能消除仿真信號遠距離傳輸誤差的數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及功率型數(shù)字物理混合仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種能消除仿真信 號遠距離傳輸誤差的數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大規(guī)模風電并網(wǎng)、微電網(wǎng)、大電網(wǎng)互聯(lián)、W及特高壓交直流混合輸電的實施， 電力系統(tǒng)的并網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變得越來越復雜。為了保證大量新型設(shè)備投入復雜電網(wǎng)后 能安全穩(wěn)定地運行，必須采取合理的仿真手段對其相互作用的機理和運行控制技術(shù)等進行 多方面的研究。電力系統(tǒng)物理模擬仿真采用與原型系統(tǒng)標么值參數(shù)相等的模擬系統(tǒng)，利于 對新型設(shè)備建模，可W更加準確地反應(yīng)裝置的特性，但是其投資大、建模周期長、也很難對 大規(guī)模系統(tǒng)進行仿真。實時數(shù)字仿真的特點是搭建模型比較方便、投資周期短、靈活性高， 能夠?qū)崿F(xiàn)較大規(guī)模的系統(tǒng)仿真，但是對于數(shù)學建模不太完善的新型設(shè)備無法進行準確的模 擬。因此考慮實施實時數(shù)字仿真與物理模擬仿真相結(jié)合的數(shù)字物理混合仿真，對新型設(shè)備 和復雜電網(wǎng)進行仿真分析。
[0003] 如圖1所示，功率型數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)包含=個部分：數(shù)字仿真子系統(tǒng)、物理 仿真子系統(tǒng)和數(shù)模混合仿真接口系統(tǒng)。物理仿真子系統(tǒng)采用實際物理元件模擬目標系統(tǒng)中 那些數(shù)學模型未知的新型設(shè)備或者高頻電力電子變換器；數(shù)字仿真子系統(tǒng)采用數(shù)值計算技 術(shù)按步長求解目標系統(tǒng)內(nèi)剩余各點的電壓、電流、有功、無功等物理量；數(shù)?；旌戏抡娼涌?系統(tǒng)將前述兩者結(jié)合起來，負責它們之間信號的交互，使得整套仿真系統(tǒng)能夠正常、準確的 描述目標系統(tǒng)。監(jiān)控后臺與物理仿真子系統(tǒng)和數(shù)字仿真子系統(tǒng)分別相連，監(jiān)控后臺負責總 體的協(xié)調(diào)控制。
[0004] 數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)負責數(shù)字仿真子系統(tǒng)和物理仿真子系統(tǒng)之間的信號交互。 如圖2所示，數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)由物理仿真接口、物理側(cè)調(diào)理機箱、數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱、 數(shù)字仿真接口組成。數(shù)字仿真子系統(tǒng)通過數(shù)字仿真接口與數(shù)模混合仿真接口系統(tǒng)相連，物 理仿真子系統(tǒng)通過物理仿真接口與數(shù)模混合仿真接口系統(tǒng)相連。物理仿真接口通過兩組= 相電壓線路、兩組=相電流線路與物理側(cè)調(diào)理機箱相連，數(shù)字仿真接口也通過兩組=相電 壓線路、兩組=相電流線路與數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱相連。
[0005] 數(shù)字仿真子系統(tǒng)是由實時數(shù)字仿真設(shè)備RTDS搭建的仿真平臺。數(shù)字仿真接口包 含了RTDS的內(nèi)部板卡。RTDS內(nèi)部板卡的作用之一是對信號進行D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換，即將 數(shù)字仿真子系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，將物理仿真子系統(tǒng)發(fā)來的模擬信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號。在運個過程中，因為采樣時間、串行通信W及板卡串聯(lián)等因素會造成信號相位 延遲。
