基于时序分析的数字物理混合仿真技术:（三）稳定性分析

基于离散动态模型,对电力一次系统数字物理混合仿真的稳定性进行了研究。将混合仿真理解为一种数值方法,其稳定性由延时系统和离散动态模型的稳定性决定。基于延时微分方程组的理论,分析了延时系统的稳定性及离散动态模型的稳定性,并推导了接口稳定性的条件。通过LC二阶电路的混合仿真实验,验证了理论分析的结论。     

基于时序分析的数字物理混合仿真技术:（一）时序分析与离散动态模型

电力一次系统数字物理混合仿真是传统混合仿真技术的新发展,可以对功率设备进行仿真测试,是一种先进的仿真技术。这种新技术能充分发挥混合仿真的优点,不仅可以适应新能源革命下对各种新电力设备进行测试和研究的需求,还可以扩展混合仿真在电力系统研究中的传统应用,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。从混合仿真的结构出发,研究了数字、物理两侧交互工作的特点和规律,提出了"帧—步长时序"的原理和框架。基于该时序,研究了混合仿真接口建模中的时间协调关系,并建立了适用于一般混合仿真系统的离散动态模型。     

数字物理混合仿真系统的建模及理论分析（二）接口、稳定性与相移分析

基于混合仿真系统的离散动态模型,分析了混合仿真系统稳定的判据.在一个典型的一阶电路中,推导了混合仿真系统无直流稳态误差的条件,并设计了使混合仿真结果与真实解一致的接口算法.分析了步长和接口延时对混合仿真结果相移的影响,推导了相移的近似表达式.仿真步长等于接口延时的2倍时相移最小.通过仿真比较了不同接口算法和积分算法的效果,并验证了理论分析得到的结论.     

数字物理混合仿真系统的建模及理论分析:（一）系统结构与模型

数字物理混合仿真结合了数字仿真和物理模拟的优点,是仿真发展的新方向.接口算法是混合仿真中的关键问题.分析了混合仿真系统的结构,对串行时序和并行时序进行了比较.综述了已有的5种接口方法,并推导出其中4种方法的统一形式.最后建立了混合仿真系统的离散动态模型,该模型为混合仿真系统的理论分析提供了基础.     

基于数字物理混合仿真技术的继电保护自动化实训系统

针对目前国内继电保护专业实训系统存在的不足,建立了一套更符合电网生产现场要求、面向继电保护和自动化专业技术人员的继电保护实训系统。该系统将数字物理混合仿真系统、继电保护屏柜和综合自动化系统有机结合,采取电网数字化模型与真实的变电站二次设备相结合的方式,形成一套完整的实时闭环实训系统。该系统具备联机调试功能,可为继电保护专业人员营造逼真的实训环境,提高其处理系统故障时的综合分析能力。     

电力系统数字物理混合仿真接口算法综述

数字物理混合仿真结合了动态物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,是进行复杂电力系统研究分析的有效手段;接口算法是保证其闭环稳定性和仿真精确性的关键。文中给出了数字物理混合仿真系统构建的总体结构;对已有接口算法的基本原理、建模方法、存在的问题及其改进方法进行了详细的分析;通过仿真验证了理想变压器模型法、输电线路模型法与阻尼阻抗法的稳定性和精确性性能,并对各类算法的适用领域进行了总结。最后,针对数字物理混合仿真接口算法存在的问题与不足,提出了今后的发展方向和需要解决的关键技术问题。     

基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统

介绍了作者研发的基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统总体结构、关键技术及实现方法。该系统对变电站内监控系统、保护及测控装置、五防系统等采用现场真实物理设备,而变电站一次设备及其邻近电网采用数字仿真,同时采用电磁暂态与全动态电网联合仿真技术,这样既能详细而真实地反映变电站一次设备的行为,又能逼真地再现大电网各类动态过程对变电站的影响。应用该系统可以进行调度、集控站以及变电站运行人员的联合培训和反事故演习,特别是能够有效提高变电站运行人员实际操作的训练效果,并加强变电站人员的电网概念和全局观念。     

