[发明专利]一种含变频调速机和电气化铁路的特殊负荷数字物理仿真平台及仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含变频调速机和电气化铁路的特殊负荷数字物理仿真平台，属于特殊负荷仿真实验技术领域。

背景技术

随着经济的不断发展，城市化进程的不断加快，我们日常的城市负荷快速增长，其中电力电子设备的大量应用，使得非线性、冲击性负荷等特殊负荷给电网带来的电能质量问题日益突出，建立有效的特殊负荷模型对于研究电网电能质、计量分析都具有重要意义特殊负荷所占的比重越来越大。特殊负荷中比较典型的有变频调速机和电气化铁路。

在电机调速领域，随着电力电子技术、计算机应用技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正经历着一场历史性的革命。随着交流传动技术的发展进步，交流传动技术越来越成熟，在很多领域交流传动技术调速性能己能和直流传动技术调速性能相媲美，并在许多工业控制领域己逐步取代直流传动调速。

电气化铁路具有运输能力大、行驶速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好等一系列的优点，特别是有利于提高能源的利用率、防止环境污染，具有较高的经济效益和良好的社会效益，但随着电气化铁路的高速发展，其对电网的影响也越来越受到关注。电气化铁路负荷是一种单相工频交流制负荷，其特殊性使得牵引供电系统具有不同于一般三相电力系统的特征。对于给牵引变电所供电的三相对称电力系统来说，电气化铁路负荷具有不对称、非线性和波动性的特点，所产生的电能质量问题集中在谐波和负序上。电气化铁路负荷注入电网的谐波电流、负序电流严重时会影响到电力系统的安全稳定运行，对电力系统发电、输电、配电、用电等各环节的电力设备产生不利影响，甚至引起设备损坏。

因此我们需要构建特殊负荷数字物理仿真平台，依此对特殊负荷的工作特性、对电网的电能质量的影响、对电气设备的影响进行分析，以保证城市电网的安全、可靠、经济运行。

发明内容

本发明采用如下技术方案：

一种含变频调速机和电气化铁路的特殊负荷数字物理仿真平台，其特征在于：包括

LabVIEW和StarSim仿真开发平台：用于搭建特殊负荷的软件仿真模型，包括控制模块和显示模块；

特负荷仿真模型包括变频调速机和电气化铁路；

用户通过控制模块发出对模型的控制指令，

显示模块对模型进行潮流计算的结果波形显示；

NI PXI测量与控制平台：用于数据采集，和上位机连接的实现远程控制和数据传输。包括具有定时和同步功能的机箱、系统控制器模块、外围模块；

在上述的一种含变频调速机和电气化铁路的特殊负荷数字物理仿真平台，特殊负荷数字物理仿真平台中，所述变频调速机采用恒压频比变频调速方式进行建模，即保持恒定的电动势频率比的控制方式；所述电气化铁路包括供电系统和电力机车组成，供电系统包括供电电源和牵引供电系统两部分。其中，牵引供电系统由牵引供电所和牵引网组成，系统通过牵引网将三相电网系统和牵引变电所相连。电动机车是铁路运输的牵引动力，电动机车本身不携带电源，靠接受牵引网输送的电流，通过车载变流器由电动机驱动车轮。

在上述的一种含变频调速机和电气化铁路的特殊负荷数字物理仿真平台，所述的特殊负荷数字物理仿真平台中，

所述外围模块包括配有：Virtex-5 LX110 FPGA的R系列多功能RIO模块、针对于DSP的Xilinx Kintex-7 FPGA模块，通过LabVIEW软件对这两个FPGA模块进行编程；高压模拟输出模块、10V输入的前置式接线盒和高速模拟输出模块。对FPGA模块编程进行计算，计算结果通过模拟输出模块输出模拟波形。

具有定时和同步功能的机箱背板设有PCI和PCI Express通信总线；所述系统控制器模块采用具备微软Windows操作系统或实时操作系统的高性能嵌入式控制器、或台式机、或工作站、或服务器或笔记本电脑控制的远程控制器。

系统控制器模块和外围模块插入PXI机箱插槽中，外部PC设备通过系统控制器模块的外设接口和PXI系统连接，并通过机箱背板的通信总线进行数据传输和远程控制；特殊负荷的仿真模型在外部PC设备上的LabVIEW和StarSim仿真平台进行开发。

一种特殊负荷数字物理仿真方法，其特征在于：包括：

步骤1，在LabVIEW中分别编写上位机Host程序、下位机RT程序，选用LabVIEW自带的功率计算元件进行计算；

步骤2，运行RT程序，数字仿真模型与外部物理接口在PXI上进行部署；

步骤3，运行Host程序，发出控制指令；