基于rtds的低壓有源濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法
【專利摘要】一種基于RTDS的低壓有源濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法，所述方法將低壓APF裝置控制器（2）接入RTDS（1）實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)，建立閉環(huán)仿真測(cè)試平臺(tái)；通過RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真測(cè)試平臺(tái)對(duì)有源電力濾波器裝置控制器進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試。所述方法在RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真環(huán)境中構(gòu)建有源電力濾波器的運(yùn)行軟件模型，其中包括三相電網(wǎng)和負(fù)載，按照實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如線路、變壓器、負(fù)載的參數(shù)，以便完全模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況；同時(shí)構(gòu)建包括三相逆變橋及輸出濾波器的APF一次系統(tǒng)模型。本發(fā)明方法可對(duì)無功負(fù)載反復(fù)投切、諧波、系統(tǒng)短路、系統(tǒng)三相不平衡、系統(tǒng)頻偏、系統(tǒng)瞬時(shí)過壓或者欠壓等各類系統(tǒng)工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】基于RTDS的低壓有源濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種基于RTDS的低壓有源電力濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法，屬電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，無功及諧波負(fù)荷迅速增加，為了應(yīng)對(duì)這些問題，電力系統(tǒng)中越來越多的引入有源電力濾波器(簡稱APF)進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波治理。為確保此類裝置的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，通常需要進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)測(cè)試。目前上述試驗(yàn)測(cè)試主要采用軟件仿真或是通過現(xiàn)場(chǎng)投切及治理試驗(yàn)完成。軟件仿真可構(gòu)建符合裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的模型，實(shí)現(xiàn)方便，在驗(yàn)證理論算法和控制策略方面具備優(yōu)勢(shì)，但無法檢驗(yàn)實(shí)際控制器的真實(shí)性能，因此其準(zhǔn)確性存在疑問?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試準(zhǔn)確性可以得到保障，但實(shí)施難度較大，且很多特殊工況難以模擬，無法實(shí)現(xiàn)裝置的全面性能驗(yàn)證。
[0003]實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)(Real Time Digital Simulator簡稱RTDS)是國際上研制和投入商業(yè)化應(yīng)用最早的數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置，也是目前世界上使用最多，被最廣泛采用的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真裝置。全數(shù)字式實(shí)時(shí)仿真器RTDS由計(jì)算軟件(RSCAD)、計(jì)算處理和接口等硬件設(shè)備(RACK)組成，包括配套的工作站或微機(jī)，可以連續(xù)和實(shí)時(shí)地模擬電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)現(xiàn)象，典型的仿真步長為50?80微秒。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)具有電網(wǎng)及其各種狀態(tài)的精確模擬能力和多種輸入輸出接口，能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行全面的精確的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)試，同時(shí)能夠軟、硬件結(jié)合，因此構(gòu)建基于RTDS的APF裝置仿真測(cè)試模型，連接APF控制器進(jìn)行仿真測(cè)試將有效彌補(bǔ)純軟件仿真測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的各自缺點(diǎn)，既能模擬現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種工況，又能節(jié)約成本，同時(shí)由于直接測(cè)試了實(shí)物控制器所以具備較高的可信度，可為此類裝置的研發(fā)、設(shè)計(jì)與性能評(píng)估帶來了極大的便利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，根據(jù)電力系統(tǒng)采用有源電力濾波器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試無法實(shí)現(xiàn)全面驗(yàn)證的問題，本發(fā)明建立一種基于RTDS的低壓APF裝置控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，將低壓APF裝置控制器接入RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)，建立閉環(huán)仿真測(cè)試平臺(tái)；通過RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真測(cè)試平臺(tái)對(duì)有源電力濾波器裝置控制器進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試。
[0006]本發(fā)明方法首先在RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真環(huán)境中構(gòu)建有源電力濾波器的運(yùn)行軟件模型，其中包括三相電網(wǎng)和負(fù)載，按照實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如線路、變壓器、負(fù)載的參數(shù)等，以便完全模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況；同時(shí)構(gòu)建包括三相逆變橋及輸出濾波器的APF—次系統(tǒng)模型。
[0007]本發(fā)明閉環(huán)仿真測(cè)試裝置包括RTDS輸入輸出硬件接口、APF控制板和信號(hào)接口板；RTDS輸入輸出硬件接口通過信號(hào)接口板連接APF控制板；其余部分包括三相電網(wǎng)、負(fù)載及APF主電路等均由RTDS軟件模擬。[0008]測(cè)試時(shí)RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)通過GTAO (模擬輸出接口)經(jīng)功放后向APF控制器提供必要的模擬電壓、電流信號(hào)。APF控制器接收這些信號(hào)后進(jìn)行計(jì)算處理，輸出開關(guān)信號(hào)至GTFPI (空接點(diǎn)輸入接口)驅(qū)動(dòng)開關(guān)及接觸器模型，輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)至GTDI (數(shù)字輸入接口)驅(qū)動(dòng)三相逆變橋模型，從而形成由APF控制器與RTDS (包括輸入輸出接口裝置和軟件模型)構(gòu)成的控制閉環(huán)。
