基于rt?lab的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于新能源微電網(wǎng)領(lǐng)域，本發(fā)明是基于OPRL?RT公司旗下的基于同一套R(shí)T?LAB硬件設(shè)備的兩種不同仿真平臺(tái)HYPERSIM和eMEGAsim，通過(guò)HYPERSIM搭建配電網(wǎng)系統(tǒng)，eMEGAsim搭建光伏、儲(chǔ)能、氫燃料電池等微源，并采集實(shí)際微電網(wǎng)中各微源的輸出量作為eMEGAsim模型的輸入量，使仿真系統(tǒng)具備真實(shí)微網(wǎng)運(yùn)行特性。本方法充分考慮到數(shù)字仿真的缺陷，提供了數(shù)字與物理相結(jié)合的方式，將實(shí)際微網(wǎng)電源的運(yùn)行特性引入仿真機(jī)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)整體微網(wǎng)運(yùn)行特性的真實(shí)化，為設(shè)備測(cè)試和仿真分析提供更真實(shí)的環(huán)境。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于新能源微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng) 運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前能源局勢(shì)緊張，環(huán)境污染嚴(yán)重，國(guó)家下達(dá)各類(lèi)政策支持電網(wǎng)改造，減輕電網(wǎng)供 電壓力。隨著負(fù)荷量的不斷增長(zhǎng)，其對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性提出更高要求。迫于環(huán)境保護(hù) 和能源枯竭的雙重壓力，微電網(wǎng)以其接在用戶(hù)側(cè)，具有成本低、電壓低以及污染小等特點(diǎn)而 開(kāi)始被人們重視，借勢(shì)智能電網(wǎng)國(guó)家政策，微電網(wǎng)也開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)示范階段逐步向商業(yè)化應(yīng) 用階段轉(zhuǎn)化。但是對(duì)于微電網(wǎng)設(shè)備和工程來(lái)說(shuō)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有一個(gè)良好的測(cè)試環(huán)境，從 而造成生產(chǎn)的微網(wǎng)設(shè)備在實(shí)際工程運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)調(diào)試?yán)щy、故障頻發(fā)等眾多情況，而通過(guò) 仿真測(cè)試平臺(tái)可以為設(shè)備策略、生產(chǎn)及調(diào)試打造模擬的微電網(wǎng)環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可通過(guò) 循環(huán)測(cè)試實(shí)現(xiàn)策略的優(yōu)化和問(wèn)題的修正。
[0003] 經(jīng)查找現(xiàn)有資料分析，傳統(tǒng)仿真技術(shù)要么采用物理方式，要么采用純數(shù)字方式，這 兩種方式中前者多為縮小比例的模擬環(huán)境，比如模擬阻抗，模擬風(fēng)機(jī)等，且受到場(chǎng)地和容量 的限制；而后者采用的純數(shù)字雖對(duì)場(chǎng)地及容量沒(méi)有要求，但由于數(shù)字模型多通過(guò)等效公式 或電路而來(lái)，從而造成運(yùn)行特性的失真。而現(xiàn)有的控制在環(huán)和功率在環(huán)仿真也均只是將控 制板或縮小比例的物理設(shè)備接入系統(tǒng)當(dāng)中，仍然不能完全實(shí)現(xiàn)真實(shí)微網(wǎng)運(yùn)行特性仿真環(huán)境 的搭建。真實(shí)的微網(wǎng)運(yùn)行特性，對(duì)于新研制設(shè)備在環(huán)測(cè)試和設(shè)備硬件調(diào)試的結(jié)論影響巨大。 目前先進(jìn)的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)主要是通過(guò)RT-LAB或RTDS仿真機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)仿真機(jī)和部分 變流器控制板組建控制在環(huán)仿真環(huán)境等方式，這些組建方式由于電源仍采用數(shù)學(xué)模型搭 建，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)微源運(yùn)行特性的真實(shí)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，突破了已有 的仿真平臺(tái)構(gòu)建方法，避免了常規(guī)仿真平臺(tái)的弊端，可為新型微網(wǎng)設(shè)備測(cè)試及微網(wǎng)系統(tǒng)工 程前期仿真調(diào)試提供完全真實(shí)的環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并在線修正，保障設(shè)備及工程運(yùn)行的 可靠性，極大減少設(shè)備研制及工程調(diào)試成本。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè) 試平臺(tái)，包括物理微電網(wǎng)系統(tǒng)、RT-LAB仿真系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)；
[0006] 所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)與RT-LAB仿真系統(tǒng)共用一套微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，所述微電 網(wǎng)能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備與負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和歷史 存儲(chǔ)查詢(xún)，以及根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式綜合考慮信息決策、調(diào)整微電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)；
