功率硬件在环仿真系统接口算法研究

发布时间：2020-06-12 03:37

【摘要】：近年来,随着分布式发电单元渗透率上升,电网运行特性不断发生变化,更容易引发电网阻塞、电压稳定性降低等问题。仿真技术作为一种现代化的尖端技术,可对多种复杂环境下的实际系统及过程进行模拟,广泛应用于科学研究及电力装置的生产测试中。其中,功率硬件在环仿真(power hardware in the loop,PHIL)技术作为一种新兴仿真技术,有效结合了传统数字仿真和物理模拟的优点。它把实际系统进行“拆分”,将易于进行准确数学建模的部分结构载入到数字仿真机中;其他结构通过功率接口接入数字仿真机,实现与数字侧模型的信号交互,降低了仿真成本。由于PHIL仿真技术结合了数字仿真和物理模拟的优点,能有效模拟电网的各种复杂工况,是一种新型的电力系统研究手段。接口算法实现了数字端和物理端的信号交互和能量传输,是研究PHIL仿真的关键技术。因此,本文针对PHIL系统接口算法的关键问题展开研究,主要研究内容如下:首先,综述了几种典型的接口算法;将理想变压器模型法(ideal transformer model,ITM)和阻尼阻抗法(damping impedance method,DIM)作为主要研究对象,通过对PHIL系统进行数学建模,对比分析了基于ITM和DIM的PHIL仿真系统的稳定性。然后,提出了仿真精度频域评估指标,采用直观的多维图示法,在考虑DIM的阻抗测量存在偏差的情况下,分析对比DIM与ITM接口系统的仿真精度,并讨论等效阻抗、延时类型、谐波分量(谐波频率界定在2 kHz内)等因素对仿真精度的影响,并为配置PHIL系统提供了参考意见:(1)在多数低压强电网状况下,可优先考虑ITM,其他情况尽量选择DIM;(2)对于PHIL系统的硬件选择方面,为了提高系统仿真精度,优先考虑基于FPGA(实时仿真延时小)的仿真机,再考虑用线性功放替代开关功放。最后,讨论了DIM接口系统中阻尼阻抗支路存在的意义,分析了阻抗匹配程度与DIM接口系统仿真精度的关系。研究了DIM接口系统的阻抗测量技术,包括扫频法、白噪声扰动注入法、复合正弦扰动注入法等,比较三者之间的优缺点,权衡利弊后,选用复合正弦扰动注入法进行阻抗测量。基于MATLAB/Simulink仿真环境,设计了四组各具代表性的仿真案例:(1)HUT侧为单相RLC网络;(2)HUT侧为单相并网逆变器;(3)三相不对称无源RLC网络;(4)HUT侧为三相并网逆变器,验证所提阻抗测量策略在DIM接口系统中的可行性。
【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】：TM743

【参考文献】