一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台及方法

本发明属于电力系统动态模拟实验，更具体地，涉及一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台及方法。

背景技术：

1、开展动态模拟实验是验证新型电力系统拓扑结构和控制算法的有效性的重要环节。在搭建新型电力系统动态模拟实验平台时，研究人员不仅要搭建动态模拟实验装置，而且需要对动态模拟实验装置的控制算法进行建模仿真测试后，进行控制算法代码的编写并烧写至芯片中，最终完成动态模拟实验装置和控制算法验证。由此，研究人员要求具备复杂控制系统的编程能力，且需在代码编程和调试上花费过多时间，影响研究效率。

2、快速控制原型(rapid control prototype,rcp)开发方法采用快速原型控制器和真实被控对象的组合形式，研究人员仅需在商业软件matlab/simulink中建立并调试含所需控制算法的仿真模型后，即可将控制算法通过快速原型控制器去控制功率硬件快速原型样机，在实时的环境中验证控制算法，能有效克服复杂控制系统编程开发的困难，提高研发效率。

3、但由于新型电力系统中的各种被控对象如柔性直流换流器及柔性直流系统本身也在发展变化过程中，采用rcp开发方法则需要相应研究各种不同的换流器拓扑及控制，也就是要制造相应的各种不同的换流器以配合rcp开展实验，费时费力，成本高，灵活性低。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台及方法，旨在解决针对不同电力系统进行动模实验时，需要制造相应的各种不同的换流器以配合rcp开展实验，费时费力，成本高的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，包括：开发主机、快速原型控制器和功率硬件快速原型样机；

3、所述开发主机用于建立模拟电力系统的功率硬件快速原型样机的仿真模型及其控制算法，并转换为控制信息；

4、所述快速原型控制器用于根据所述控制信息向所述功率硬件快速原型样机发送控制指令，并实时获取所述功率硬件快速原型样机的运行状态数据反馈至所述开发主机；

5、所述功率硬件快速原型样机用于根据所述控制指令调整不同拓扑结构，并进行相应的电力系统动态模拟实验。

6、可选的，所述功率硬件快速原型样机包括多个模块化多电平换流器mmc，所述模块化多电平换流器的子模块至少包括全桥型、半桥型或全半桥混合串联型功率子模块中的一种；

7、所述功率硬件快速原型样机根据所述开发主机的软件指令选取mmc的子模块类型，形成不同类型的mmc组合。

8、可选的，所述功率硬件快速原型样机根据所述开发主机的软件指令控制多个mmc之间的连接方式，用以组合形成两端、多端柔性直流系统和柔性直流电网的系统拓扑结构。

9、可选的，所述功率硬件快速原型样机根据所述开发主机的软件指令控制单个mmc内的全桥型或者半桥型功率子模块之间的连接方式，用以组合形成不同系统拓扑结构。

10、可选的，所述开发主机与所述快速原型控制器之间以电信号的方式交换所述功率硬件快速原型样机的运行状态数据，所述快速原型控制器与所述功率硬件快速原型样机之间以光信号的方式交换所述控制信息与所述运行状态数据。

11、可选的，所述开发主机实时调节所述仿真模型的控制参数和控制策略，从而在线修改所述控制参数和所述控制策略对应的控制信号，并发送至所述功率硬件快速原型样机。

12、可选的，所述开发主机用于实时获取所述功率硬件快速原型样机的系统拓扑结构和运行状态数据，并实时显示所述功率硬件快速原型样机中各监测节点的电压和电流波形数据。

13、可选的，所述开发主机用于实时存储所述功率硬件快速原型样机的运行状态数据，进行数据分析与处理。

14、第二方面，本发明还提供了一种电力系统动模实验的快速系统原型开发方法，包括：

15、在开发主机中利用系统建模软件建立功率硬件快速原型样机的离散化数字仿真模型及其控制算法，并利用所述系统建模软件将所述离散化数字仿真模型中的控制算法模型转换为算法源代码；

16、所述开发主机中利用代码编译软件将所述算法源代码转换为所述快速原型控制器可识别的机器代码，并将其中的控制信息发送给所述快速原型控制器；

17、所述快速原型控制器根据所述控制信息向功率硬件快速原型样机发送控制指令，并实时获取所述功率硬件快速原型样机的运行状态数据反馈至所述开发主机；其中，所述控制信息以光信号的方式发送给功率硬件快速原型样机；

18、功率硬件快速原型样机将其自身的运行状态信息以光信号的方式反馈至所述快速原型控制器，并由所述快速原型控制器反馈至所述开发主机，校正所述快速原型控制器下发至所述功率硬件快速原型样机的控制指令，进而完成新型电力系统动态模拟实验。