[0007] 所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)與RT-LAB仿真系統(tǒng)之間通過(guò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量與模擬量 的傳輸與轉(zhuǎn)換；
[0008] 所述RT-LAB仿真系統(tǒng)包括使用HYPERS IM軟件系統(tǒng)搭建的配電網(wǎng)仿真模型、使用 eMEGAsim軟件系統(tǒng)搭建的配電變壓器及以下含有電力電子設(shè)備的微電網(wǎng)仿真模型，所述配 電網(wǎng)模型和微電網(wǎng)仿真模型都是受控源模型，即采集物理微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，傳 輸入模型做為控制量。
[0009] 進(jìn)一步的，所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)多層嵌套式交直流混合微網(wǎng)群。
[0010] 更進(jìn)一步的，所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)包括一個(gè)光儲(chǔ)主微網(wǎng)，兩個(gè)光儲(chǔ)子微網(wǎng)和一個(gè) 直流子微網(wǎng)，均通過(guò)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和運(yùn)行調(diào)度;子微網(wǎng)采用即插即用的 方式，每一個(gè)子微網(wǎng)均有較主微網(wǎng)低一級(jí)的保護(hù)配置。
[0011] 再進(jìn)一步，光儲(chǔ)主微網(wǎng)為光伏和鋰電池儲(chǔ)能構(gòu)建交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu);兩個(gè)光儲(chǔ)子微 網(wǎng)包括光儲(chǔ)灌溉系統(tǒng)和綜合能源供應(yīng)系統(tǒng);光儲(chǔ)灌溉系統(tǒng)是通過(guò)光伏和儲(chǔ)能構(gòu)建交流子微 電網(wǎng)，為灌溉水栗和照明燈供電，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在綠色灌溉方面的應(yīng)用;綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)是 通過(guò)光伏和儲(chǔ)能構(gòu)建交流子微電網(wǎng)，為地源熱栗和照明燈供電，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在冷熱電綜合 能源供應(yīng)方面的應(yīng)用;直流子微網(wǎng)是構(gòu)建光儲(chǔ)直流子微網(wǎng)，并通過(guò)大型變流器并網(wǎng)，為系統(tǒng) 內(nèi)的直流LED照明燈供電。
[0012] 進(jìn)一步的，所述RT-LAB仿真系統(tǒng)中，將HYPERSIM配電網(wǎng)仿真模型的線路終端輸出 電壓、電流信號(hào)，傳輸給eMEGAsim微電網(wǎng)仿真模型中的配電變壓器高壓側(cè)，組建微電網(wǎng)并網(wǎng) 結(jié)構(gòu)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)的配電網(wǎng)側(cè)的待測(cè)的測(cè)控保護(hù)裝置的電壓電流數(shù) 據(jù)，經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)的功率放大器后傳輸入所述RT-LAB仿真系統(tǒng)的配電網(wǎng)側(cè)做為控制量;所 述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)的光伏設(shè)備側(cè)的測(cè)控保護(hù)裝置的電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)的功率放大器 后傳輸入所述RT-LAB仿真系統(tǒng)的光伏設(shè)備側(cè)做為控制量;所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)的光伏變流 器的SVPWM波，通過(guò)通信系統(tǒng)的I/O模塊，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量控制信號(hào)，對(duì)所述RT-LAB仿真系統(tǒng)當(dāng) 中構(gòu)建的光伏變流器主電路進(jìn)行控制。
[0014]更進(jìn)一步的，所述測(cè)控保護(hù)裝置通過(guò)MODBUS模塊與所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)、RT-LAB 仿真系統(tǒng)進(jìn)行通信連接。
[0015] 進(jìn)一步的，所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集監(jiān)控模塊和能量管理高級(jí)應(yīng)用 模塊;所述數(shù)據(jù)采集監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)源、接受指令，并對(duì)所有設(shè)備與負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和歷史存儲(chǔ)查詢(xún);所述能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式 綜合考慮分布式電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)的現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)、用戶(hù)負(fù)荷供電等級(jí)、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)參考等信 息決策，調(diào)整微電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。
