專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，屬于電能質(zhì)量控制、改善設(shè)備的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：電能質(zhì)量是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，不僅與負(fù)荷有關(guān)，而且與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行方式等有關(guān)，因此，考核電能質(zhì)量設(shè)備不僅需要測(cè)試設(shè)備的各種電氣參數(shù)和性能，更重要的一點(diǎn)是將設(shè)備置于電力系統(tǒng)中，綜合衡量設(shè)備的運(yùn)行功能及各項(xiàng)性能指標(biāo)。因此需要將電能質(zhì)量設(shè)備的考核建立在基于電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真模擬平臺(tái)上，并應(yīng)提供具有高電壓、大電流的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。隨著電能質(zhì)量控制設(shè)備和各種電力節(jié)能設(shè)備在電力系統(tǒng)中大量推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的僅從設(shè)備制造角度對(duì)設(shè)備的考核方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。如何從電力系統(tǒng)的角度把握這類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行與控制，對(duì)這類(lèi)設(shè)備的功能作用進(jìn)行評(píng)價(jià)至關(guān)重要。例如，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投運(yùn)給某電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定控制和降低網(wǎng)損等具有明顯效益，需要考核與評(píng)估的問(wèn)題很多，除了設(shè)備的安全、可靠指標(biāo)外，關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制方面的問(wèn)題有(1)如何定量標(biāo)定對(duì)電網(wǎng)電壓改善效果；(2)如何定量降低網(wǎng)損的大小及其節(jié)能效益；(3)設(shè)備投入電網(wǎng)后，與電網(wǎng)的參數(shù)是否適配，是否存在諧波放大或諧振等問(wèn)題；(4)設(shè)備投運(yùn)后對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響等。又如，對(duì)電能質(zhì)量治理設(shè)備的試驗(yàn)分為型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由于考核方法和設(shè)備的限制，許多試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行?？傊诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)階段難以進(jìn)行評(píng)估的試驗(yàn)項(xiàng)目很多，如諧波抑制效果試驗(yàn)，由于缺乏大功率諧波源難以進(jìn)行，即使具備大功率諧波源，但無(wú)法針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)注入諧波，因而考核的標(biāo)準(zhǔn)或過(guò)嚴(yán)、或偏松，因此導(dǎo)致很多電能質(zhì)量設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)難以制定，或標(biāo)準(zhǔn)的可操作性差，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)缺乏約束力。對(duì)節(jié)能類(lèi)電氣設(shè)備考核通常需要直接帶載運(yùn)行，這類(lèi)電氣設(shè)備產(chǎn)生的節(jié)能效果大多來(lái)自負(fù)載本身，如風(fēng)機(jī)水泵類(lèi)的管網(wǎng)系統(tǒng)、照明光學(xué)系統(tǒng)等，對(duì)這類(lèi)設(shè)備的考核需要模擬各類(lèi)負(fù)載特性。建立電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要解決如下問(wèn)題，其一如何為被考核設(shè)備提供一種符合實(shí)際運(yùn)行條件的電網(wǎng)環(huán)境，將被考核設(shè)備置于虛擬電力系統(tǒng)中，進(jìn)行各種接近實(shí)際工況的運(yùn)行考核；被考核設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)反饋到虛擬電力系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)考核和評(píng)價(jià)被考核設(shè)備在電力系統(tǒng)的運(yùn)行及控制情況，并根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行效益評(píng)估。其二是如何構(gòu)建數(shù)字式大功率電子負(fù)載，用于模擬任意負(fù)載特性。因此需要解決以下問(wèn)題1)如何構(gòu)建所需的虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)環(huán)境；構(gòu)建電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心問(wèn)題之一是構(gòu)建虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建一種實(shí)時(shí)仿真的輸入、輸出信號(hào)與被考核設(shè)備的接口，使被考核電氣設(shè)備在虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)中表現(xiàn)為一種元件的約束關(guān)系(電壓、電流的伏安特性/微分一代數(shù)模型)參與到實(shí)時(shí)仿真計(jì)算中，按照實(shí)時(shí)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)電壓、電流代數(shù)方程，通過(guò)電力電子系統(tǒng)的快速可控性，提供被考核設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需的能量流動(dòng)與交換。