本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真是指其仿真時(shí)間尺度與實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間尺度完全相同的仿真過程。二十世紀(jì)90年代以來，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)得到了快速發(fā)展并逐步得到推廣應(yīng)用。目前，在我國應(yīng)用最為廣泛的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)主要有RTDS(加拿大研制)和ADPSS(中國電力科學(xué)研究院研制)。電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)均可通過相應(yīng)的物理接口接入外置物理裝置，通過與外置物理裝置聯(lián)合協(xié)同工作完成數(shù)?；旌祥]環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)。

在進(jìn)行電力電子化電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要觀察到高頻開關(guān)器件運(yùn)行中的過渡過程，由于仿真實(shí)驗(yàn)所需計(jì)算量過大，導(dǎo)致電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的仿真運(yùn)行時(shí)間長度大于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間長度，并導(dǎo)致電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行頻率降低，由于現(xiàn)有外置控制器未能和電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間尺度同步，現(xiàn)有外置控制器仍按照預(yù)設(shè)的自身固定的頻率運(yùn)行，在這種情況下，外置的物理裝置的運(yùn)行頻率與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的頻率不同，將導(dǎo)致外置物理裝置與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)工作節(jié)拍不匹配，外置控制器的控制信號時(shí)序與仿真系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)序之間產(chǎn)生錯(cuò)亂，不能實(shí)現(xiàn)相互之間的協(xié)同工作，導(dǎo)致混合閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，其目的在于解決在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行頻率與實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率不同的情況下進(jìn)行數(shù)模混合閉環(huán)仿真時(shí)，現(xiàn)有外置物理控制器與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)因時(shí)序不一致而不能協(xié)同工作的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，包括計(jì)算單元、同步時(shí)鐘信號單元和接口單元；

其中，接口單元的第一端與同步時(shí)鐘信號單元第一端的相連，第二端與計(jì)算單元的第一端相連，第三端用于連接外部電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)；計(jì)算單元的第二端與同步時(shí)鐘信號單元的第二端相連；

其中，同步時(shí)鐘信號單元用于根據(jù)外部電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的同步時(shí)鐘信號、以及接口單元與計(jì)算單元所預(yù)設(shè)的頻率，生成同步信號，使得接口單元和計(jì)算單元與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)保持時(shí)鐘同步；

其中，計(jì)算單元用于根據(jù)接口單元采樣獲得的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)量、開關(guān)量、以及預(yù)置的或下載的待仿真控制算法計(jì)算出與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)工作時(shí)序相匹配的控制量，并通過接口單元將該控制量反饋到外部電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，由外部電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)根據(jù)該控制量完成數(shù)?；旌祥]環(huán)仿真，實(shí)現(xiàn)外置控制器與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)之間的協(xié)同工作；

待仿真的控制算法通過外部上位機(jī)下載到外置物理控制器的計(jì)算單元中并存儲(chǔ)；

接口單元作為所述外置物理控制器與外部電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺之間的交互通道，用于根據(jù)同步時(shí)鐘信號單元提供的上述同步信號實(shí)時(shí)調(diào)整接口單元的采樣周期，以自適應(yīng)外部電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行頻率。

優(yōu)選的，上述自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，其接口單元與計(jì)算單元之間采用高速光纖通道連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互以及一次側(cè)與二次側(cè)的電氣隔離；

在現(xiàn)有技術(shù)下，一次側(cè)與二次側(cè)的隔離主要由電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)實(shí)現(xiàn)，但由于本裝置涉及頻率的變化，PT和CT均基于50Hz，在頻率較低時(shí)PT、CT渦流損耗過大易導(dǎo)致信號畸變，通過在接口單元與計(jì)算單元之間采用高速光纖通道實(shí)現(xiàn)一次側(cè)與二次側(cè)的電氣隔離。

優(yōu)選的，上述自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，其接口單元包括面向電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的并列的模擬量輸出接口、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸出接口和數(shù)字量輸入接口；

其中，數(shù)字量輸入接口包括依次連接的電阻網(wǎng)絡(luò)和基于DSP的高速處理單元；數(shù)字量輸出接口包括依次連接的電阻網(wǎng)絡(luò)和基于DSP的高速處理單元；

模擬量輸入接口包括依次連接的電阻網(wǎng)絡(luò)、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、基于DSP的高速處理單元；模擬量輸出接口包括依次連接的電阻網(wǎng)絡(luò)、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和基于DSP的高速處理單元；

其中，電阻網(wǎng)絡(luò)用于將電力系統(tǒng)輸出的一次側(cè)信號通過分壓的方式轉(zhuǎn)換為低電壓；現(xiàn)有技術(shù)大多采用阻容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該功能并同時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波功能，但由于本裝置涉及頻率的變化，阻容網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著信號頻率的變化而變化，因此阻容電路將導(dǎo)致輸入量的幅值和相位變化；本發(fā)明中采用電阻網(wǎng)絡(luò)可以很好的保證幅值和相位不隨頻率的變化而發(fā)生改變；因此本發(fā)明采用電阻網(wǎng)絡(luò)完成分壓功能，而在基于DSP的高速處理單元采用數(shù)字濾波算法完成濾波功能。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明所提供的自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，通過同步信號處理、一次側(cè)與二次側(cè)的隔離處理，使該外置物理控制器在具有現(xiàn)有控制器的功能外，還能夠自適應(yīng)系統(tǒng)的頻率變化，使得外置物理控制器與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)之間協(xié)同工作，解決了在外置物理控制器與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)變頻聯(lián)合仿真過程中，由于仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)算量過大導(dǎo)致的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行頻率與實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率出現(xiàn)較大偏差而不同步導(dǎo)致的不能協(xié)調(diào)工作的問題；

