基于rt-lab的微电网半数字半实物实时仿真系统的制作方法.docx

基于rt-lab的微电网半数字半实物实时仿真系统的制作方法基于rt-lab的微电网半数字半实物实时仿真系统的制作方法本发明公开了一种基于RT-LAB的微电网半数字半实物实时仿真系统RT-LAB仿真机包含微电网模块和处于微电网模块下的各个一次设备模块，微电网模块与各个一次设备模块连接，各个一次设备模块与各自对应的一级控制模块连接，所有一级控制模块均连接到二级控制模块，二级控制模块与计算机连接；一级控制模块、二级控制模块、计算机之间均通过交换机连接，构成以太网网络本发明可用于模拟微电网的动态特性，也可以模拟控制方法，具有较好灵活性，利用RT-LAB仿真机模拟微电网的一次设备，可随时随地对光伏发电、风能发电、柴油机发电等微电网模型的进行动态仿真和模型的验证扩展，形成通用性强的微电网半数字半实物仿真系统专利说明】基于RT-LAB的微电网半数字半实物实时仿真系统【技术领域】 [0001]本发明涉及一种微电网的仿真系统，尤其是涉及一种基于RT-LAB的微电网半数字半实物实时仿真系统，采用工业级仿真工具对微电网进行模拟仿真背景技术】 [0002]随着国民经济的发展，电力事业在不断壮大，电力系统也逐渐庞大，其运行也更加的复杂。

为了保证电力系统可靠、安全、经济地运行，在规划、分析和研究电力系统时必须确切完整地考察实际电力系统的静态特性和动态特性而传统的分析方法已很难准确描述这些特性，预测将会发生的事故同时，电力系统本身的特殊性又决定了难以采用试验的方法来实现系统的分析，必须借助于仿真手段这就需要一个强有力的仿真工具来分析实际电力系统的运行情况因此，仿真技术研究成为电力系统分析中一种新的潮流 [0003]RT-LAB是一种分布式实时仿真平台它能在较短的时间内，以较低的成本将Simulink或SystemBuild动态模型移植到在环硬件实时仿真系统中，从而简化了仿真设计的过程无论是用来做实时硬件在环仿真，还是用来加速仿真模型的执行、控制和测试，它的灵活性都足以运用到最复杂的仿真和控制问题中同时，RT-LAB为高度复杂模型的实时仿真提供了有效的工具它可以通过超低延迟技术进行信息交换此外，RT-LAB的模块化设计可以最小化计算需求，提供刚好满足应用要求的仿真模块，从而满足使用者的价格需求因此，RT-LAB在市场中的灵活性也较好 [0004]RT-LAB微电网模型仿真在国内还处于不断发展和完善的领域，相关的文献和理论尚未完全。

目前国内市场上还缺乏对于微电网仿真平台的相关硬软件综合产品，相关的科研、市场需求很大发明内容】 [0005]基于现有技术的不足，本发明提出了一种利用工业仿真系统对微电网模型进行实时模拟仿真测试的系统，采用工业级仿真工具对微电网进行模拟仿真，利用RT-LAB仿真机，可对复杂的微电网运作进行实时仿真，验证所开发的算法合理性，大大加快对于微电网的研究速度以及降低科研成本，并为现有的微电网设计和改进提供大量的技术参考数据 [0006]为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案:包括RT-LAB仿真机，RT-LAB仿真机包含微电网模块和处于微电网模块下的各个一次设备模块；包括与RT-LAB仿真机中各个一次设备模块连接的一级控制模块，一级控制模块接收一次设备模块的仿真数据进行处理转换，输出有功功率和无功功率到二级控制模块，并接收二级控制模块的反馈PWM控制信号发送到一次设备模块；包括与所有一级控制模块连接的二级控制模块，二级控制模块接收一级控制模块输出的有功功率和无功功率，同时接收微电网模块的实时监测数据，经处理输出RT-LAB仿真机的实时监测数据到计算机；并接收计算机输出的联络线功率控制信号和微电网运行模式控制信号；并输出联络线断路器开闭控制信号到RT-LAB仿真机的微电网模块；包括与二级控制模块连接的计算机，计算机接收一次设备模块和微电网模块的检测数据经处理产生联络线功率控制信号和微电网运行模式控制信号反馈到二级控制模块。

