一种基于RTDS的大功率混合仿真系统的制作方法

本实用新型涉及数模混合仿真领域，尤其涉及一种基于RTDS的大功率混合仿真系统。

背景技术：

随着可再生能源发电、高压直流输电、大功率电力电子设备等接入电网，电力系统正朝着越来越庞大和复杂的方向发展，作为电力系统新型设备研究、设备入网测试、系统及设备故障再现、系统安全稳定运行研究的重要技术手段，电力系统实时仿真技术是不可或缺的。目前，电力系统实时仿真技术主要有实时数字仿真或物理模拟两种，至今世界上尚没有一种单纯的实时数字仿真或物理模拟仿真能够简单、高效的开展所有研究工作，他们各自有自己的优势和缺点。数字仿真采用仿真系统各元件的数学模型，基于数值运算和计算机技术进行模拟仿真，建模经济、快捷、参数调整方便。电力系统数字仿真包括实时数字仿真和非实时数字仿真两大类：目前广泛使用的EMPT、NETOMAC、PSS/E等软件，属于非实时数字仿真，用于潮流计算、暂态稳定等离线分析；HYPERSIM、ARENE、ADPSS、DDRTS及RTDS等软件，属于实时数字仿真，可方便地测试继电保护装置、发电机励磁装置、综合自动化装置，实现实时在线分析计算。实时数字仿真基本不受系统规模限制，建模方便、周期短、灵活性高、经济性好，但对于模型复杂或不明确的新设备或系统无法实现准确模拟。物理模拟基于相似理论，采用真实的物理元件，按主要标幺值参数相等的原则，建立原系统简化缩小的模拟系统，保留了实际设备的物理特性，物理模拟仿真直观、准确，但建模周期长、占地面积大、投资和运行成本高、参数调整困难，系统移植性、扩展性和兼容性差，使用不够灵活。实时数字仿真和物理模拟仿真各有其优缺点，且具有较强的互补性，有些单位不得不同时建设两种仿真平台，即便如此，也难以完全满足需求。如果可以将两者结合起来进行电力系统联合实时仿真势必能达到优势互补，使仿真系统的功能更加强大、适用性更强，从而大大推动电力系统仿真技术的进步，因而，这也是当今电力系统仿真技术研究的热点。

数字物理混合仿真技术正是结合了实时数字仿真和物理模拟两种仿真平台技术，根据需要将所研究系统一部分建模在数字仿真子系统(平台)中，剩余部分则建模在物理模拟子系统(平台)中，两个子系统之间通过数字和物理混合仿真接口连接，进行功率流和信息流的实时交换与相互作用传递，从而实现两个不同原理系统像一个统一系统一样实时、同步地混合运行。

目前，国内外研究者在数字物理混合仿真应用研究方面取得了一定的成果，大部分数模混合实时仿真技术属于信号型，多为二次系统在环的数字和物理混合仿真，现已在系统分析与设备实时测试领域应用广泛，主要用于继电保护、综合自动化、励磁、电力电子控制系统等装置的测试，然而信号型数模混合实时仿真系统电压等级低，应用受到局限，不能满足电力系统仿真分析需求。

技术实现要素：

本实用新型实施例公开了一种基于RTDS的大功率混合仿真系统，解决了现有技术中数字物理混合仿真系统的电压等级低，应用受到局限，不能满足电力系统仿真分析需求的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种基于RTDS的大功率混合仿真系统，包括：

RTDS数字仿真系统1、物理仿真系统2、数字物理混合仿真功率在环接口装置3；

RTDS数字仿真系统1包括大电网一次系统模型11、二次控制系统模型12和第一数字侧接口13；

大电网一次系统模型11包括：发电机、变压器、输电线路、负荷、电压电流互感器等；

二次控制系统模型12包括发电机控制模型、断路器控制模型、故障控制模型等；

物理仿真系统2包括物理仿真系统模型21、第一物理侧接口22；

物理仿真系统模型21包括模拟发电机、模拟变压器、模拟线路、模拟风机、模拟电动机等物理模拟设备；

数字物理混合仿真功率在环接口装置3包括数字物理混合仿真功率在环接口信号交互系统31、第二数字侧接口32和第二物理侧接口33；

数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二数字侧接口32与RTDS数字仿真系统1的第一数字侧接口13信号连接；

数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二物理侧接口33与物理仿真系统2的第一物理侧接口22功率连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种基于RTDS的大功率混合仿真系统包括：RTDS数字仿真系统1、物理仿真系统2、数字物理混合仿真功率在环接口装置3；RTDS数字仿真系统1包括大电网一次系统模型11、二次控制系统模型12和第一数字侧接口13；物理仿真系统2包括物理仿真系统模型21、第一物理侧接口22；数字物理混合仿真功率在环接口装置3包括数字物理混合仿真功率在环接口信号交互系统31、第二数字侧接口32和第二物理侧接口33；数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二数字侧接口32与RTDS数字仿真系统1的第一数字侧接口13信号连接；数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二物理侧接口33与物理仿真系统2的第一物理侧接口22功率连接。本实施例中通过数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二数字侧接口32与RTDS数字仿真系统1的第一数字侧接口13信号连接及数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二物理侧接口33与物理仿真系统2的第一物理侧接口22功率连接，且通过数字物理混合仿真功率在环接口装置3与电网的能量回馈，将RTDS数字仿真系统1虚拟数字量转换为实际功率流与物理仿真系统2进行能量交换，通过交互控制，反映两个系统之间的相互作用，真正实施了RTDS数字仿真系统1与物理仿真系统2间的实时、同步地混合仿真运行，且具有良好的稳态、动态和暂态性能，能够满足各种设备、微网及复杂电网的仿真要求，克服了数字仿真和物理仿真各自的局限性，同时发挥了两者的优势，直接在一次主回路对接两个子系统，可真实展现复杂系统及设备的宽频带特性，解决了现有技术中数字物理混合仿真系统的电压等级低，应用受到局限，不能满足电力系统仿真分析需求的技术问题，进一步拓展了电力系统实时仿真的应用领域，为包含有智能电网、新能源、分布式发电、高频电力电子设备等非常规设备的电力系统提供大功率、高精度仿真平台，并能实现复杂系统故障重现。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种基于RTDS的大功率混合仿真系统的结构示意图。