為驗(yàn)證在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中新型元件數(shù)學(xué)模型、外置物理控制器控制策略、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中新型元件和外置物理控制器協(xié)同工作的正確性和有效性提供了有效可靠的驗(yàn)證工具，從而為新型元件數(shù)學(xué)模型、控制策略、新型元件和外置物理控制器協(xié)同工作等方面的實(shí)際運(yùn)用提供有效可靠的仿真依據(jù)。

(2)本發(fā)明所提供的自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，通過其接口單元對模擬量輸入接口和模擬量輸出接口的處理，使得模擬量的幅值和相位在變頻仿真過程中不會(huì)因?yàn)轭l率的改變而造成畸變；另一方面，其接口單元的采樣周期與計(jì)算單元的計(jì)算周期均通過同步時(shí)鐘信號實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)頻率的變化，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)與外置物理控制器正確、有效地協(xié)同工作。

附圖說明

圖1是ADPSS電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)與實(shí)施例提供的外置物理控制器協(xié)同進(jìn)行閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)的連接關(guān)系示意圖；

圖2是實(shí)施例提供的自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器的接口單元各接口的數(shù)據(jù)流向示意圖；

圖3是實(shí)施例提供的自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器的計(jì)算單元示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明實(shí)施例提供的自適應(yīng)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺變頻仿真的外置物理控制器，包括互相連接的控制信號計(jì)算單元、同步時(shí)鐘信號發(fā)生單元和接口單元；圖1所示是實(shí)施例提供的這種外置物理控制器在電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真系統(tǒng)(Advanced Digital Power System Simulator，ADPSS)上實(shí)際應(yīng)用的連接關(guān)系示意圖；

本實(shí)施例提供的外置物理控制器，其接口單元用于實(shí)現(xiàn)外置物理控制器與ADPSS系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交互，包括與ADPSS系統(tǒng)相連的模擬量輸出接口、模擬量輸入接口，數(shù)字量輸出接口和數(shù)字量輸入接口；該接口單元的所包括的各類接口的內(nèi)部功能框圖接口單元如圖2所示；

具體的，模擬量輸出接口包括電阻網(wǎng)絡(luò)、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和基于DSP的高速處理單元，由16位模組轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于根據(jù)同步時(shí)鐘信號、配合電阻網(wǎng)絡(luò)完成對ADPSS系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)輸出模擬量的采集，基于DSP芯片的高速處理單元通過數(shù)字濾波算法完成對采樣信號的預(yù)處理，濾除部分噪聲，并通過高速光纖通信信道將預(yù)處理后的相位和幅值發(fā)送到計(jì)算單元。

模擬量輸入接口包括電阻網(wǎng)絡(luò)、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和基于DSP的高速處理單元；其中，基于DSP芯片的高速處理單元根據(jù)計(jì)算單元發(fā)送的由高速光纖通信信道傳輸?shù)目刂屏?，以及同步時(shí)鐘信號，控制由16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將控制信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并通過電阻網(wǎng)絡(luò)將模擬量反饋到ADPSS系統(tǒng)中。

數(shù)字量輸出接口包括電阻網(wǎng)絡(luò)和基于DSP的高速處理單元；其中，基于DSP的高速處理單元通過數(shù)字濾波算法完成對采樣信號的預(yù)處理，濾除部分噪聲，并通過高速光纖通信信道將預(yù)處理后的采樣值發(fā)送到計(jì)算單元。

數(shù)字量輸入接口包括電阻網(wǎng)絡(luò)和基于DSP的高速處理單元；其中，基于DSP的高速處理單元根據(jù)計(jì)算單元發(fā)送的由高速光纖通信信道傳輸?shù)目刂屏恳约巴綍r(shí)鐘信號，并通過電阻網(wǎng)絡(luò)將控制信號數(shù)字量發(fā)送到ADPSS系統(tǒng)。

本實(shí)施例的外置物理控制器，其同步時(shí)鐘信號發(fā)生單元采用基于DSP高速處理芯片的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)ADPSS系統(tǒng)輸出的同步時(shí)鐘信號以及接口單元和計(jì)算單元的預(yù)設(shè)頻率，通過軟件實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)功能，并根據(jù)需求生成與各接口、計(jì)算單元的頻率同步的時(shí)鐘信號，并通過高速光纖通信信道傳輸，以保證外置物理控制器各接口和計(jì)算單元的工作頻率，使得外置物理控制器與ADPSS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。

本實(shí)施例的外置物理控制器，其計(jì)算單元如圖3所示意的，包括由EEPROM芯片、RAM芯片及DSP芯片構(gòu)成的計(jì)算系統(tǒng)，其中，EEPROM和SRAM用于存儲(chǔ)，DSP用于數(shù)字信號處理；

通過外部上位機(jī)將待仿真的控制算法下載到計(jì)算單元中，并在控制單元的EEPROM中存儲(chǔ)。計(jì)算單元根據(jù)與外部ADPSS系統(tǒng)相連的接口單元提供的采樣信號，以及待仿真的控制算法完成計(jì)算，產(chǎn)生與待仿真算法對應(yīng)的控制量，通過高速光纖通信信道將控制量通過接口單元發(fā)送到ADPSS系統(tǒng)，以控制閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)。

在與ADPSS系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于計(jì)算單元與接口單元間通過高速光纖通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)了控制器與ADPSS電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的電氣隔離，起到避免一次側(cè)的過電壓現(xiàn)象對二次側(cè)控制裝置造成損壞的作業(yè)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。