[0009]由于低壓APF控制器一般需要低壓配電網(wǎng)額定220V電壓信號(hào)、交/直流小電流信號(hào)，輸出一般為開關(guān)信號(hào)(空接點(diǎn)信號(hào))和脈沖信號(hào)。但RTDS的GTAO 口只支持輸出±10V以內(nèi)的電壓信號(hào)，配合功放輸出電壓只能達(dá)到交/直流140V，無法達(dá)到220V ;輸出電流可達(dá)到30A，但0.2A以下交直流小電流輸出線性度及精度不高，無法滿足APF對(duì)交流/直流小電流信號(hào)的需求；且RTDS的GTDI輸入脈沖電平只兼容5V和24V，無法適用APF控制器其他脈沖輸入電平。
[0010]為實(shí)現(xiàn)APF控制器與RTDS軟件模型之間的信號(hào)匹配，本發(fā)明采用構(gòu)建RTDS的實(shí)物控制器仿真實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)接口中的接口板進(jìn)行信號(hào)的兼容。該接口板包括交流電壓調(diào)理模塊、小電流信號(hào)調(diào)理模塊、直流電壓轉(zhuǎn)直流電流調(diào)理模塊及脈沖調(diào)理模塊，可以有效的解決上述信號(hào)范圍及精度的匹配問題。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用基于RTDS的低壓APF控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法彌補(bǔ)了純軟件仿真測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的缺點(diǎn)，既能模擬現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種工況，又能節(jié)約成本，同時(shí)由于直接測(cè)試了實(shí)物控制器所以具備較高的可信度，可為此類裝置的研發(fā)、設(shè)計(jì)與性能評(píng)估帶來了極大的便利。本發(fā)明方法可對(duì)無功負(fù)載反復(fù)投切、諧波、系統(tǒng)短路、系統(tǒng)三相不平衡、系統(tǒng)頻偏、系統(tǒng)瞬時(shí)過壓或者欠壓等各類系統(tǒng)工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明閉環(huán)仿真測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是RTDS輸出信號(hào)匹配及傳遞過程框圖；
圖中圖號(hào):1是RTDS ;2是APF控制板；3是網(wǎng)側(cè)Ua電壓過零信號(hào)；4是負(fù)載三相電流信號(hào)；11是RSCAD模型；12是RTDS輸入輸出接口； 13是電壓電流功放；14是信號(hào)接口板；15是APF控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如圖1所示。
[0014]在RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真環(huán)境中構(gòu)建APF裝置的運(yùn)行環(huán)境(包括三相電網(wǎng)模型、非線性負(fù)載模型)及主電路模型(包括三相逆變器、輸出濾波電感及斷路器、緩沖電阻及接觸器等)，按照實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如電網(wǎng)阻抗、逆變器IGBT、輸出濾波電感等的參數(shù)；構(gòu)建信號(hào)輸入輸出模型，設(shè)置APF控制器需要的及輸出的信號(hào)變比及接收端口，具體包括電網(wǎng)三相電壓、負(fù)載三相電流、逆變器輸出三相電流、APF輸出的開關(guān)信號(hào)及脈沖信號(hào)。
[0015]將RTDS輸出的信號(hào)通過功放及信號(hào)接口板進(jìn)行放大或精度及電平的匹配，接入APF控制板JfAPF控制板輸出的信號(hào)同樣經(jīng)過信號(hào)接口板輸入RTDS裝置。其信號(hào)匹配及傳遞過程如圖2所示。
[0016]模型搭建及硬件連接完成之后主要開展以下測(cè)試試驗(yàn):
(I)觀察APF在投入電網(wǎng)后直流母線電壓能否正常升壓到額定值； (2)投切非線性負(fù)載，觀察APF輸出的電流是否能夠瞬時(shí)跟蹤，有無振蕩，直流母線電壓是否波動(dòng)超過期望值，電網(wǎng)側(cè)的諧波治理效果是否達(dá)到國標(biāo)要求；
(3)投入超過APF補(bǔ)償能力的非線性負(fù)荷，觀察APF輸出是否過流，是否能夠限定在額定值輸出；
(4)設(shè)置電網(wǎng)電壓畸變、過壓、低電壓及負(fù)載三相不平衡情況，觀察APF輸出是否受到影響，直流母線電壓是否穩(wěn)定，電網(wǎng)側(cè)的諧波治理效果是否受到影響；
(5)設(shè)置APF正常運(yùn)行情況下，電網(wǎng)突然短路(包括接地及相間短路)情況下，觀察APF能否有效保護(hù)，切除電網(wǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于RTDS的低壓有源濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法，其特征在于，所述方法將低壓APF裝置控制器接入RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)，建立閉環(huán)仿真測(cè)試平臺(tái)；通過RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真測(cè)試平臺(tái)對(duì)有源電力濾波器裝置控制器進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RTDS的低壓有源濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法，其特征在于，所述方法在RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真環(huán)境中構(gòu)建有源電力濾波器的運(yùn)行軟件模型，其中包括三相電網(wǎng)和負(fù)載，按照實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如線路、變壓器、負(fù)載的參數(shù)，以便完全模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況；同時(shí)構(gòu)建包括三相逆變橋及輸出濾波器的APF —次系統(tǒng)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RTDS的低壓有源濾波器控制器的閉環(huán)仿真測(cè)試方法，其特征在于，所述閉環(huán)測(cè)試，在測(cè)試時(shí)，RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)通過模擬輸出接口，經(jīng)功放后向APF控制器提供必要的模擬電壓、電流信號(hào)；APF控制器接收這些信號(hào)后進(jìn)行計(jì)算處理，輸出開關(guān)信號(hào)至空接點(diǎn)輸入接口，驅(qū)動(dòng)開關(guān)及接觸器模型，輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)至數(shù)字輸入接口，驅(qū)動(dòng)三相逆變橋模型，從而形成由APF控制器與包括輸入輸出接口裝置和軟件模型的RTDS構(gòu)成控制閉環(huán)。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103760888SQ201410000982
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】鄧才波, 范瑞祥, 徐在德, 肖紅霞, 潘本仁, 熊俊杰 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院