CN105182791A - 一种基于rtds的光伏发电***数字物理混合仿真*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***。该仿真***既可实现纯RTDS光伏发电***仿真又可实现数字/物理混合RTDS光伏发电***仿真。纯RTDS光伏发电仿真***在RTDS仿真软件中实现，包括仿真控制器、光伏发电***主电路数学模型和仿真电网模型。数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***由RTDS仿真软件、接口卡和物理设备构成，其中，RTDS仿真软件用于搭建电网仿真模型和光伏发电***主电路数学模型，提供实时仿真环境；接口卡用于提供RTDS仿真软件与物理设备之间实际工程接口；物理设备可为实际光伏***控制器或实际光伏***。一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***可通过多种模式的仿真对光伏***进行综合评价，为工程设计提供实践依据。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电***仿真技术领域，特别涉及一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***。
背景技术
太阳能光伏发电凭借其独特的优点一直受到青睐，光伏发电已成为国内可再生能源发展战略的重要内容，但由于其不同于常规电源的发电特点，输出功率波动较大，因此在实际日照强度和温度下的光伏发电***建模与仿真研究成为光伏发电领域的重要课题。
对于光伏发电***，传统的物理实验能比较准确地模拟实际情况，为其的理论研究提供实验支撑，其优点是直观，形象。但建立一个大功率的光伏发电***试验平台耗资巨大，设备参数不能灵活调节，所能提供的实验功能也较少，模拟规模有限，因此只能为特定的研究内容提供实验，而不具备通用性，并且接入实际电网后难以进行一些相关试验来检验控制***与电网之间的相互影响，如低压穿越、孤岛检测等。数字混合仿真技术在一定程度上可以弥补以上这些不足，对光伏发电***控制策略的研究显得非常必要。数字仿真通过计算机软件平台模拟实际光伏发电***，克服了物理仿真的缺陷。目前讨论的多数都是纯软件的仿真***，并未考虑与外部真实情况的联系，有时由于实际模型的复杂性，建立的模型也不够准确，故需将实际***对象原型放置在仿真***中进行研究。
光伏发电***的实时仿真条件更接近于实际情况，在实验室中既可对控制策略的性能进行检验和调试，大大缩短了控制***的研究周期，节省科研经费，又可实时修正控制参数，控制策略，为实际工程设计提供实践依据，因此具有广阔的应用前景。
经对现有技术文献的检索发现，一种基于RTDS的微电网试验测试平台（发明专利：201310144381.6）采用数字/物理仿真法，将微电网一次主回路的仿真模型建立在RTDS软件上，微电网控制器采用实际微处理器设备，并通过接口屏柜与RTDS仿真***进行信息交换。该***可以比较真实地仿真出实际微电网***的状态，但该方法仿真模式比较单一，无法通过多种仿真模式对***进行综合评价。
针对以上不足，本发明提出一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***，该仿真***既可实现纯RTDS光伏发电***仿真又可实现数字/物理混合RTDS光伏发电***仿真。因而可通过多种模式的仿真对光伏***进行综合评价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既可实现纯RTDS光伏发电***仿真又可实现数字/物理混合RTDS光伏发电***仿真的一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***。
为实现上述目的，本发明的一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***，纯RTDS光伏发电仿真***在RTDS仿真软件中实现，在所述RTDS仿真软件中搭建的数学模型包括：仿真控制器、光伏发电***主电路数学模型和仿真电网模型，由仿真控制器设置光伏***的控制算法;数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***由RTDS仿真软件、接口卡和物理设备构成，所述RTDS仿真软件用于搭建电网仿真模型和光伏发电***主电路数学模型，提供实时仿真环境；接口卡用于提供RTDS仿真软件与物理设备之间实际工程接口，通过接口卡的模拟通道将仿真软件的模拟量传输到物理设备，通过接口卡的数字通道将物理设备的数字信号传输到仿真软件；所述物理设备可为实际光伏***控制器或实际光伏***。所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有一种仿真模式是光伏发电***主电路和电网采用RTDS数学模型模拟，物理设备为光伏发电***控制器。所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有另一种仿真模式是电网采用RTDS仿真模拟并通过接口卡和功率放大器与外部物理设备连接，物理设备则为实际光伏***。