[0007]所述的一级控制模块、二级控制模块、计算机之间均通过交换机相互连接，构成以太网网络 [0008]所述的以太网网络通过UDP传输协议进行数据传输 [0009]所述的仿真数据包括电压信号和电流信号 [0010]所述的微电网模块的实时监测数据包括微电网电压、微电网频率、联络线功率 [0011]所述的RT-LAB仿真机的实时监测数据包括微电网频率、微电网电压、微电网联络线功率以及各个一次设备模块的功率 [0012]所述的一级控制模块和二级控制模块均采用DSP [0013]所述的一级控制模块设有A/D接口、SPI接口和I/O接口 [0014]所述的二级控制模块设有A/D接口和I/O接口 [0015]本发明的有益效果是:本发明可用于模拟微电网的动态特性，也可以模拟控制方法，具有较好灵活性，利用RT-LAB仿真机模拟微电网的一次设备，形成通用性强的微电网半数字半实物仿真系统 [0016]本发明可以在很短的时间内、以很小的风险，对微电网模型进行动态仿真、数据分析和输出显示本仿真平台具有通用性好，易于操作的特点，可以以较小的代价缩短微电网关键设备的研发周期，而且所开发的平台可以填补市场空白。

[0017]本发明具有较好的灵活性，可随时随地对光伏发电、风能发电、柴油机发电等微电网模型的进行动态仿真和模型的验证扩展，加速相关领域的科研和产品研发，应用面很广专利附图】【附图说明】 [0018]图1是本发明的连接结构示意图 [0019]图2是本发明整体结构原理图 [0020]图3是一级控制模块与RT-LAB仿真机的具体连接原理图 [0021 ] 图4是二级控制模块与RT-LAB仿真机的具体连接原理图具体实施方式】 [0022]下面结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明 [0023]如图1和图2所示，本发明的仿真系统如下:包括RT-LAB仿真机，RT-LAB仿真机包含微电网模块和处于微电网模块下的各个一次设备模块；包括与RT-LAB仿真机中各个一次设备模块连接的一级控制模块，一级控制模块接收一次设备模块的仿真数据进行处理转换，输出有功功率和无功功率到二级控制模块，并接收二级控制模块的反馈PWM控制信号发送到一次设备模块；包括与所有一级控制模块连接的二级控制模块，二级控制模块接收一级控制模块输出的有功功率和无功功率，同时接收微电网模块的实时监测数据，经处理输出RT-LAB仿真机的实时监测数据到计算机；并接收计算机输出的联络线功率控制信号和微电网运行模式控制信号；并输出联络线断路器开闭控制信号到RT-LAB仿真机的微电网模块；包括与二级控制模块连接的计算机，计算机接收一次设备模块和微电网模块的检测数据经处理产生联络线功率控制信号和微电网运行模式控制信号反馈到二级控制模块。

[0024]上述仿真数据包括一次设备模块的电压信号和电流信号 [0025]上述微电网模块的实时监测数据包括微电网电压、微电网频率、联络线功率 [0026]上述RT-LAB仿真机的实时监测数据包括微电网频率、微电网电压、微电网联络线功率以及各个一次设备模块的功率 [0027]如图2所示，本发明包括RT-LAB仿真机、一级控制模块、二级控制模块和计算机，RT-LAB仿真机包含微电网模块和处于微电网模块下的各个一次设备模块，微电网模块与各个一次设备模块连接，各个一次设备模块与各自对应的一级控制模块连接，所有一级控制模块均连接到二级控制模块，二级控制模块与计算机连接其中一级控制模块、二级控制模块、计算机之间均通过交换机相互连接，构成一个以太网网络 [0028]本发明利用微电网模块化设计和数学建模的思想，将RT-LAB仿真机运用到在电力系统微电网仿真系统中，能及时、准确进行数据分析显示，进行半数字半实物实时仿真，有助于之后进一步的微电网调试和测试 [0029]本发明的以太网网络通过UDP传输协议进行数据传输本发明RT-LAB仿真机与一次控制模块和二次控制模块的DSP处理器通过各自的外部接口(包括A/D、D/A、数字I/O)进行数据交换，并通过以太网UDP传输方式与计算机进行数据传输与通信。