图示说明，1RTDS数字仿真系统，11大电网一次系统模型，12二次控制系统模型，13第一数字侧接口，2物理仿真系统，21物理仿真系统模型，22第一物理侧接口，3数字物理混合仿真功率在环接口装置，31数字物理混合仿真功率在环接口信号交互系统，32第二数字侧接口，33第二物理侧接口。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种基于RTDS的大功率混合仿真系统，解决了现有技术中数字物理混合仿真系统的电压等级低，应用受到局限，不能满足电力系统仿真分析需求的技术问题。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种基于RTDS的大功率混合仿真系统的一个实施例包括：

RTDS数字仿真系统1、物理仿真系统2、数字物理混合仿真功率在环接口装置3；

RTDS数字仿真系统1包括大电网一次系统模型11、二次控制系统模型12和第一数字侧接口13；

大电网一次系统模型11包括：发电机、变压器、输电线路、负荷、电压电流互感器等；

二次控制系统模型12包括发电机控制模型、断路器控制模型、故障控制模型等；

物理仿真系统2包括物理仿真系统模型21、第一物理侧接口22；

物理仿真系统模型21包括模拟发电机、模拟变压器、模拟线路、模拟风机、模拟电动机等物理模拟设备；

数字物理混合仿真功率在环接口装置3包括数字物理混合仿真功率在环接口信号交互系统31、第二数字侧接口32和第二物理侧接口33；

数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二数字侧接口32与RTDS数字仿真系统1的第一数字侧接口13信号连接；

数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二物理侧接口33与物理仿真系统2的第一物理侧接口22功率连接。

需要说明的是，第一数字侧接口13用于在RTDS上建立与物理模拟子系统进行电压、电流数据交互的接口模型。RTDS数字仿真子系统用于在RTDS实时数字仿真仪上搭建电力系统大电网模型并实现与数字物理混合仿真功率在环接口装置3进行电压电流数据交互。

物理仿真子系统包括物理仿真系统模型21、第一物理侧接口22。物理仿真系统模型21包括模拟发电机、模拟变压器、模拟线路、模拟风机、模拟电动机等物理模拟设备。第一物理侧接口22用于和数字物理混合仿真功率在环接口装置3进行电压、电流数据交互。

数字物理混合仿真功率在环接口装置3包括接口信号交互系统、第二数字侧接口32、第二物理侧接口33。该数字物理混合仿真功率在环接口装置3为一套大功率、系统级数字和物理混合实时仿真接口装置，它可以通过与电网的能量回馈，将数字侧虚拟数字量转换为实际功率流与物理模拟子系统进行能量交换，通过交互控制，反映两个系统之间的相互作用。第二数字侧接口32用于与数字仿真子系统进行电压、电流数据交互。第二物理侧接口33用于和物理仿真子系统进行电压、电流数据交互。

本实用新型实施例提供了一种基于RTDS的大功率混合仿真系统包括：RTDS数字仿真系统1、物理仿真系统2、数字物理混合仿真功率在环接口装置3；RTDS数字仿真系统1包括大电网一次系统模型11、二次控制系统模型12和第一数字侧接口13；物理仿真系统2包括物理仿真系统模型21、第一物理侧接口22；数字物理混合仿真功率在环接口装置3包括数字物理混合仿真功率在环接口信号交互系统31、第二数字侧接口32和第二物理侧接口33；数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二数字侧接口32与RTDS数字仿真系统1的第一数字侧接口13信号连接；数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二物理侧接口33与物理仿真系统2的第一物理侧接口22功率连接。本实施例中通过数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二数字侧接口32与RTDS数字仿真系统1的第一数字侧接口13信号连接及数字物理混合仿真功率在环接口装置3通过第二物理侧接口33与物理仿真系统2的第一物理侧接口22功率连接，且通过数字物理混合仿真功率在环接口装置3与电网的能量回馈，将RTDS数字仿真系统1虚拟数字量转换为实际功率流与物理仿真系统2进行能量交换，通过交互控制，反映两个系统之间的相互作用，真正实施了RTDS数字仿真系统1与物理仿真系统2间的实时、同步地混合仿真运行，且具有良好的稳态、动态和暂态性能，能够满足各种设备、微网及复杂电网的仿真要求，克服了数字仿真和物理仿真各自的局限性，同时发挥了两者的优势，直接在一次主回路对接两个子系统，可真实展现复杂系统及设备的宽频带特性，解决了现有技术中数字物理混合仿真系统的电压等级低，应用受到局限，不能满足电力系统仿真分析需求的技术问题，进一步拓展了电力系统实时仿真的应用领域，为包含有智能电网、新能源、分布式发电、高频电力电子设备等非常规设备的电力系统提供大功率、高精度仿真平台，并能实现复杂系统故障重现。

以上对本实用新型所提供的一种基于RTDS的大功率混合仿真系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。