采用这种方式后，就可以通过多种模式的仿真对光伏***进行综合评价，为工程设计提供实践依据。
附图说明
图1是一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***。
图2是光伏发电***RTDS仿真模型。
图3是光伏并网发电***逆变控制策略。
图4是数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***模式。
图5是采用数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***的测试结果。
具体实施方式
一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***，其特征在于：纯RTDS光伏发电仿真***在RTDS仿真软件中实现，在所述RTDS仿真软件中搭建的数学模型包括：仿真控制器、光伏发电***主电路数学模型和仿真电网模型，由仿真控制器设置光伏***的控制算法;数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***由RTDS仿真软件、接口卡和物理设备构成，所述RTDS仿真软件用于搭建电网仿真模型和光伏发电***主电路数学模型，提供实时仿真环境；接口卡用于提供RTDS仿真软件与物理设备之间实际工程接口，通过接口卡的模拟通道将仿真软件的模拟量传输到物理设备，通过接口卡的数字通道将物理设备的数字信号传输到仿真软件；所述物理设备可为实际光伏***控制器或实际光伏***。所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有一种仿真模式是光伏发电***主电路和电网采用RTDS数学模型模拟，物理设备为光伏发电***控制器。所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有劣一种仿真模式是电网采用RTDS仿真模拟并通过接口卡和功率放大器与外部物理设备连接，物理设备则为实际光伏***。如图1-5，图1是一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***。其特征在于：既可实现纯RTDS光伏发电***仿真又可实现数字/物理混合RTDS光伏发电***仿真。
所述纯RTDS光伏发电仿真***的具体实现如下：
在RTDS仿真软件中搭建光伏发电***主电路模型，包括光伏阵列、并网逆变器、变压器等以及电网仿真模型，如图2所示。
仿真控制器在RTDS软件中实现，控制光伏发电***实现最大功率跟踪和并网控制功能。***控制策略是将逆变器数学模型转换到dq坐标轴，交流信号变换为dq轴上的直流量。采用PI控制器就可实现对电流的无静差控制，同时电流控制采用了前馈解耦方法。对dq轴电流进行控制，可实现对有功电流和无功电流的解耦控制。
为了保证直流电压的稳定，采用PI控制作为外环控制器，输出作为内环d轴电流给定值。如图3所示，直流侧电压参考给定值Udcr与实际直流侧电压Udc的差值通过PI控制器（1）后作为d轴电流的参考给定值idr。所述d轴电流参考给定值idr与并网电流d轴分量id的差值经PI控制（2）后产生电压信号ud。所述电压信号ud与电网电压d轴分量ed和并网电流q轴分量iq在滤波电感上产生的电压-ωLiq之和作为d轴的控制信号ucd。无功功率参考给定值q*与负1.5倍电网电压d轴分量（-1.5ed）的商作为q轴电流的参考给定值iqr。所述q轴电流参考给定值iqr与并网电流q轴分量iq的差值经PI控制（3）后产生电压信号uq。所述电压信号uq与电网电压q轴分量eq和并网电流d轴分量id在滤波电感上产生的电压ωLid之和作为q轴的控制信号ucq。所述的d轴控制信号ucd与q轴控制信号ucq经SPWM调试（4）后产生相应的开关信号驱动逆变桥并网工作。
所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有两种仿真模式：模式一，光伏发电***主电路和电网采用RTDS数学模型模拟，在RTDS软件中实现，***控制器采用实际微电源控制设备完成；模式二，电网采用RTDS仿真模拟并通过接口卡和功率放大器与光伏***连接，光伏***由光伏逆变器和***控制器构成，二者均为实际物理设备，如图4所示。
