本發(fā)明涉及一種svg并聯(lián)仿真系統(tǒng)及其控制方法，屬仿真控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，同時對電網(wǎng)無功功率的要求也日益嚴(yán)格。無功發(fā)生裝置如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運(yùn)行不可缺少的部分。電網(wǎng)無功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動，嚴(yán)重時會導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。而作為電能質(zhì)量的重要一環(huán)，無功功率的補(bǔ)償在提高供電和用電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行、提高功率因數(shù)、降低電路損耗、減少設(shè)備容量等許多方面作用明顯。因此，研究無功補(bǔ)償問題具有十分重要的意義。

svg(靜止無功發(fā)生器)能夠提供連續(xù)變化的感性或容性無功功率，提高功率因素，改善電能質(zhì)量。三電平svg具有電流紋波小，諧波畸變率低，硬件結(jié)構(gòu)緊湊，無源器件體積小，價格低等優(yōu)勢，且易于模塊化設(shè)計和實現(xiàn)功率擴(kuò)展，在相同容量情況下大大減小設(shè)備體積。對于單臺svg，在造價、技術(shù)、特別是容量問題上，在大功率領(lǐng)域受到了制約。

在svg并聯(lián)的工程應(yīng)用中，為了降低工程試驗的風(fēng)險，采用半實物仿真技術(shù)可以提高svg并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計的可靠性和實用性。rt-lab是由加拿大opal-rttechnologies推出的一套工業(yè)級的系統(tǒng)實時仿真平臺軟件包。它是一個分布式實時平臺，能夠在很短的時間內(nèi)、以很低的花費(fèi)，通過對進(jìn)行工程仿真或者是對實物在回路的實時系統(tǒng)建立動態(tài)模型，使得工程系統(tǒng)的設(shè)計過程變的更加簡單。通過應(yīng)用這種開放，可擴(kuò)展的實時平臺，工程師可以直接將利用matlab/simulink建立的動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于實時仿真、控制、測試以及其它相關(guān)領(lǐng)域。

目前對于大功率svg的研究常采用器件串并聯(lián)技術(shù)和多重化技術(shù)，但器件串并聯(lián)會導(dǎo)致個體間存在均壓和均流問題，使得系統(tǒng)的可靠性下降，而多重化技術(shù)的共同特點都是由一個統(tǒng)一的控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)各模塊的工作，其中一個模塊出現(xiàn)故障將直接影響整個補(bǔ)償裝置的運(yùn)行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，為了能夠在svg并聯(lián)系統(tǒng)中，保證每一單臺svg模塊安全運(yùn)行于大容量系統(tǒng)中，同時實現(xiàn)工業(yè)級仿真工具對svg并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，本發(fā)明公開一種svg并聯(lián)仿真系統(tǒng)及其控制方法。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種svg并聯(lián)仿真系統(tǒng)，包括采集模塊、上層控制模塊和svg；

所述采集模塊用于采集rt-lab仿真模型的負(fù)載電流以及各單臺svg的輸出電流數(shù)據(jù)；

所述上層控制模塊用于計算各單臺svg參考輸出電流；

所述svg由svg控制模塊和svg主電路模塊組成；svg控制模塊由被測實物控制器組成；svg主電路模塊由rt-lab仿真裝置搭建模型構(gòu)成。

所述svg控制模塊用于接收參考輸出電流以及輸出電流獲得并返回調(diào)制波；

所述svg控制模塊還用于生成載波，將調(diào)制波分別與載波進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果獲取正弦脈寬調(diào)制波；

所述svg控制模塊還用于將控制命令以及正弦脈寬調(diào)制波傳輸給rt-lab仿真設(shè)備。

所述上層控制模塊連接svg控制模塊的輸入端；svg控制模塊的輸出端連接svg主電路模塊；svg主電路模塊的輸出端連接仿真系統(tǒng)；采集模塊連接svg主電路模塊的輸出端。

所述svg控制模塊由通信板卡、模擬量采集板卡、主控板卡、脈沖運(yùn)算板卡、開關(guān)量板卡和電源板組成，通過高速光纖和rt-lab仿真設(shè)備控制器連接。

所述上層控制模塊與svg控制模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，但在地位上相對于svg控制模塊具有領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。

所述svg模塊并聯(lián)系統(tǒng)工作時，上層控制模塊與各單臺svg控制模塊分別進(jìn)行485通訊，控制各單臺svg投切及分配各單臺svg補(bǔ)償容量，同時通過人機(jī)界面來監(jiān)控各單臺svg運(yùn)行狀態(tài)。