一方面，被考核設(shè)備節(jié)點(diǎn)電壓與支路電流通過(guò)電壓/電流互感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D及光電隔離(光隔)等環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)輸入給虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)，用于控制輸入量，形成實(shí)時(shí)數(shù)字計(jì)算的邊界條件。另一方面，虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓信號(hào)由端口輸出，通過(guò)大功率電力電子接口裝置進(jìn)行功率放大，為被考核設(shè)備供電，形成被考核電氣設(shè)備所需電力系統(tǒng)環(huán)境。2)如何為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供高電壓、大功率電力電子接口裝置；在電能質(zhì)量綜合試驗(yàn)平臺(tái)中，大功率電力電子接口裝置受控于虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)，為被考核電氣設(shè)備所需的電力系統(tǒng)環(huán)境提供能量并完成所需能量的輸入與回饋。為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量設(shè)備考核目標(biāo)，綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所需的大功率電力電子電源要求具有快速響應(yīng)、能提供任意波形等特點(diǎn)。3)如何為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供高電壓、大功率非線(xiàn)性電力電子負(fù)荷；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的另一關(guān)鍵部件是大功率非線(xiàn)性負(fù)荷，該負(fù)荷應(yīng)能受控于實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)，并可模擬各類(lèi)負(fù)載特性，為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供負(fù)載環(huán)境。無(wú)論是電力系統(tǒng)環(huán)境還是負(fù)載模擬環(huán)境，大功率電力電子接口裝置將實(shí)現(xiàn)能量交換與回饋，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所需耗能最小。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的特點(diǎn)和難以實(shí)驗(yàn)等問(wèn)題，提出了一種電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它是基于人工智能機(jī)器人思想，采用大功率電力電子接口裝置，取代傳統(tǒng)的功率放大器。在提高接口電氣參數(shù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較大容量功率的吞吐，解決了數(shù)字一物理混合仿真中功率放大器的性能限制問(wèn)題。將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)視為智能機(jī)器人，按照機(jī)器人的感知單元、規(guī)劃單元、執(zhí)行單元三部分對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行劃分。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)機(jī)器人根據(jù)感觀到的系統(tǒng)信息，規(guī)劃下一步的運(yùn)行，并通過(guò)執(zhí)行單元付諸實(shí)現(xiàn)。利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可重復(fù)性及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)機(jī)器人的自學(xué)能力，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)逐步逼近的方法，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程最終到達(dá)所要求的運(yùn)行條件。最終實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)符合實(shí)驗(yàn)要求的參數(shù)，分析電能質(zhì)量設(shè)備的性能，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)中有大功率電力電子接口裝置和被考核設(shè)備，大功率電力電子接口裝置是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)信號(hào)和被考核設(shè)備之間的接口。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于-實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)包括數(shù)字仿真單元、監(jiān)控設(shè)備B、數(shù)字等效受控源和輸出端口，輸出端口和數(shù)字等效受控源電連接，監(jiān)控設(shè)備B分別與數(shù)字仿真單元、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析電連接；動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)內(nèi)被考核設(shè)備中控制環(huán)節(jié)和基本電路電連接，基本電路與大功率電力電子接口裝置相互電連接；動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)中還有監(jiān)控設(shè)備A，其與大功率電力電子接口裝置、控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析電連接；還包括全局控制單元，全局控制單元主要分為人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析三部分。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)中輸出端口的信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和光隔傳輸給大功率電力電子接口裝置；其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、光隔和大功率電力電子接口裝置之間的順序電連接，形成硬件接口。