功率硬件在环仿真系统的稳定性及接口算法研究

发布时间：2020-05-13 15:49

【摘要】：随着大电网互联、特高压交直流输电、新能源以及新型并网设备的使用,电网中各环节的特性以及相互作用机理都发生了深刻变化,需要展开大量实验与充分的研究。然而构建真实电网集群,研究电网的交互问题,成本高且风险大。功率硬件在环(power hardware-in-the-loop,PHIL)仿真技术结合了实时数字仿真和物理模拟仿真的优点,可有效模拟新型设备在复杂环境下的运行特性和交互特性,在电力仿真分析领域中获得了众多的应用。在PHIL系统中,真实物理系统由数字离散模型替代,且由接口算法和接口电路实现虚拟功率交互,因此接口模块的交互时序和离散化因素可导致系统阻抗特性发生变化,造成PHIL系统的稳定性问题,缩小PHIL可模拟的系统工况。因此,本文针对PHIL系统的建模及稳定性问题展开研究,提出改善稳定性和精度的接口算法。主要研究内容如下:首先,介绍了PHIL系统现有的组成与结构,综述了数模混合仿真系统的相关原理,归纳了使用最为广泛的几种接口算法的原理与特点,基于连续域建模方法对比分析了PHIL系统的稳定性。接着,为了体现数字离散模型特征和物理信号的采样保持特征,提出了一种通用的PHIL系统离散域建模方法,弥补了连续域建模的精度偏差;在此基础之上,提出了基于D分割的PHIL系统稳定边界计算方法,详细分析了系统阻抗参数、仿真步长等因素对PHIL系统稳定性的影响,讨论了不同仿真步长和阻抗匹配条件下PHIL系统的失稳边界变化情况,验证了延时和离散化会导致PHIL系统出现高频失稳,PHIL系统比真实系统的稳定边界收缩。然后,针对PHIL系统出现的稳定边界收缩问题,提出了一种基于离散域设计的并联虚拟阻抗功率接口算法。基于稳定边界扩展系数的稳定性评价指标,在宽范围阻抗条件下,定量分析了并联虚拟阻抗对PHIL系统稳定边界的影响;基于电压/电流误差系数的系统精度评价指标,定量分析了在基波以及各次谐波、不同仿真步长等条件下并联虚拟阻抗对系统仿真精度的提高效果。最后,利用OPRT公司的OP5600+OP5607的RT-LAB实时仿真系统和SpitzenbergerSpies公司(SPS)四象限线性功率放大器搭建了PHIL系统,通过实验验证了系统阻抗参数、仿真步长等因素对PHIL系统产生的影响,并验证了上述离散域模型和稳定性边界的准确性以及所提出的并联虚拟阻抗算法的有效性和可行性。
【图文】：

结构图,仿真平台,结构图,加拿大

图 3.12 RT-LAB 仿真平台结构图Fig.3.12 Structure diagram of RT-LAB simulation platform RT-LAB 仿真平台是由加拿大 Opal-RTTechnologies 公司研制，通过应用这种开放、可扩展的 RT-LAB 实时平台，，可

波形,电压电流,逆变器,电网阻抗

(b) 电网阻抗为 0.01 Ω，0.02 mH图 3.16 基于 CPU 仿真的逆变器并网电压电流波形oltage and current waveform of grid-connected inverter based on CPU
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM712

【参考文献】