[0016] 更進(jìn)一步的，所述能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊包括數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)單元、優(yōu)化調(diào)度單元、運(yùn)行 控制單元;所述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)單元包括光伏預(yù)測(cè)及負(fù)荷預(yù)測(cè)，為能量管理優(yōu)化調(diào)度單元提供了 輸入;優(yōu)化調(diào)度單元根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)結(jié)果、分時(shí)電價(jià)信息、上網(wǎng)功率閾值，已輸入的負(fù) 荷優(yōu)先級(jí)、各并網(wǎng)逆變?cè)O(shè)備的額定容量、儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電電壓/S0C限值，輸出優(yōu)化調(diào)度建議 指令;運(yùn)行控制單元根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際工況給出修正建議指令。
[0017] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0018] 1、突破了已有的仿真平臺(tái)構(gòu)建方法，避免了常規(guī)仿真平臺(tái)對(duì)運(yùn)行特性擬合度差的 弊端。
[0019] 2、可為新型微網(wǎng)設(shè)備測(cè)試及微網(wǎng)系統(tǒng)工程前期仿真調(diào)試提供完全真實(shí)的環(huán)境，及 時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并在線修正，保障設(shè)備及工程運(yùn)行的可靠性，極大減少設(shè)備研制及工程調(diào)試成 本。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是真實(shí)微電網(wǎng)特性動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)；
[0021] 圖2是物理微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
[0022]圖3是光伏系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建示意圖；
[0023]圖4是光伏運(yùn)行原理圖；
[0024]圖5是測(cè)控保護(hù)設(shè)備測(cè)試方式圖；
[0025]圖6是變流器設(shè)備測(cè)試方式圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特 征可以相互組合。
[0027] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0028]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是：
[0029] (1)模式控制器
[0030]可接受和反饋控制信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)控制策略。
[0031] (2)測(cè)控保護(hù)
[0032]具有測(cè)量、采集和傳輸數(shù)的功能，也可保護(hù)線路，在線路發(fā)生異常時(shí)保護(hù)動(dòng)作。 [0033] (3)能量管理系統(tǒng)
[0034] 能量管理系統(tǒng)(Energy Management System)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力系統(tǒng)應(yīng)用軟 件技術(shù)為支撐的現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，也是能量系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的一體化或集 成，一般包括數(shù)據(jù)收集、能量管理和網(wǎng)絡(luò)分析三大功能。
[0035] (4)PCS
[0036] 儲(chǔ)能變流器(PCS)可控制蓄電池的充電和放電過(guò)程，進(jìn)行交直流的變換，在無(wú)電網(wǎng) 情況下可以直接為交流負(fù)荷供電。PCS由DC/AC雙向變流器、控制單元等構(gòu)成。
[0037] (5)BMS
[0038]電池管理系統(tǒng)(BMS)是電池與PCS之間的紐帶，提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn) 過(guò)度充電和過(guò)度放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。
[0039] (6)HYPERSIM
[0040] HyperSim是由世界知名的電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室魁北克水電研發(fā)中心基于多年來(lái) 對(duì)世界上最復(fù)雜輸電系統(tǒng)的研究而開(kāi)發(fā)的電磁暫態(tài)仿真軟件，是目前世界上唯一有能力實(shí) 現(xiàn)10000+節(jié)點(diǎn)仿真分析的超大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真的測(cè)試系統(tǒng)。
[0041 ] (7)eMEGAsim
[0042] eMEGAsim是專(zhuān)為大型電網(wǎng)及電力電子系統(tǒng)的高精度實(shí)時(shí)仿真，快速控制原型 (RCP)及硬件在環(huán)仿真測(cè)試(HIL)量身定做的高精度、多處理器實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。它繼承Opal-RT公司的eMEGAs im分布式并行處理思路，基于Intel? Core?2Quad多核處理器和FPGA技術(shù)， 能在微秒以下的小步長(zhǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行，從而精確模擬目前電力系統(tǒng)中的各種電磁暫態(tài)，在電力 電子仿真領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
[0043] (8)基于RT-LAB的本發(fā)明