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于大功率電力電子接口裝置根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)傳來(lái)的端口信號(hào)及本地信號(hào)，控制接口運(yùn)行，將端口信號(hào)放大到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)水平。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于被考核設(shè)備產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)電壓/電流互感器、光隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D傳到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)將該補(bǔ)償信號(hào)作為數(shù)字等效受控源反饋到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的輸出端口；其中，電壓/電流互感器、光隔、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和數(shù)字等效受控源之間的順序電連接，形成軟件接口。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于大功率電力電子接口裝置采用全控器件IGBT驅(qū)動(dòng)單元和續(xù)流二極管構(gòu)成三相整流+逆變結(jié)構(gòu)，主要由隔離變壓器、整流電路、逆變電路及接口控制單元組成；整流電路通過(guò)隔離變壓器接交流系統(tǒng)，逆變電路接被考核設(shè)備基本電路；接口控制單元接收來(lái)自實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的信號(hào)，并分別與整流電路和逆變電路連接；當(dāng)需要大功率非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，將三相整流電路與逆變電路互換。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于采用連續(xù)一離散模型分離法。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用人工智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)，按功能分為感知單元、規(guī)劃單元和執(zhí)行單元三部分，規(guī)劃單元和執(zhí)行單元相互連接，并都與感知單元分別連接；感知單元包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真監(jiān)測(cè)，被考核設(shè)備監(jiān)測(cè)和大功率電力電子接口裝置監(jiān)測(cè)，均通過(guò)監(jiān)控設(shè)備A、B實(shí)現(xiàn)；規(guī)劃單元主要包括全局控制單元中的數(shù)據(jù)分析；執(zhí)行單元主要包括接口控制單元。如上所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)機(jī)器人具有無(wú)導(dǎo)師指導(dǎo)情況下的自學(xué)習(xí)能力。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明的動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的控制下，在其網(wǎng)絡(luò)端口形成相應(yīng)的模擬電壓、電流信號(hào)；大功率電力電子接口裝置將該信號(hào)放大到被考核設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行水平。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)構(gòu)成的虛擬電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)發(fā)送給動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)各元件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)辨識(shí)，在每個(gè)仿真步長(zhǎng)取動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)交界點(diǎn)的電流作為節(jié)點(diǎn)注入電流，將其運(yùn)行狀態(tài)加入到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的仿真計(jì)算中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備進(jìn)行測(cè)試考核實(shí)驗(yàn)。通過(guò)大功率電力電子接口裝置在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)信號(hào)與被考核設(shè)備之間的對(duì)接，使被考核設(shè)備在虛擬數(shù)字電力系統(tǒng)中表現(xiàn)為一種元件的約束關(guān)系(電壓電流的伏安特性/微分一代數(shù)模型)參與實(shí)時(shí)仿真的計(jì)算，按照實(shí)時(shí)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)電壓電流代數(shù)方程，通過(guò)大功率電力電子接口裝置的快速可控性提供被考核設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需的能量流動(dòng)與交換。綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的理論基礎(chǔ)為替代定理，即用電壓源或電流源來(lái)代替一條支路或者電路的某一部分。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的邊界條件在己知端口電流或電壓的條件下，由動(dòng)態(tài)刷新的電流源或電壓源代替。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)用于建立被考核設(shè)備的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真模型；被考核設(shè)備中的控制環(huán)節(jié)分析來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)基本電路運(yùn)行，基本電路與大功率電力電子接口裝置相連。全局控制單元配合監(jiān)控設(shè)備對(duì)平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，消除大功率電力電子接口裝置時(shí)滯和放大誤差，達(dá)到測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求的水平。