一種svg并聯(lián)仿真控制方法，包括以下步驟：

(1)采集rt-lab仿真設(shè)備中的負(fù)載電流數(shù)據(jù)和各單臺svg輸出電流數(shù)據(jù)；

(2)將負(fù)載電流數(shù)據(jù)發(fā)送給上層控制模塊，將各單臺svg輸出電流數(shù)據(jù)經(jīng)由上層控制模塊分別發(fā)送至各自控制模塊；

(3)上層控制模塊根據(jù)接收到的負(fù)載電流數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的額定電流數(shù)據(jù)，計算得到svg參考電流，并將參考電流平均分配到各單臺svg控制模塊。

(4)各單臺svg模塊根據(jù)接收到的各單臺svg參考輸出電流以及輸出電流獲得并返回調(diào)制波，并接收主控板返回的控制命令；

(5)生成載波，將調(diào)制波分別與載波進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果獲取正弦脈寬調(diào)制波；

(6)將控制命令以及正弦脈寬調(diào)制波傳輸給rt-lab仿真設(shè)備，由rt-lab仿真設(shè)備根據(jù)正弦脈寬調(diào)制波和控制命令對各單臺svg的輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明實現(xiàn)了在rt-lab半實物仿真平臺上的svg并聯(lián)控制，保證了每一單臺svg安全運(yùn)行于大容量系統(tǒng)中，并且實現(xiàn)了svg和rt-lab仿真設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。

附圖說明

圖1為本發(fā)明svg并聯(lián)仿真控制方法的流程示意圖；

圖2為svg控制模塊與rt-lab仿真設(shè)備的連接示意圖；

圖3為本發(fā)明中svg并聯(lián)仿真系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中單臺svg主電路模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

圖1所示為本發(fā)明svg并聯(lián)仿真控制方法的一個實施例流程示意圖。

在本實施例中svg并聯(lián)仿真控制方法，包括以下步驟：

步驟s01：采集rt-lab仿真設(shè)備中的負(fù)載電流數(shù)據(jù)和各單臺svg輸出電流數(shù)據(jù)；

步驟s02：將負(fù)載電流數(shù)據(jù)發(fā)送給上層控制模塊，將各單臺svg輸出電流數(shù)據(jù)經(jīng)由上層控制模塊分別發(fā)送至各單臺svg控制模塊；

步驟s03：上層控制模塊根據(jù)接收到的負(fù)載電流數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的額定電流數(shù)據(jù)，計算得到svg參考電流，并將參考電流平均分配計算得到各單臺svg模塊輸出參考電流，最后將各單臺svg模塊輸出參考電流發(fā)送至各單臺svg控制模塊；

步驟s04：各單臺svg控制模塊根據(jù)接收到的各單臺svg參考輸出電流以及各單臺svg輸出電流獲得并返回調(diào)制波，并接收主控板返回的控制命令；

步驟s05：生成載波，將調(diào)制波分別與載波進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果獲取正弦脈寬調(diào)制波；

步驟s06：將控制命令以及正弦脈寬調(diào)制波傳輸給rt-lab仿真設(shè)備，由rt-lab仿真設(shè)備根據(jù)正弦脈寬調(diào)制波和控制命令對各單臺svg的輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實施例一種svg并聯(lián)仿真系統(tǒng)，包括采集模塊、上層控制模塊、svg控制模塊和svg主電路模塊。所述svg模塊并聯(lián)系統(tǒng)工作時，上層控制器與各單臺svg模塊分別進(jìn)行485通訊，控制各單臺svg投切及分配各單臺svg補(bǔ)償容量，同時通過人機(jī)界面來監(jiān)控各單臺svg運(yùn)行狀態(tài)。

本實施例svg并聯(lián)仿真控制方法和系統(tǒng)，是采集rt-lab仿真設(shè)備中的負(fù)載電流數(shù)據(jù)和各單臺svg輸出電流數(shù)據(jù)，將負(fù)載電流數(shù)據(jù)發(fā)送給上層控制模塊，將各單臺svg輸出電流數(shù)據(jù)分別發(fā)送至各單臺svg控制模塊；上層控制模塊計算得到各單臺svg輸出參考電流，將各單臺svg輸出參考電流發(fā)送至各單臺svg控制模塊；各單臺svg控制模塊根據(jù)接收到的各單臺svg參考輸出電流以及各單臺svg輸出電流獲得并返回調(diào)制波，生成載波，將調(diào)制波分別與載波進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果獲取正弦脈寬調(diào)制波，最后將控制命令以及正弦脈寬調(diào)制波傳輸給rt-lab仿真設(shè)備，由rt-lab仿真設(shè)備根據(jù)正弦脈寬調(diào)制波和控制命令對各單臺svg的輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。此方案實現(xiàn)了在rt-lab半實物仿真平臺上的svg并聯(lián)控制，保證了每一單臺svg安全運(yùn)行于大容量系統(tǒng)中，并且實現(xiàn)了svg和rt-lab仿真設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。