[0006] 數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)物理側(cè)功率波動很大，容易對信號傳輸和測量產(chǎn)生干擾， 需要使物理仿真子系統(tǒng)和數(shù)字仿真子系統(tǒng)保持一定的距離。同時由于物理仿真子系統(tǒng)采用 實際設(shè)備進行仿真，一些設(shè)備體積較大或者對運行環(huán)境要求十分嚴格，所W物理仿真子系 統(tǒng)有時距離數(shù)字仿真子系統(tǒng)較遠，兩者通過數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)中的傳輸電纜連接，電 纜類型通常為屏蔽雙絞線。由信號在電纜中的傳輸時間所帶來的相位延遲W及長距離傳輸 帶來的幅值變動不能忽視。
[0007] 圖2中數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱和物理側(cè)調(diào)理機箱的作用都是進行電壓、電流信號轉(zhuǎn)換W 及濾波的作用。因為直接遠距離傳輸電壓信號，易受噪聲干擾，且線路阻抗會產(chǎn)生電壓降， 引起電壓衰減，造成信號失真，無法滿足信號高精度傳輸?shù)囊?。而直接遠距離傳輸電流信 號，抗干擾能力較強，且電流信號受線路阻抗的影響較小，因而在數(shù)字物理混合仿真接口系 統(tǒng)中所有的信號都是轉(zhuǎn)換為5~20mA的電流源信號傳輸?shù)?。濾波則是為了過濾掉信號傳 輸過程中帶入的高頻噪聲分量，但是濾波環(huán)節(jié)同樣會產(chǎn)生相位延遲。由此可見調(diào)理機箱中 的信號轉(zhuǎn)換W及濾波環(huán)節(jié)也會引入信號相位的延遲。
[0008] 在實際的仿真過程中，物理仿真子系統(tǒng)有時候需要模擬電網(wǎng)的故障過程，在故障 的暫態(tài)過程中，電流和電壓均會出現(xiàn)一定的諧波分量，運些諧波分量信號也是需要準確傳 輸?shù)?。而不同頻率的信號在傳輸過程中產(chǎn)生的相位延遲和幅值影響均不相同，因此很可能 在經(jīng)過傳輸和轉(zhuǎn)換W后疊加出來的波形和原始信號波形相差甚遠，給仿真結(jié)果帶來巨大影 響。
[0009] 即在實際的數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)中，信號遠距離傳輸、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換 W及RTDS內(nèi)部模塊的延時等不可避免，信號延時時間越長，數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)越容易 出現(xiàn)振蕩和發(fā)散情況，另外，由于信號在遠距離電纜中傳輸不僅會帶來相位的延遲，還會帶 來幅值上的變動，運會都會對仿真結(jié)果的準確性造成影響。因此，如何減小甚至消除信號傳 遞過程中產(chǎn)生的相位延遲和幅值變動對于數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定、精確運行至關(guān)重 要的。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能消除仿真信號遠距離傳輸誤差的 數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)。
[0011] 本實用新型的技術(shù)問題通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種能消除仿真信號遠距離傳輸 誤差的數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)，包括物理側(cè)仿真接口、物理側(cè)調(diào)理機箱、數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱、 數(shù)字側(cè)仿真接口，所述物理側(cè)仿真接口通過物理側(cè)=相電壓電流輸入線路和數(shù)字側(cè)=相電 壓電流輸出線路與所述物理側(cè)調(diào)理機箱相連，所述數(shù)字側(cè)仿真接口通過數(shù)字側(cè)=相電壓電 流輸入線路和物理側(cè)=相電壓電流輸出線路與所述數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱相連，所述物理側(cè)調(diào)理 機箱通過電纜與所述數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱相連，其特征在于，所述物理側(cè)仿真接口與所述物理 側(cè)調(diào)理機箱之間的各條數(shù)字側(cè)=相電壓電流輸出線路中分別串聯(lián)有誤差消除電路，所述數(shù) 字側(cè)仿真接口與所述數(shù)字側(cè)調(diào)理機箱之間的各條物理側(cè)=相電壓電流輸出線路中也分別 串聯(lián)有誤差消除電路。
