[实用新型]数模混合仿真系统及其接口电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力系统数模混合仿真技术领域，特别涉及一种数模混合仿真系统及其接口电路。

背景技术

电力系统是国家发展和社会进步的命脉。国家经济和工业生产的不断增长，相应在理论和实践中，出现了许多亟待解决的问题，例如新理论的验证，新设备的测试等。由于不可能在实际电力系统中进行充分广泛的实验，电力系统仿真技术已经成为解决问题的重要方法，不仅可以拟定电力系统规划方案、确定新装置接入，进行事故分析，还可以为运行、调度、参数整定和学习培训等各个方面提供强大的技术依据和支持，是电力系统研究和运行的重要工具。

按照仿真模型的不同，目前电力系统实时仿真技术主要包括物理仿真、数字仿真和数字物理混合仿真，它们具有各自的实现方法和特点：

数字仿真采用现代计算机技术、控制技术，结合了大型软件和复杂硬件，其建模速度快，参数调整方便，能对大系统进行仿真，但是对于新型的设备和控制策略的仿真不尽人意。

物理仿真考虑了非线性等复杂的不确定因素，因此能够比较准确地模拟电力系统的动态过程，是随着可再生能源发电、高压直流输电和电力电子器件越来越多的接入电力系统，对于各种新型的电力器件的模拟及机理尚不清楚的现象以及新型电力设备的研究非常需要物理仿真。

数字物理混合仿真(又称为功率硬件在环仿真)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。

要完成数字物理的混合仿真，其连接数字仿真部分和物理模拟部分的接口电路起到了至关重要的作用，一方面这个接口需要完成把数字仿真部分中信号级的模拟量放大为功率级的电压提供给物理模拟部分，另一方面需要把物理模拟部分实际测得的电流回采给数字仿真部分。为了完成这几个功能，其数字物理混合仿真的接口电路应满足以下的要求：

(1)数字仿真部分和物理模拟部分信号的交互延时要求要低，因为整个数字物理混合仿真中，这两部分交互的延时会带来整个系统的不稳定和不精确，可以说延时越低这样的混合仿真越稳定也越精确，整个数字物理混合仿真的效果越好。

(2)数字仿真部分和物理模拟部分信号的交互不受到外部噪声的干扰，因为信号交互中额外的噪声干扰会给整个混合仿真带来不准确性，当噪声干扰大时还会影响到整个数字物理仿真的稳定性。

(3)交互信号能远距离传输，搭建这样的混合仿真平台要具有通用性，由于物理模拟设备属于带功率设备，一般不能和数字仿真设备摆放在一起，因此数字仿真设备和物理模拟设备并不一定能放在一起进行试验，这就要求接口电路能够完成远距离的传输同时，仍旧能够满足低延时，抗干扰的要求。

现有技术中，提供一种基于开关功放的功率硬件在环电压模拟量接口电路，具体如图1所示，其中，101为电流传感器，Ua、Ub、Uc为模拟信号(电压量)，Ia、Ib、Ic为模拟信号(电流量)。这个接口电路是实现数字与物理混合实时仿真的关键部分，其包括一个开关型功率放大器(开关功放)，一个电流传感器及其物理接口算法。一方面数字仿真部分的模数转换模块(D/A)把数学模型中测得的电压的数字量(Ua、Ub、Uc)转化为模拟量发送给开关功放的采样单元(未示出)，开关功放根据信号级的模拟量控制功放输出功率级的电压；另一方面由物理模拟部分的电流传感器把电流转化为信号级的模拟量，再由数字实时仿真部分的模数转换模块(A/D)把电流的大小转化为数字量进入数字模型参与运算。

但是该接口电路存在如下缺点：

(1)传输当中使用电压模拟量，会受到很多干扰，在信号传输中会增加很多干扰信号，并且无法远距离传输。

(2)这个数模混合仿真的信号交互中使用开关功放作为功率接口，开关功放本身采用四象限逆变器的原理，是用PWM(脉冲宽度调制)波调制而成，其本身谐波含量较高，响应速度较慢，电压摆率也很低。