[0044] HYPERSIM和eMEGAsim是0PRL-RT公司旗下的基于同一套R(shí)T-LAB硬件設(shè)備的兩種不 同仿真平臺(tái)。本發(fā)明運(yùn)用HYPERS頂和eMEGAsim雙仿真系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，構(gòu)建具 有真實(shí)運(yùn)行特性的仿真測(cè)試環(huán)境，可提高設(shè)備和系統(tǒng)仿真測(cè)試與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的結(jié)果一致 性，同時(shí)亦可為微網(wǎng)工程建設(shè)的前期調(diào)試工作提供建議。
[0045] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0046] 本發(fā)明所建設(shè)的真實(shí)微網(wǎng)特性動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，不僅包含有實(shí)際微網(wǎng)中使用的 光伏、儲(chǔ)能等設(shè)備模型，也構(gòu)建了常用的柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備模型，以及測(cè)控保護(hù)裝置、模式 控制器、不同敏感度的負(fù)荷模型等。仿真測(cè)試平臺(tái)支持二次開(kāi)發(fā)，可拓展新款設(shè)備，構(gòu)建新 的微電網(wǎng)組合。仿真測(cè)試平臺(tái)與實(shí)際微電網(wǎng)共用一套微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)界面上 的電氣測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際微電網(wǎng)"四遙"數(shù)據(jù)同步顯示。主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0047]仿真測(cè)試平臺(tái)主要包含物理微電網(wǎng)系統(tǒng)、RT-LAB仿真系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、MODBUS模 塊、功率放大器、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，下面對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0048] 一、物理微電網(wǎng)系統(tǒng)：
[0049] 真實(shí)微電網(wǎng)物理系統(tǒng)是一個(gè)多層嵌套式交直流混合微網(wǎng)群，涉及的主要設(shè)備包括 光伏、儲(chǔ)能、地源熱栗、氫燃料電池等。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0050] 其中，物理微電網(wǎng)系統(tǒng)包括一個(gè)光儲(chǔ)主微網(wǎng)，兩個(gè)光儲(chǔ)子微網(wǎng)和一個(gè)直流子微網(wǎng)， 均通過(guò)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和運(yùn)行調(diào)度。實(shí)際微網(wǎng)采用"即插即用"的方式，每 一個(gè)子微網(wǎng)均有著較主微網(wǎng)低一級(jí)的保護(hù)配置，因此在單個(gè)設(shè)備或控制模塊的測(cè)試過(guò)程當(dāng) 中出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或電能質(zhì)量超標(biāo)等情況時(shí)，該設(shè)備或子微網(wǎng)將會(huì)首先自動(dòng)脫離主網(wǎng)，在測(cè) 試過(guò)程中不影響其他子微網(wǎng)和整體微電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0051] ①主微網(wǎng)為光伏和鋰電池儲(chǔ)能構(gòu)建交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；
[0052] ②光儲(chǔ)灌溉系統(tǒng)是通過(guò)光伏和儲(chǔ)能構(gòu)建交流子微電網(wǎng)，為灌溉水栗和照明燈供 電，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在綠色灌溉方面的應(yīng)用；
[0053]③綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)是通過(guò)光伏和儲(chǔ)能構(gòu)建交流子微電網(wǎng)，為地源熱栗和照明燈 供電，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在冷熱電綜合能源供應(yīng)方面的應(yīng)用；
[0054]④直流微網(wǎng)是構(gòu)建光儲(chǔ)直流子微網(wǎng)，并通過(guò)大型變流器并網(wǎng)，為系統(tǒng)內(nèi)的直流LED 照明燈供電。
[0055]系統(tǒng)內(nèi)的所有儲(chǔ)能系統(tǒng)均包含有鋰電池、BMS、PCS等主要裝置，光伏系統(tǒng)包含有光 伏電池和逆變器。儲(chǔ)能PCS運(yùn)行策略主要為恒壓/恒頻控制(v-f)、恒功率控制(PQ)和下垂控 制(Droop)等控制方法。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PCS運(yùn)行在PQ模式，為系統(tǒng)提供或吸收電能；當(dāng)外界 電網(wǎng)斷電時(shí)，主微網(wǎng)PCC點(diǎn)斷開(kāi)，主微網(wǎng)儲(chǔ)能運(yùn)行策略由PQ切換為V-f模式，為系統(tǒng)提供電壓 頻率支撐，子微網(wǎng)儲(chǔ)能仍運(yùn)行在PQ模式；當(dāng)主微網(wǎng)不能供電時(shí)，子微網(wǎng)亦可無(wú)縫切換至離網(wǎng) 運(yùn)行，此時(shí)子微網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行在V-f模式。
[0056]二、RT-LAB 仿真系統(tǒng)：
