[发明专利]功率硬件在环系统的建模方法及参数设计方法

说明书

本发明公开了一种功率硬件在环系统的建模及参数设计方法，根据系统架构将功率硬件在环系统分成数字侧与物理侧两部分，并对两侧系统分模块建模，其中数字侧包含数字侧阻抗和数字仿真时序特征模块，物理侧由物理侧导纳模型、功率放大器模型以及低通滤波器模型组成；将两者离散模型合并构建系统离散开环传递函数，在开环传递函数中加入裕度检测器，通过D分割法求解得出一定幅值、相角裕度下功率硬件在环系统的参数约束条件，为功率硬件在环系统的参数设计提供了有效途径。本发明模型分析准确，能够反映硬件在环系统的数模混合网络特性。

技术领域

本发明涉及一种功率硬件在环系统建模及参数设计的方法，在功率硬件在环仿真中为系统参数的选取以及系统稳定性分析提供有效途径，使硬件在环系统安全稳定运行。

背景技术

随着新能源技术以及新设备的日新月异，数字物理混合仿真技术越来越广泛地应用于电力系统领域，数字物理混合仿真技术又称硬件在环(hardware-in-the-loop，HIL)仿真，其功率硬件在环(power hardware-in-the-loop，PHIL)仿真指数字仿真机与物理设备之间不仅存在信号的传输，同样会传输真实的物理功率，可在数字仿真机中构建系统模型并通过接口模块将物理侧的被测设备虚拟连接到实时数字仿真系统中。因此，PHIL系统可有效模拟被测物理设备和复杂系统的功率交互特性，测试被测装置的性能，研究系统的集成特性，对研究新能源技术以及新型设备具有重要意义。

和真实系统相比，PHIL系统通过接口模块实现虚拟功率交互，接口设备如功率放大器、互感器、ADC/DAC等改变了信号传输特性；另外，PHIL系统利用数字模型来近似模拟真实系统，离散化可能会导致模型偏离真实系统。上述因素使得PHIL系统和真实系统出现偏差，在参数不合理条件下甚至会导致PHIL系统失稳。在此背景下，针对PHIL系统的准确建模与参数设计，以及对其稳定性分析就显得尤为重要。

现有的对功率硬件在环系统的建模往往是基于连续域建模，在连续域模型中考虑了系统的延时以及数字侧、物理侧阻抗，用延时环节等效接口模块，使数字侧与物理侧电压、电流信号以一定的方式进行交换，从而将两个独立的系统形成一个闭合的环路。该建模方式简单易懂，可从时域以及频域的角度对系统进行分析，分析结果对设计有一定的指导意义。但该建模未能体现PHIL系统的数模混合特性，且稳定边界忽略了延时环节，较为保守，分析结果的精度较差，误差较大。其它的一些较新的建模分析方法，如在连续域模型中加入零阶保持器等环节用于模拟AD/DA转换的特性，这些方法的建模分析仍在连续域进行。但上述连续域建模方法，都未能充分体现出PHIL系统接口设备的数模混合特性，模型与实际系统存在一定的差别；且针对延时环节的有理化，使频率特性存在偏差，上述原因共同导致连续模型分析结果误差较大。

在实际中，PHIL系统物理侧的采样信号为模拟量，通过AD转换成数字量，参与仿真机的数字运算；而数字计算所获得的数字给定信号又通过DA转换成模拟量构成功率接口。上述数、模信号的传递过程使得PHIL系统成为数模混合网络，具有典型的数字采样系统特性，而连续域模型无法体现上述数模转换特征，故这一方法有很大的局限性。

一些方法对于PHIL系统建模是基于离散域模型进行分析，考虑了AD及DA、延时等特性，建立基于状态方程的离散域模型，利用特征矩阵的特征根来分析离散模型的稳定性。但是，DA以及AD特征都由零阶保持器进行等效，模型较为复杂，求解特征根较为繁琐。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种简单易懂、模型分析准确，并且能够反映硬件在环系统的数模混合网络特性的功率硬件在环系统的建模方法及参数设计方法。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明功率硬件在环系统的建模及参数设计方法的特点是按如下步骤进行：