圖2所示為本發(fā)明svg控制模塊與rt-lab仿真設(shè)備的連接示意圖。

在一個實施例中，svg控制模塊通過高速光纖和rt-lab仿真設(shè)備連接。svg控制模塊由通信板卡、模擬量采集板卡、主控板卡、脈沖運(yùn)算板卡、開關(guān)量板卡、電源板組成。

通訊板完成與上位機(jī)界面之間的信息交換；負(fù)載電流、svg輸出電流等模擬量信號由模擬量采集板輸入；脈沖運(yùn)算板是svg模塊與rt-lab仿真設(shè)備連接與信息交換的樞紐；斷路器等開關(guān)量信號的控制和反饋由開關(guān)量板卡輸入和輸出。電源采用兩塊電源板作為熱備用以確保svg控制模塊工作的可靠性。所有采集到的模擬量和開關(guān)量需送到主控板卡進(jìn)行處理和分析，并生成相對應(yīng)的控制命令輸出到rt-lab仿真設(shè)備中。

圖3所示，為本發(fā)明中svg并聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

在一個實施例中，svg并聯(lián)系統(tǒng)中并聯(lián)的各單臺svg結(jié)構(gòu)、容量相同，在并聯(lián)系統(tǒng)中地位平等。每個svg具有自身獨(dú)立的svg控制模塊，用于據(jù)接收到的各單臺svg參考輸出電流以及各單臺svg輸出電流獲得并返回調(diào)制波和生成載波，將調(diào)制波分別與載波進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果獲取正弦脈寬調(diào)制波，將正弦脈寬調(diào)制波傳輸給rt-lab仿真設(shè)備。

在一個實施例中，上層控制模塊與svg控制模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，但在地位上相對于svg控制模塊具有領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。svg并聯(lián)系統(tǒng)工作時，上層控制模塊與各單臺svg控制模塊分別進(jìn)行485通訊，控制各單臺svg投切及分配各單臺svg補(bǔ)償容量，同時通過人機(jī)界面來監(jiān)控各單臺svg運(yùn)行狀態(tài)。

圖4所示，為本實例rt-lab仿真設(shè)備中單臺svg主電路模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

在一個實施例中，各單臺svg參考輸出電流的計算方法為：

設(shè)有k臺svg同時并聯(lián)運(yùn)行，每一臺額定輸出電流為imax，某時刻負(fù)載側(cè)采集到的負(fù)載電流為il，經(jīng)瞬時無功理論計算后得到參考輸出電流為itref，有效值為iref，則各臺svg所分配的iref＝itref/k，iref＝itref/k

各臺svg模塊參考輸出量iref’可由下式確定：

將參考電流信號平均分配給各個svg模塊采用的方法為集中式并聯(lián)控制方式，該方法可使得每個模塊工作在相同狀態(tài)下。

為保證并聯(lián)系統(tǒng)的效率，并聯(lián)系統(tǒng)中svg模塊的臺數(shù)n應(yīng)滿足下式：

(n-1)imax<ir<nimax(2)

式中：ir為負(fù)載側(cè)總無功電流有效值。

每一個svg模塊的iref應(yīng)滿足下式：

(n-1)imax/n<iref＝ir/n<imax(3)

iref應(yīng)滿足下式：

iref＝ir/n(4)

式中：ir為負(fù)載側(cè)總無功電流瞬時值。

當(dāng)外部負(fù)載側(cè)變化或svg故障時，并聯(lián)系統(tǒng)需在運(yùn)行過程中進(jìn)行svg的投切，此時可分為兩種情況：負(fù)載側(cè)總無功電流發(fā)生變化、未發(fā)生變化。

當(dāng)負(fù)載側(cè)總無功電流發(fā)生變化時，經(jīng)過合理投切后每一個svg的iref仍需滿足下式才能最大化并聯(lián)系統(tǒng)效率：

(n'-1)imax/n'<iref＝i'r/n'<imax(5)

式中：n’為投切后的svg臺數(shù)；ir’為變化后的負(fù)載側(cè)總無功電流有效值。

此時iref仍滿足：

iref＝ir/n(6)

負(fù)載側(cè)總無功電流未發(fā)生變化

此時每一個svg的iref可能大于imax，故需按照前文中的比例限流控制策略來保證每臺svg不發(fā)生過流，故此時每一個svg的iref滿足下式：

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。