[0030]各个一次设备模块包括风机模块、柴油机模块、储能模块和光伏模块 [0031]一级控制模块和二级控制模块均采用DSP处理器，优选可采用Ti公司的TMS320F28335 处理器 [0032]如图3所示，一级控制模块设有A/D接口、SPI接口和I/O接口 [0033]如图4所示，二级控制模块设有A/D接口和I/O接口 [0034]RT-LAB仿真机与DSP处理器通过各自的外部接口(包括A/D，D/A,数字I/O 口等接口)进行数据交换，并通过以太网的方式与计算机进行数据传输与通信 [0035]通过软件辅助，本系统可将各种情况下的微电网模块的电压、电流、功率等运行数据用波形直观地输出，并对数据和波形进行分析比较和保存调用最后通过显示的波形，在上位机(即计算机)对微电网模型的运行参数进行优化调整，以达到最佳的控制效果，为实物实验和实际应用提供依据 [0036]RT-LAB在电力系统微电网仿真平台中有着广泛的应用，及时、准确的数据分析显示是后续分析和处理工作的基础数模混合仿真对微电网的调试、算法测试等科研具有重要的作用RT-LAB可模拟一次设备，二次控制设备需要根据设备的特点定制开发，以达到混合仿真的目的。

由于产品各异，二次控制设备缺乏比较通用的平台，导致很多科研种二次板重复开发，而市场上也不存在一种通用的模拟平台 [0037]针对RT-LAB的二次控制器设备的通用平台，根据电力系统微电网需求，不仅需要满足对不同参数测量分析和控制的要求，还需要精准显示微电网模型的相关参数，得出相应波形，并具有初步分析功能 [0038]本发明采用RT-LAB仿真机实时模拟微电网的运行情况，通过一级控制模块、二级控制模块运行微电网进行一级、二级控制，还通过计算机对二级控制模块进行三级控制，进而形成微电网半数字半实物实时仿真平台，将会对微电网的研究带来极大方便，能大大减少对于微电网的实际运作科研成本，对于电力系统的理论研究具有较大的促进作用 [0039]本发明的RT-LAB仿真机中构建的微电网模块包括以下几部分:①分布式发电单元如风机，光伏，储能，柴油机等；②负荷如RLC负荷，电动机负荷，电力电子负荷等；③电力网络由线路将分布式发电单元、负荷和主电网连接起来 [0040]应用RT-LAB实时仿真系统建立如上三种微电网构成部分的实时仿真模型(即微电网模块和处于微电网模块下的各个一次设备模块)，并进行相应控制。

该模块采用的是分层次控制方法，可以解耦微电网在不同时间尺度的控制，提高微电网的可控性可靠性本系统的微电网控制主要分为三个层次:一级控制、二级控制和三级控制 [0041]一级控制也称作本地控制，是用于控制频率、电压、注入电流等本地参数的控制层在每一个与微电网相连的分布式功率转换器中，一级控制除了基本的电压环、电流环双闭环控制方法外，还采用了带虚拟阻抗的下垂控制技术 [0042]二级控制是一种集中式控制器，可以补偿电压和频率的稳态误差，使它们的值恢复到额定值此外，二级控制器也负责交流总线沿线电压的控制，使得微网结构中任何一点的电压都在操作限度内 [0043]三级控制的作用是优化微电网的运行，在并网状态下控制联络线功率，在孤网状态下将负荷合理分摊给各个电源，以实现最优效果 [0044]本发明各个阶段的具体实施工作过程如下:(一)如附图1所示:系统包括=RT-LAB仿真机、一级控制模块、二级控制模块和计算机。