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)輸入和輸出信號(hào)均為數(shù)字或弱電模擬信號(hào)，輸入、輸出信號(hào)通道通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和光隔，能有效避免外部干擾信號(hào)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的影響，能提供穩(wěn)定的直流電源。本發(fā)明采用大功率電力電子接口裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)混合仿真中的功率放大器，其本質(zhì)上是背靠背變流器；變流器受控于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)輸出的邊界電壓數(shù)字信號(hào)，在該信號(hào)的控制下可輸出任意波形。大功率電力電子接口裝置的能量取自電網(wǎng)，根據(jù)被考核設(shè)備額定電壓、功率的大小可任意調(diào)節(jié)，所以大功率電力電子接口裝置的電氣參數(shù)可達(dá)到被考核設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水平，并能夠根據(jù)實(shí)際情況與動(dòng)態(tài)物理子系統(tǒng)進(jìn)行四象限的有功、無(wú)功交換，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境的構(gòu)建及模擬。由于大功率電力電子接口裝置采用變流器結(jié)構(gòu)，整流和逆變電路可隨意控制互為轉(zhuǎn)換，因此大功率電力電子接口裝置可兼作大功率非線(xiàn)性負(fù)荷，非線(xiàn)性負(fù)荷由被測(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，而負(fù)荷的性質(zhì)、參數(shù)則由實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)控制，該負(fù)荷在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的控制下，可模擬各類(lèi)負(fù)載特性，為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供負(fù)載環(huán)境。其中，整流電路采用獨(dú)立控制方式；考慮直流側(cè)負(fù)荷變化的影響，盡可能減小注入電網(wǎng)的諧波。逆變電路要求能快速跟蹤端口信號(hào)，采用響應(yīng)速度極快的無(wú)差拍控制技術(shù)，并與平臺(tái)全局控制單元相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)端口信號(hào)的精確跟蹤。本發(fā)明采用連續(xù)—離散模型分離法(continuous-discontinuousmodelseparation,CDMS)，解決高頻開(kāi)關(guān)引起的模型時(shí)變性、計(jì)算復(fù)雜度高及計(jì)算誤差大等問(wèn)題。將電路模型中的開(kāi)關(guān)器件用理想電流源替代，然后用開(kāi)關(guān)模型G(Vsw)描述開(kāi)關(guān)器件的電壓電流關(guān)系，從而將開(kāi)關(guān)器件從整個(gè)電路模型中分離出來(lái)。方程G(Vsw)計(jì)算開(kāi)關(guān)電流，然后作為輸入，注入到電路模型方程F(VsRc,ISRC，ISW，X)中；電路模型方程F(VsRc,IsRc，Isw，X)計(jì)算出開(kāi)關(guān)上的電壓，作為輸入注入到開(kāi)關(guān)模型G(Vsw)中。因此對(duì)于大規(guī)模電路模型方程F中不再含有開(kāi)關(guān)器件，不受開(kāi)關(guān)動(dòng)作的影響。開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，只需要對(duì)G(Vsw)進(jìn)行更新，減少了計(jì)算量。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明在功能上采用人工智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)，配合全局控制單元，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行進(jìn)行全局監(jiān)控，消除大功率電力電子接口裝置的時(shí)滯和放大誤差，以達(dá)到測(cè)試考核實(shí)驗(yàn)要求的水平。作為機(jī)器人的信息來(lái)源，感知單元是基礎(chǔ)；規(guī)劃單元通過(guò)一定規(guī)則處理由感知單元得到的信息，指導(dǎo)執(zhí)行單元的操作；執(zhí)行單元一方面根據(jù)感知信息和預(yù)先設(shè)定的程序動(dòng)作，另一方面接受來(lái)自規(guī)劃單元的指導(dǎo)，規(guī)劃單元通過(guò)建立獨(dú)立全局控制單元實(shí)現(xiàn)。綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)機(jī)器人具有無(wú)導(dǎo)師指導(dǎo)情況下的自學(xué)習(xí)能力，通過(guò)對(duì)感知的外界信息進(jìn)行分析、處理，對(duì)平臺(tái)仿真控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)、修正，逐漸達(dá)到實(shí)驗(yàn)所要求的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用了物理仿真法具有的形象直觀、物理概念清晰、可以用原型機(jī)(實(shí)際裝置)進(jìn)行仿真等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用數(shù)字仿真系統(tǒng)能夠靈活方便地更改設(shè)置參數(shù)，具有較強(qiáng)的通用性，模擬規(guī)模較大等優(yōu)勢(shì)。將物理模擬與數(shù)字仿真相結(jié)合，充分發(fā)揮了兩種仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并與大功率電力電子技術(shù)結(jié)合，在提高接口電氣參數(shù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較大容量功率的吞吐，解決了數(shù)字一物理混合仿真中功率放大器的性能限制及大功率非線(xiàn)性負(fù)荷等問(wèn)題。將綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)視為人工智能機(jī)器人，按照機(jī)器人的感知、規(guī)劃、執(zhí)行三單元對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行劃分；利用實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性及平臺(tái)機(jī)器人的自學(xué)能力，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)逐步逼近的方法，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程最終到達(dá)所要求的運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備基本符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的測(cè)試考核環(huán)境，解決了這類(lèi)設(shè)備檢測(cè)難題。圖1，本發(fā)明實(shí)施例總體框圖。圖2，圖l中的大功率電力電子接口裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖3，圖2中的接口控制單元原理框圖。圖4，本發(fā)明實(shí)施例人工智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)圖。圖5，圖1中的全局控制單元工作流程圖。圖6，本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施流程框圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做詳細(xì)的說(shuō)明。圖l中的標(biāo)記1-實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)，2-大功率電力電子接口裝置，3-動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)，4-被考核設(shè)備，5-控制環(huán)節(jié)，6-基本電路，7-全局控制單元，8-人機(jī)界面，9-數(shù)據(jù)庫(kù)，10-數(shù)據(jù)分析，ll-監(jiān)控設(shè)備A，12-監(jiān)控設(shè)備B，13-電壓/電流互感器，14-光隔，15-模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，16-數(shù)字等效受控源，17-輸出端口，18-數(shù)字仿真單元；圖2中的標(biāo)記19-隔離變壓器，20-整流電路，21-逆變電路，22-接口控制單元，23-交流系統(tǒng)；圖3中的標(biāo)記24-主電路控制DSP，25-主電路控制FPGA，26-光隔FPGA;圖4中的標(biāo)記27-感知單元，28-實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，29-被考核設(shè)備監(jiān)測(cè)，30-大功率電力電子接口裝置監(jiān)測(cè)，31-規(guī)劃單元，32-執(zhí)行單元；圖5中的標(biāo)記33-數(shù)據(jù)總線(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例總體框圖如圖1所示，電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1和動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)3，其中，動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)3中有大功率電力電子接口裝置2和被考核設(shè)備4，大功率電力電子接口裝置2是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1的輸入、輸出數(shù)據(jù)信號(hào)和被考核設(shè)備4之間的硬件接口。在本實(shí)施例中還包括了全局控制單元7;全局控制單元7主要分為人機(jī)界面8、數(shù)據(jù)庫(kù)9和數(shù)據(jù)分析10三部分；動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)3中有大功率電力電子接口裝置2、被考核設(shè)備4和監(jiān)控設(shè)備All，被考核設(shè)備4中控制環(huán)節(jié)5和基本電路6電連接，基本電路6又與大功率電力電子接口裝置2電連接，監(jiān)控設(shè)備All分別與大功率電力電子接口裝置2、控制環(huán)節(jié)5、數(shù)據(jù)庫(kù)9和數(shù)據(jù)分析10電連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1包括監(jiān)控設(shè)備B12、數(shù)字等效受控源16、輸出端口17、數(shù)字仿真單元18;數(shù)字等效受控源16和輸出端口17電連接，監(jiān)控設(shè)備B12分別與數(shù)據(jù)庫(kù)9、數(shù)據(jù)分析10和數(shù)字仿真單元18電連接。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)l中輸出端口17的信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D15和光隔14傳輸給大功率電力電子接口裝置2;大功率電力電子接口裝置2根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)l傳來(lái)的端口信號(hào)及本地信號(hào)，控制接口運(yùn)行，將端口信號(hào)放大到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)水平；其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D15、光隔14和大功率電力電子接口裝置2之間的順序電連接，形成硬件接口，即動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)3在讀入信號(hào)的控制下，在其網(wǎng)絡(luò)端口上形成相應(yīng)的模擬電壓與電流信號(hào)；被考核設(shè)備4產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)電壓/電流互感器13、光隔14和模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D15傳到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1,實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1將該補(bǔ)償信號(hào)作為數(shù)字等效受控源16反饋到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的輸出端口17;其中，電壓/電流互感器13、光隔14、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D15和數(shù)字等效受控源17之間的順序電連接，形成軟件接口，即實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1通過(guò)輸入邊界點(diǎn)的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D15轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量，形成數(shù)字仿真子系統(tǒng)1的邊界條件。