[0012] 所述誤差消除電路的輸入端還設(shè)有用于將輸入的信號轉(zhuǎn)換成電壓源信號的轉(zhuǎn)換 模塊，電壓源信號也即一種電壓信號，運里主要為了與輸入轉(zhuǎn)換模塊的電壓信號區(qū)別。
[0013] 所述誤差消除電路為有源補償電路，所述有源補償電路由由運算放大器構(gòu)成的幅 值校正電路和相位校正電路組成，所述幅值校正電路與和所述相位校正電路串聯(lián)。
[0014] 所述運算放大器為高速型運算放大器，高速型運算放大器相比于通用性運算放大 器，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和較寬的頻率響應(yīng)范圍，適用于具有A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換電路的場 合。
[0015] 作為所述有源補償電路的較佳實施方式，所述相位校正電路由高速型運算放大器 OPl、電阻RUR2、電容CUC2組成，高速型運算放大器OPl的同向輸入端與電容Cl同電阻 Rl的并聯(lián)單元相連，電容Cl同電阻Rl的并聯(lián)單元的另一端為所述相位校正電路的輸入端， 高速型運算放大器OPl的反向輸入端接公共端，電容C2和電阻R2并聯(lián)后串接在高速型運 算放大器OPl的輸出端和同向輸入端之間，高速型運算放大器OPl的輸出端為所述相位校 正電路的輸出端。
[0016] 所述幅值校正電路由高速型運算放大器0P2、電阻R3、R4組成，電阻R3的一端為 所述幅值校正電路的輸入端，另一端與高速型運算放大器0P2的同向輸入端相連，高速型 運算放大器0P2的反向輸入端與公共端相連，電阻R4串聯(lián)在高速型運算放大器0P2的輸出 端和同向輸入端之間，高速型運算放大器0P2的輸出端為所述幅值校正電路的輸出端。
[0017] 所述幅值校正電路的輸入端與所述相位校正電路的輸出端相連。
[0018] 作為本實用新型的較佳實施方式：所述電阻為滑動變阻器。
[0019] 所述轉(zhuǎn)換模塊和所述誤差消除電路設(shè)置在與其相近的數(shù)字側(cè)或物理側(cè)調(diào)理機箱 中。
[0020] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下有益效果：
[0021] 1)本實用新型的數(shù)?；旌戏抡娼涌谀芟β市蛿?shù)字物理混合仿真信號遠距離 傳輸過程中產(chǎn)生的幅值和相位的偏差，提高數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定性和仿真的精確 性；
[0022] 2)本實用新型的誤差消除電路結(jié)構(gòu)簡單，采用滑動變阻器，可W實時調(diào)節(jié)W便同 步比較物理側(cè)仿真接口和數(shù)字側(cè)仿真接口的輸入輸出波形之間的偏差，W便更好的消除信 號傳輸過程中產(chǎn)生的誤差；
[0023] 3)本實用新型的誤差消除通過有源補償電路實現(xiàn)，相比于無源電路它不但能夠?qū)?現(xiàn)信號幅值的補償，而且性能更好；本實用新型有源補償電路采用兩級運算放大器串聯(lián)，使 得有源補償電路具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的特點，避免給信號帶來失真；
[0024] 4)本實用新型采用硬件消除信號傳輸誤差，相比于采用軟件技術(shù)消除信號輸出的 情況，本實用新型能夠?qū)崟r對比誤差消除前后的信號；
[00巧]5)本實用新型除了能夠精確消除基波信號的傳輸誤差外，還能在一定程度上消除 基頻附近頻帶信號的傳輸誤差，使數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)在模擬電力系統(tǒng)故障暫態(tài)過程的 時候具有良好的效果。
【附圖說明】
[00%] 圖1為數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027] 圖2為數(shù)?；旌戏抡娼涌谙到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖3為本實用新型誤差消除電路的原理框圖；
[0029] 圖4為本實用新型較佳實施例的誤差消除電路的電路原理圖；
[0030] 圖5為數(shù)字仿真子系統(tǒng)通過本實用新型的數(shù)?；旌戏抡娼涌谙蛭锢矸抡孀酉到y(tǒng) 發(fā)送=相電壓信號和=相電流信號的信號傳輸流程圖，電壓信號在電纜中均W電流形式傳 輸；
[0031] 圖6為物理仿真子系統(tǒng)通過本實用新型的數(shù)模混合仿真接口向數(shù)字仿真子系統(tǒng) 發(fā)送=相電壓信號和=相電流信號的信號傳輸流程圖，電壓