[0057] 包括仿真主機(jī)和實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)，兩套硬件設(shè)備（0P5600)，分別采用HYPERSIM和 eMEGAs im軟件系統(tǒng)。其中使用HYPERSIM搭建配電網(wǎng)模型，可模擬正常和故障（包括電壓波 動(dòng)、頻率波動(dòng)、對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)短路、雷擊、線路斷開(kāi)等電網(wǎng)故障）情況下的配電網(wǎng)；使用 eMEGAsim搭建配電變壓器及以下含有電力電子設(shè)備較多的微電網(wǎng)仿真模型。通過(guò)0P5607實(shí) 現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)之間的通信，將HYPERS頂配電網(wǎng)線路終端輸出電壓、電流信號(hào)，經(jīng)0P5607傳輸給 eMEGAsim當(dāng)中的配電變壓器高壓側(cè)，組建微電網(wǎng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0058]配電網(wǎng)和微電網(wǎng)模型均包括兩種類(lèi)型，一種搭建符合實(shí)際設(shè)備特性的純數(shù)字模 型，另一種是受控源模型(采集物理微電網(wǎng)對(duì)應(yīng)設(shè)備的電壓電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)功率放大器后傳 輸入模型做為控制量）。下面以光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例，就仿真測(cè)試平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)真實(shí)設(shè)備信息 接入以及如何實(shí)現(xiàn)控制器測(cè)試作詳細(xì)說(shuō)明。
[0059]如圖3所示，同步運(yùn)行時(shí)模擬微網(wǎng)系統(tǒng)中電側(cè)和光伏設(shè)備由實(shí)際信號(hào)控制;光伏逆 變控制器(板）的信號(hào)采集來(lái)自實(shí)際微網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)控制實(shí)際微網(wǎng)和模擬微網(wǎng)中的IGBT;待 測(cè)的測(cè)控保護(hù)單元的信號(hào)采集來(lái)自模擬微網(wǎng)系統(tǒng)(實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信號(hào)的響應(yīng)），同時(shí)控制實(shí)際 微網(wǎng)和模擬微網(wǎng)中的繼電器，完成對(duì)待測(cè)設(shè)備性能試。
[0060]在仿真模擬系統(tǒng)中，光伏設(shè)備可以自行運(yùn)行，也可以由外部控制運(yùn)行，其原理如圖 4所示。
[0061 ] 三、通信系統(tǒng)：
[0062] I/O模塊主要用于物理微電網(wǎng)系統(tǒng)與模擬微電網(wǎng)系統(tǒng)之間數(shù)字量與模擬量的傳輸 與轉(zhuǎn)換，例如光伏變流器的SVPWM波，可通過(guò)接收物理微電網(wǎng)系統(tǒng)輸入的模擬量數(shù)據(jù)，將之 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量控制信號(hào)，再對(duì)仿真系統(tǒng)當(dāng)中構(gòu)建的光伏變流器主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)變流 器輸出特性的真實(shí)化。
[0063] 四、MODBUS 模塊：
[0064] 可實(shí)現(xiàn)測(cè)控保護(hù)等二次設(shè)備與物理和模擬微電網(wǎng)系統(tǒng)之間的通信連接，用于進(jìn)行 測(cè)控保護(hù)裝置開(kāi)發(fā)與測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0065]五、功率放大器：
[0066]為四象限功率變換裝置，可實(shí)現(xiàn)三相或單相模擬量輸入和輸出符合實(shí)時(shí)仿真機(jī)工 作環(huán)境要求。
[0067] 六、微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(MEMS):
[0068]微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集監(jiān)控和能量管理高級(jí)應(yīng)用兩大模塊。
[0069] (1)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)作為MEMS的數(shù)據(jù)中樞，除為其他模塊提供數(shù)據(jù)源外，還能接 受其他模塊發(fā)出的指令，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備與負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 分析和歷史存儲(chǔ)查詢(xún)。
[0070] (2)能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊是MEMS的核心模塊，它決定了 MEMS的行為，決定了 MEMS 的智能化程度。能量管理模塊可以根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式綜合考慮分布式電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)的 現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)，用戶(hù)負(fù)荷供電等級(jí)，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)參考等信息決策、調(diào)整微電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。 能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊主體功能包括:數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)度、運(yùn)行控制。其中，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)算法 包括光伏預(yù)測(cè)及負(fù)荷預(yù)測(cè)，為能量管理優(yōu)化調(diào)度算法提供了輸入。