同時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)l、大功率電力電子接口裝置2、動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)3、被考核設(shè)備4信號(hào)傳輸?shù)人斜匦璧南到y(tǒng)運(yùn)行信號(hào)，通過(guò)監(jiān)控設(shè)備All、B12傳送至全局控制單元7的數(shù)據(jù)庫(kù)9及數(shù)據(jù)分析10,供存儲(chǔ)、分析。圖1中的大功率電力電子接口裝置2結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，大功率電力電子接口裝置2主要由隔離變壓器19、整流電路20、逆變電路21及接口控制單元22組成；整流電路20通過(guò)隔離變壓器19接交流系統(tǒng)23，逆變電路21接被考核設(shè)備4的基本電路6;接口控制單元22接收來(lái)自實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)1的信號(hào)，并分別與整流電路20和逆變電路21連接；當(dāng)需要大功率非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，將三相整流電路20與逆變電路21互換，三相整流電路20和逆變電路21由續(xù)流二極管grl-gr6、gil-gi6構(gòu)成。圖2中的接口控制單元22原理框圖如圖3所示，整流電路19與逆變電路20的控制器均采用全控器件IGBT驅(qū)動(dòng)單元和DSP(數(shù)字信號(hào)處理)+FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)結(jié)構(gòu)，分兩層。上層控制由主電路控制DSP24和主電路控制FPGA25兩塊板卡組成；上層控制負(fù)責(zé)完成人機(jī)接口、開(kāi)關(guān)量開(kāi)入//開(kāi)出控制、算法控制和檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)、主電路控制信號(hào)生成等功能。下層控制為光隔FPGA26板卡，通過(guò)光纖收發(fā)控制和主電路控制FPGA25卡通訊，接收上層控制單元發(fā)出的控制信號(hào)，分配給大功率電力電子接口裝置2的各電力電子開(kāi)關(guān)器件，同時(shí)監(jiān)控大功率電力電子接口裝置2主電路的工作狀態(tài)，并上傳故障信息。本發(fā)明實(shí)施例人工智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的人工智能機(jī)器人分為感知單元27、規(guī)劃單元31和執(zhí)行單元32三部分，規(guī)劃單元31和執(zhí)行單元32連接，并都與感知單元27分別連接；感知單元27包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)28，被考核設(shè)備監(jiān)測(cè)29和大功率電力電子接口裝置監(jiān)測(cè)30，均可通過(guò)監(jiān)控設(shè)備All、B12實(shí)現(xiàn)；規(guī)劃單元31主要包括數(shù)據(jù)分析10，來(lái)指導(dǎo)執(zhí)行單元32;執(zhí)行單元32主要包括接口控制單元22，來(lái)對(duì)大功率電力電子接口裝置2控制修正。圖1中的全局控制單元7工作流程圖如圖5所示，全局控制單元7由數(shù)據(jù)總線(xiàn)33、人機(jī)界面8、數(shù)據(jù)庫(kù)9、數(shù)據(jù)分析IO(狀態(tài)監(jiān)控、學(xué)習(xí)控制)組成。來(lái)自監(jiān)控設(shè)備All、B12的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)33傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)9和數(shù)據(jù)分析IO，數(shù)據(jù)分析10單元負(fù)責(zé)平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和學(xué)習(xí)任務(wù)，人機(jī)界面8則為用戶(hù)提供必要的圖文信息，方便用戶(hù)及時(shí)了解平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施流程框圖如圖6所示，機(jī)器人的自學(xué)習(xí)能力體現(xiàn)在全局控制單元7的數(shù)據(jù)分析10子單元內(nèi)。全局控制單元7的目的是分析數(shù)據(jù)庫(kù)9中已有的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修正，修正大功率電力電子接口裝置2逆變電路21的輸出。實(shí)施流程為a.首先對(duì)被考核設(shè)備4作必要的準(zhǔn)備工作；b.實(shí)驗(yàn)前對(duì)平臺(tái)進(jìn)行第w次初始化("=1,2，3，**);c.第w("=1，2，3**，)次運(yùn)行后，需檢測(cè)各系統(tǒng)的狀態(tài)是否符合實(shí)驗(yàn)條件；d.若不符合，進(jìn)一步判斷是否進(jìn)行過(guò)第w次全局控制，沒(méi)有，則進(jìn)行第w次全局控制干預(yù)，即調(diào)整相應(yīng)單元的參數(shù)，并記錄下第w次運(yùn)行情況，"=1時(shí)全局控制不介入；e.若已進(jìn)行過(guò)第"次全局控制，則分析第w次運(yùn)行狀況，得出第w+l次的控制參數(shù)，指導(dǎo)第W+1次運(yùn)行控制；f.開(kāi)始進(jìn)入下一次循環(huán)(第"+l次)；g.重復(fù)bf的步驟，在檢測(cè)到運(yùn)行參數(shù)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件及要求時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)最后一次滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件及要求的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，完成對(duì)被考核設(shè)備4的考核評(píng)估。權(quán)利要求1、一種電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)中有大功率電力電子接口裝置和被考核設(shè)備，大功率電力電子接口裝置是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)信號(hào)和被考核設(shè)備之間的接口。