平台

说明书

本发明属于数字物理混合仿真技术领域，特别是提供了一种基于双实时仿真器的数模混合仿真接口测试平台。平台包含两台实时仿真器分别模拟数字侧和物理侧，仿真器并行运行，并通过真实物理接口连接来模拟实际混合仿真系统工况。测试平台比离线仿真更贴近于实际混合仿真系统工况，通过平台可以快速实现不同工况下仿真接口有效性的验证，及对参数进行在线整定，大大加快了研发过程。平台解决了接口算法研究中缺乏实际工况验证及参数整定困难的问题。

技术领域

本发明属于数字物理混合仿真技术领域，具体涉及一种基于多实时仿真器的数模混合仿真接口测试平台

背景技术

随着风电、光伏等可再生能源设备大规模并网、特高压交直流混合输电工程的投入运行，以及柔性交流输电装置和继电保护装置的大量应用，电网的运行特性及各部分间相互作用机理均发生了较大改变。采用数字仿真方式对系统进行模拟，难以准确反映电力电子器件的开关特性，而采用真实物理设备进行模拟，仿真规模有限且造价高。数字物理混合仿真，又称为功率硬件在环仿真,用实时数字仿真器模拟大规模电网；将新能源发电系统、模块化多电平换流器等结构复杂、不能精确模拟的部分用实际物理设备代替^]，仿真数字部分和物理部分通过功率接口相连接。这种仿真方式将数字仿真和物理仿真各自的优势相结合，是未来对电力系统进行仿真的重要手段。

在PHIL仿真中，功率接口承担着信号以及能量交互的作用。在交互过程中会不可避免地将延时、噪声等非理想因素引入系统，影响系统精确性与稳定性。功率接口算法是决定混合仿真系统性能的关键，理想变压器法(ITM)和阻尼阻抗法(DIM)是最为基础的两种接口算法,近些年国内外许多学者在这两种算法的基础上进行了改进。改进后接口算法的精确性和稳定性与算法中可调参数密切相关，而参数的整定往往只能通过复杂的计算或通过不断仿真进行尝试，既耗时准确性又不能得到保障。并且受到试验条件限制，目前对于改进接口算法的研究大多只停留在离线仿真阶段，缺乏实际工况下的有效性验证。

发明内容

为解决接口算法研究中缺乏实际工况验证及参数整定困难的问题，本文搭建了基于双实时仿真器的混合接口测试平台。两台实时仿真器分别模拟数字侧和物理侧，仿真器并行运行，并通过真实物理接口连接来模拟实际混合仿真系统工况。

双实时仿真系统接口测试平台的结构如图1所示。平台采用两套实时仿真系统，一套进行数字侧实时仿真，一套模拟物理侧实时运行，将两套实时系统进行物理接口对接。通过改变两个系统间的运行方式，进行接口精度及稳定性的测试研究。PXI小步长实时仿真器具有两种仿真方式，FPGA核运算能力强，仿真步长小，用来模拟主电路拓扑；CPU核仿真步长较大，运行分布式电源的控制策略。两台PC上位机分别对两个子系统进行实时的监测和控制。不同于传统数字仿真的串行计算方式，测试平台的数字仿真系统和物理模拟系统并行运行于两台仿真器中，与实际数模混合仿真的工作时序相同，且信号在A/D，D/A转换及传输过程会存在固有延迟，比离线仿真更贴近实际硬件在环仿真的工况。

平台所用小步长仿真器仿真步长小于1μs，可以精确模拟电力电子开关动作特性，反映高频谐波分量等细节波形，能实现对于物理侧更为精确地模拟。由于平台和数字和物理侧均采用PXI实时仿真器模拟，因此接口模型和电路拓扑可根据实际需求任意改变，灵活性高。在数模混合实验中，接口算法选取不当可能会导致系统失稳，损坏功率放大器及物理侧设备。因此在接入实际的物理设备进行硬件在环实验之前，可以先通过平台对试验系统进行等效建模，验证接口算法的精确性及稳定性后，再进行实际混合仿真系统的搭建。这样在保证安全性的同时，可以省去复杂的物理设备操作过程，大大缩短开发周期。