能量管理算法包括優(yōu)化 調(diào)度和運(yùn)行控制兩部分。優(yōu)化調(diào)度算法會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)結(jié)果、分時(shí)電價(jià)信息(包括買(mǎi) 電及賣(mài)電價(jià)格）、上網(wǎng)功率閾值，已輸入的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)、各并網(wǎng)逆變?cè)O(shè)備的額定容量、儲(chǔ)能系 統(tǒng)充放電電壓/SOC限值，輸出優(yōu)化調(diào)度建議指令。運(yùn)行控制算法根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際工況 給出修正建議指令。用戶(hù)可以自行決定建議指令是否自動(dòng)下發(fā)。
[0071] 本測(cè)試平臺(tái)可基于多層嵌套式微網(wǎng)真實(shí)運(yùn)行特性進(jìn)行微網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備測(cè)試、新結(jié)構(gòu) 微網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試，以及不同組網(wǎng)形式下的微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略測(cè)試。
[0072] 由于實(shí)際微網(wǎng)采用"即插即用"的方式，因此在檢測(cè)中心可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)設(shè)備性能檢 測(cè)、新結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)的可靠性檢測(cè)以及控制策略的定制開(kāi)發(fā)等。
[0073] 實(shí)際微網(wǎng)當(dāng)中每一個(gè)子微網(wǎng)均有著較主微網(wǎng)低一級(jí)的保護(hù)配置，因此在單個(gè)設(shè)備 或控制模塊的測(cè)試過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或電能質(zhì)量超標(biāo)時(shí)，子微網(wǎng)將會(huì)自動(dòng)脫離主網(wǎng) 重啟，因此在測(cè)試過(guò)程中不影響整體微電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0074] 1、新型微電網(wǎng)設(shè)備性能檢測(cè)
[0075] (1)繼電保護(hù)設(shè)備檢測(cè)
[0076]實(shí)測(cè)繼電保護(hù)設(shè)備對(duì)某個(gè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的控制策略，先將該保護(hù)設(shè)備控制信號(hào)接入 eMAGAsim仿真系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)模型信號(hào)接收點(diǎn)，通過(guò)eMAGAsim仿真系統(tǒng)仿真故障情況，或者 通過(guò)HYPERS頂系統(tǒng)模擬電網(wǎng)故障，故障類(lèi)型包括電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、對(duì)稱(chēng)短路、不對(duì)稱(chēng)短 路、斷線、電壓跌落等情況。實(shí)時(shí)分析保護(hù)設(shè)備動(dòng)作策略和靈敏度，仿真系統(tǒng)當(dāng)中可實(shí)時(shí)觀 察并記錄該保護(hù)設(shè)備運(yùn)行和動(dòng)作狀態(tài)?？稍谠O(shè)備實(shí)際應(yīng)用于微網(wǎng)工程建設(shè)前，最大限度找 出隱患，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。如圖5所示。
[0077] (2)PCS等控制模塊檢測(cè)
[0078]如圖6所示，將被測(cè)PCS設(shè)備替換當(dāng)前實(shí)際系統(tǒng)中的PCS，將脈沖調(diào)節(jié)信號(hào)接入 eMAGAsim仿真系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的PCS當(dāng)中，通過(guò)仿真平臺(tái)模擬負(fù)荷投切、電源并離網(wǎng)、光照風(fēng)速等 外界資源突變、運(yùn)行模式切換等，通過(guò)不斷進(jìn)行在線調(diào)試參數(shù)，使得設(shè)備運(yùn)行輸出波形可以 達(dá)到預(yù)期結(jié)果，同時(shí)可進(jìn)一步在整體微網(wǎng)環(huán)境當(dāng)中，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，實(shí)時(shí)跟蹤記錄該P(yáng)CS 在不同工況的暫穩(wěn)態(tài)變化。以發(fā)現(xiàn)設(shè)備在真實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并重復(fù)進(jìn)行測(cè)試 與解決，以提高設(shè)備在實(shí)際微網(wǎng)當(dāng)中運(yùn)行的可靠性。
[0079] 2、組建新結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)系統(tǒng)測(cè)試
[0080]對(duì)于新結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)，可以通過(guò)在現(xiàn)有設(shè)備模型的基礎(chǔ)上加入生物質(zhì)和柴油發(fā)電機(jī) 等微源，所有設(shè)備的實(shí)際控制板均可接入測(cè)試平臺(tái)當(dāng)中進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，對(duì)于沒(méi)有控制 板的設(shè)備，亦可用最逼近實(shí)際設(shè)備特性的模型替代。通過(guò)能量管理系統(tǒng)對(duì)仿真系統(tǒng)的微網(wǎng) 進(jìn)行運(yùn)行調(diào)度控制，可實(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)切換，暫穩(wěn)態(tài)運(yùn)行仿真分析，以及發(fā)電預(yù)測(cè)及負(fù)荷預(yù)測(cè)、 秒級(jí)調(diào)度和中長(zhǎng)期調(diào)度等運(yùn)行策略的測(cè)試與分析等功能。