功率连接型数字物理混合仿真系统：（一）接口算法特性

功率连接型数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点,是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。接口算法是功率连接型混合仿真系统的关键技术。文中从稳定性和精确性2个方面,研究并建立了功率连接型混合仿真系统的接口特性。对阻抗阻尼接口进行了化简,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口的稳定性。分析了简化阻尼阻抗接口对数字仿真系统精确性的影响,得出在阻抗匹配时阻尼阻抗法不受接口延迟影响的透明特性。针对物理模拟系统无源和有源2种情况,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口对物理被试系统精确性的影响,得出理想变压器接口带有源负载能力优于阻尼阻抗接口的结论。根据理论分析结果,给出了在各种情况下选择接口算法的原则。     

基于RTDS的风光发电系统数字物理混合仿真分析

风光发电系统的仿真分析研究是发展可再生能源发电技术的重要环节,本文针对风光发电系统数字物理混合实时数字仿真的关键技术展开研究,构建风光发电系统电气架构和通信架构,采用实时数字仿真器作为研究工具,建立基于RTDS纯软件的各微电源单体控制系统模型和基于RTDS的数字物理混合仿真单体微电源模型,并分别在稳态和动态两种情况下对其进行仿真分析,研究两者间特性的差异,证明所建模型的有效性,为两类模型的选择使用提供指导。数字物理混和仿真分析条件更接近于实际情况,既可在物理平台上对控制策略的性能进行检验和调试,又可实时修正控制参数、控制策略,为实际工程设计提供重要实践依据。     

功率连接型数字物理混合仿真系统：（二）适应有源被试系统的新型接口算法

将实时数字仿真技术和动态物理模拟技术结合起来,可以对含可再生能源和储能的微网系统进行研究与测试。由于被试系统为有源系统,对混合仿真系统的接口算法提出了更高的要求。针对简化阻尼阻抗接口,设计了一种适用于有源被试系统的阻抗跟踪算法,实现了实时阻抗匹配。提出了一种新的混合接口模型,新接口用理想变压器接口构成前向驱动器,以激励物理模拟系统;由简化阻尼阻抗接口构成反向观测器,以获得精确的数字仿真结果。MATLAB仿真表明,对于有源被试系统,新接口算法兼顾了简化阻尼接口算法对数字仿真系统的"透明性"以及理想变压器接口的带有源负载能力。     

基于RT-LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

硬件在环仿真技术是近年来兴起的一种新颖的实时仿真技术,具有置信度高、方便方案验证与设计、缩短开发周期、减小开发成本等优点。将当前在工业中大量运用的永磁同步电机作为控制对象,设计了一种基于RT-LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台,实验过程及实验结果都证明了系统的优异性能,大大提高了研究工作的效率。     

新能源汽车驱动电机硬件在环仿真技术综述

随着新能源汽车电机驱动系统的发展以及复杂度和集成度的提高,电机驱动系统的测试已成为整车开发的重要组成部分。但大功率电机驱动测试难度较大且风险较高,尤其对于电机控制系统,传统的台架和实车测试往往不能满足需求。从信号级硬件在环和功率硬件在环仿真的结构、实时仿真模型、应用领域三个方面进行综述,通过比较硬件在环仿真和传统台架测试的优缺点,明确了电机硬件在环仿真准确性和灵活性的优点,体现出电机硬件在环仿真测试方法的优越性。     

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

模块化多电平换流器半实物仿真平台设计与实验验证

电平数较多的模块化多电平换流器(MMC)系统含大量高频开断的开关器件,其多模块的拓扑结构和复杂的协调控制导致基于纯物理装置的仿真实验建模面临诸多困难。针对这一问题,设计了一种MMC控制器并开发出样机,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)和物理控制装置的半实物混合仿真实验平台。其中,一次系统采用2.5μs小步长,能实现上百电平MMC系统的高精度仿真。控制器采用了多核技术,将并行的阀控部分分配在不同核之间,满足了实时控制的要求。通过多个稳态和暂态实验对平台实验能力和控制器的合理性进行验证,结果表明,此平台可灵活实现不同调制和控制策略,各项控制目标响应迅速且跟踪准确。所建立实验平台可以用于主电路设计论证、控制策略研究测试、控制器参数优化、柔性直流系统同大电网的交互研究等领域。     

基于 FPGA 的高对时精度智能终端装置

介绍了基于 FPGA 的高精度对时守时功能,结合智能终端装置实例,从智能终端功能、硬件选型、FPGA 功能设计、FPGA 软件设计等方面详细介绍了 FPGA 实现的方法和流程。通过型式试验测试,表明装置精度满足标准要求,保证了装置发送 SV值所带时标精度和数据的同步性。