19、可选的，在所述进行相应的电力系统动态模拟实验之后，还包括：

20、开发主机实时调节所述仿真模型的控制参数和控制策略，从而在线修改所述控制参数和所述控制策略对应的控制信号，并发送至所述功率硬件快速原型样机；

21、所述开发主机实时获取所述功率硬件快速原型样机的系统拓扑结构和运行状态数据，并实时显示所述功率硬件快速原型样机中各监测节点的电压和电流波形数据。

22、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

23、1、本实施例提供的一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台的开发主机中底层软件可一键生成电力系统仿真模型的控制算法源代码，并输入至快速原型控制器；快速原型控制器能自动编译底层软件中所建新型电力系统仿真模型的控制算法代码，从而生成控制指令直接输入功率硬件快速原型样机中，无需操作人员对控制算法代码进行编译，提高了复杂电力系统动态模拟实验开发的效率。

24、2、本实施例提供的一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，开发主机中的底层软件不仅可以实时调节所建新型电力系统仿真模型的控制参数与策略，进而直接完成在线修改功率硬件快速原型样机的控制参数与策略，而且可以实时感知所述功率硬件快速原型样机的系统拓扑和整体运行状态，并实时存储所述功率硬件快速原型样机的运行数据，具有较强的人机交互性。

25、3、本实施例提供的一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其中的功率硬件快速原型样机为包含全桥型或者半桥型功率模块且整体拓扑结构可由软件进行自由定义的新型电力系统动态模拟实验装置。所述新型电力系统动态模拟实验装置可基于全桥型或者半桥型功率模块并通过软件定义硬件拓扑结构的方式，实现不同的系统组合，从而进一步快速实现不同拓扑结构的新型电力系统动态模拟实验平台，模块化程度高、系统性强。

技术特征：

1.一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，包括：开发主机、快速原型控制器和功率硬件快速原型样机；

2.如权利要求1所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述功率硬件快速原型样机包括多个模块化多电平换流器mmc，所述模块化多电平换流器的子模块至少包括全桥型、半桥型或全半桥混合串联型功率子模块中的一种；

3.如权利要求2所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述功率硬件快速原型样机根据所述开发主机的软件指令控制多个mmc之间的连接方式，用以组合形成两端、多端柔性直流系统和柔性直流电网的系统拓扑结构。

4.如权利要求2所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述功率硬件快速原型样机根据所述开发主机的软件指令控制单个mmc内的全桥型或者半桥型功率子模块之间的连接方式，用以组合形成不同系统拓扑结构。

5.如权利要求1所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述开发主机与所述快速原型控制器之间以电信号的方式交换所述功率硬件快速原型样机的运行状态数据，所述快速原型控制器与所述功率硬件快速原型样机之间以光信号的方式交换所述控制信息与所述运行状态数据。

6.如权利要求1所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述开发主机实时调节所述仿真模型的控制参数和控制策略，从而在线修改所述控制参数和所述控制策略对应的控制信号，并发送至所述功率硬件快速原型样机。

7.如权利要求1所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述开发主机用于实时获取所述功率硬件快速原型样机的系统拓扑结构和运行状态数据，并实时显示所述功率硬件快速原型样机中各监测节点的电压和电流波形数据。

8.如权利要求7所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，其特征在于，所述开发主机用于实时存储所述功率硬件快速原型样机的运行状态数据，进行数据分析与处理。

9.一种电力系统动模实验的快速系统原型开发方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的电力系统动模实验的快速系统原型开发方法，其特征在于，在所述进行相应的电力系统动态模拟实验之后，还包括：

技术总结
本发明公开了一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台及方法。一种电力系统动模实验的快速系统原型开发平台，包括：开发主机、快速原型控制器和功率硬件快速原型样机；开发主机建立功率硬件快速原型样机的仿真模型及其控制算法，并将其转换为控制信息；快速原型控制器根据控制信息向功率硬件快速原型样机发送控制指令，并实时获取功率硬件快速原型样机的运行状态数据反馈至开发主机；功率硬件快速原型样机根据控制指令调整不同拓扑结构，并进行相应的电力系统动态模拟实验。解决针对不同电力系统进行动模实验时，需要制造相应的各种不同的换流器以配合RCP开展实验，费时费力，成本高的技术问题，降低电力系统动模实验难度，提高工作效率。

技术研发人员：文劲宇,向往,张港华,周猛,左文平
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13