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)包括數(shù)字仿真單元、監(jiān)控設(shè)備B、數(shù)字等效受控源和輸出端口，輸出端口和數(shù)字等效受控源電連接，監(jiān)控設(shè)備B分別與數(shù)字仿真單元、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析電連接；動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)內(nèi)被考核設(shè)備中控制環(huán)節(jié)和基本電路電連接，基本電路與大功率電力電子接口裝置相互電連接；動(dòng)態(tài)物理模擬子系統(tǒng)中還有監(jiān)控設(shè)備A，其與大功率電力電子接口裝置、控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析電連接；還包括全局控制單元，全局控制單元主要分為人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析三部分。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)中輸出端口的信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和光隔傳輸給大功率電力電子接口裝置；其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、光隔和大功率電力電子接口裝置之間的順序電連接，形成硬件接口。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于大功率電力電子接口裝置根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)傳來(lái)的端口信號(hào)及本地信號(hào)，控制接口運(yùn)行，將端口信號(hào)放大到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)水平。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于被考核設(shè)備產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)電壓/電流互感器、光隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D傳到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)將該補(bǔ)償信號(hào)作為數(shù)字等效受控源反饋到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的輸出端口；其中，電壓/電流互感器、光隔、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和數(shù)字等效受控源之間的順序電連接，形成軟件接口。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于大功率電力電子接口裝置采用全控器件IGBT驅(qū)動(dòng)單元和續(xù)流二極管構(gòu)成三相整流+逆變結(jié)構(gòu)，主要由隔離變壓器、整流電路、逆變電路及接口控制單元組成；整流電路通過(guò)隔離變壓器接交流系統(tǒng)，逆變電路接被考核設(shè)備基本電路；接口控制單元接收來(lái)自實(shí)時(shí)數(shù)字仿真子系統(tǒng)的信號(hào)，并分別與整流電路和逆變電路連接；當(dāng)需要大功率非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，將三相整流電路與逆變電路互換。7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用人工智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)，按功能分為感知單元、規(guī)劃單元和執(zhí)行單元三部分，規(guī)劃單元和執(zhí)行單元相互連接，并都與感知單元分別連接;感知單元包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真監(jiān)測(cè)，被考核設(shè)備監(jiān)測(cè)和大功率電力電子接口裝置監(jiān)測(cè)，均通過(guò)監(jiān)控設(shè)備A、B實(shí)現(xiàn)；規(guī)劃單元主要包括全局控制單元中的數(shù)據(jù)分析;執(zhí)行單元主要包括接口控制單元。全文摘要本發(fā)明提出了一種基于人工智能機(jī)器人思想的電能質(zhì)量及節(jié)能設(shè)備的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它采用大功率電力電子接口裝置，取代傳統(tǒng)的功率放大器。在提高接口電氣參數(shù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較大容量功率的吞吐，解決了數(shù)字—物理混合仿真中功率放大器的性能限制問(wèn)題。將平臺(tái)視為智能機(jī)器人，按照機(jī)器人的感知、規(guī)劃、執(zhí)行單元三部分對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行劃分。平臺(tái)機(jī)器人根據(jù)感觀到的系統(tǒng)信息，規(guī)劃下一步的運(yùn)行，并通過(guò)執(zhí)行單元付諸實(shí)現(xiàn)。利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可重復(fù)性及平臺(tái)機(jī)器人的自學(xué)能力，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)逐步逼近的方法，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程最終到達(dá)所要求的運(yùn)行條件。最終綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)符合實(shí)驗(yàn)要求的參數(shù)，分析電能質(zhì)量設(shè)備的性能，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。文檔編號(hào)G01R31/00GK101359025SQ20081019705公開(kāi)日2009年2月4日申請(qǐng)日期2008年9月24日優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日發(fā)明者左文霞,李尚勝,李澍森,查曉明,桂朋林,石延輝,程軍照申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院