所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***的模式一实现如下：
在RTDS仿真软件中搭建光伏发电***主电路数学模型，包括光伏阵列、并网逆变器、变压器以及电网仿真模型。
光伏发电***控制器为实际物理控制器，RTDS仿真软件与控制器通过RTDS的模拟量输出卡（AnalogueOutputCard，GTAO）和数字量输入卡（DigitalInputCard，GTDI）接口卡连接在一起。***控制器通过GTAO板卡实时采集RTDS光伏仿真***的电压、电流、开关状态等信息，用于控制器算法运行，并产生用于控制并网逆变器的驱动脉冲和并网开关控制信号。通过GTDI板卡将所述开关控制信号输入RTDS***，实现对光伏发电***的控制，进而完成光伏发电***的闭环测试。
所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***的模式二实现如下：
在RTDS仿真软件中搭建电网仿真模型，按需求设置电网模型参数。
光伏***在所述模式下为实际物理设备，无需在仿真软件中搭建。仿真软件的电网模型通过GTAO接口卡将电网信号连接到功率放大器的输入端，从而形成模拟电网***。功率放大器输出端连接光伏***的输出端。光伏***控制器通过对功率放大器输出的电流及电压信号进行采样，并用于控制器算法运行，产生驱动脉冲信号直接控制光伏逆变器。
本发明一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***具体实施：
一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***实现步骤如下：
步骤一，实现纯RTDS光伏发电***仿真。在RTDS仿真软件中搭建主电路模型，包括光伏阵列、并网逆变器、变压器以及电网仿真模型；在RTDS仿真软件编写光伏控制器控制程序，实现***的最大功率跟踪和并网控制功能。
步骤二，实现数字/物理混合RTDS光伏发电***仿真。按所述模式一要求，在RTDS仿真软件中搭建主电路模型，包括光伏阵列、并网逆变器、变压器以及电网仿真模型；光伏***控制器采用微处理器实现。按所述模式二要求，在RTDS仿真软件中搭建电网仿真模型；光伏***由光伏逆变器和***控制器构成，控制器采用微处理器实现。
通过上述步骤，可完成不同仿真模式下的仿真及实验测试，从而验证控制策略的可靠性，对光伏***进行综合评价。该***也可以用于储能***、光储发电***等。
根据所述步骤二搭建数字/物理混合RTDS光伏发电***试验平台，仿真工作于模式一。当RTDS仿真模拟的光照强度由1000W/m2变化到600W/m2时光伏***控制器立即做出调整，经短暂的波动后***恢复稳定，输出功率由15kW减小到10kW，如图5所示。显然该所述仿真***具有较好实时性及准确性，能模拟不同工况及仿真模式下的仿真及实验测试。
本发明所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。
Claims (3)
1.一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***，其特征在于：纯RTDS光伏发电仿真***在RTDS仿真软件中实现，在所述RTDS仿真软件中搭建的数学模型包括：仿真控制器、光伏发电***主电路数学模型和仿真电网模型，由仿真控制器设置光伏***的控制算法;数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***由RTDS仿真软件、接口卡和物理设备构成，所述RTDS仿真软件用于搭建电网仿真模型和光伏发电***主电路数学模型，提供实时仿真环境；接口卡用于提供RTDS仿真软件与物理设备之间实际工程接口，通过接口卡的模拟通道将仿真软件的模拟量传输到物理设备，通过接口卡的数字通道将物理设备的数字信号传输到仿真软件；所述物理设备可为实际光伏***控制器或实际光伏***。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***，其特征在于：所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有一种仿真模式是光伏发电***主电路和电网采用RTDS数学模型模拟，物理设备为光伏发电***控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于RTDS的光伏发电***数字物理混合仿真***，其特征在于：所述数字/物理混合RTDS光伏发电仿真***具有一种仿真模式是电网采用RTDS仿真模拟并通过接口卡和功率放大器与外部物理设备连接，物理设备则为实际光伏***。
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