[0081]以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例， 不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等， 均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專(zhuān)利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，包括物理微電 網(wǎng)系統(tǒng)、RT-LAB仿真系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)； 所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)與RT-LAB仿真系統(tǒng)共用一套微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，所述微電網(wǎng)能 量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備與負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和歷史存儲(chǔ) 查詢(xún)，以及根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式綜合考慮信息決策、調(diào)整微電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)； 所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)與RT-LAB仿真系統(tǒng)之間通過(guò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量與模擬量的傳 輸與轉(zhuǎn)換； 所述RT-LAB仿真系統(tǒng)包括使用HYPERSIM軟件系統(tǒng)搭建的配電網(wǎng)仿真模型、使用 eMEGAsim軟件系統(tǒng)搭建的配電變壓器及以下含有電力電子設(shè)備的微電網(wǎng)仿真模型，所述配 電網(wǎng)模型和微電網(wǎng)仿真模型都是受控源模型，即采集物理微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，傳 輸入模型做為控制量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)多層嵌套式交直流混合微網(wǎng)群。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)包括一個(gè)光儲(chǔ)主微網(wǎng)，兩個(gè)光儲(chǔ)子微網(wǎng)和一個(gè)直流子微網(wǎng)，均 通過(guò)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和運(yùn)行調(diào)度;子微網(wǎng)采用即插即用的方式，每一個(gè)子 微網(wǎng)均有較主微網(wǎng)低一級(jí)的保護(hù)配置。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，光儲(chǔ)主微網(wǎng)為光伏和鋰電池儲(chǔ)能構(gòu)建交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu);兩個(gè)光儲(chǔ)子微網(wǎng)包括光儲(chǔ) 灌溉系統(tǒng)和綜合能源供應(yīng)系統(tǒng);光儲(chǔ)灌溉系統(tǒng)是通過(guò)光伏和儲(chǔ)能構(gòu)建交流子微電網(wǎng)，為灌 溉水栗和照明燈供電，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在綠色灌溉方面的應(yīng)用；綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)是通過(guò)光伏 和儲(chǔ)能構(gòu)建交流子微電網(wǎng)，為地源熱栗和照明燈供電，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在冷熱電綜合能源供應(yīng) 方面的應(yīng)用;直流子微網(wǎng)是構(gòu)建光儲(chǔ)直流子微網(wǎng)，并通過(guò)大型變流器并網(wǎng)，為系統(tǒng)內(nèi)的直流 LED照明燈供電。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述RT-LAB仿真系統(tǒng)中，將HYPERS頂配電網(wǎng)仿真模型的線路終端輸出電壓、電流信 號(hào)，傳輸給eMEGAs im微電網(wǎng)仿真模型中的配電變壓器高壓側(cè)，組建微電網(wǎng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)的配電網(wǎng)側(cè)的待測(cè)的測(cè)控保護(hù)裝置的電壓電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)通 信系統(tǒng)的功率放大器后傳輸入所述RT-LAB仿真系統(tǒng)的配電網(wǎng)側(cè)做為控制量;所述物理微電 網(wǎng)系統(tǒng)的光伏設(shè)備側(cè)的測(cè)控保護(hù)裝置的電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)的功率放大器后傳輸入所 述RT-LAB仿真系統(tǒng)的光伏設(shè)備側(cè)做為控制量;所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)的光伏變流器的SVPWM 波，通過(guò)通信系統(tǒng)的I/O模塊，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量控制信號(hào)，對(duì)所述RT-LAB仿真系統(tǒng)當(dāng)中構(gòu)建的 光伏變流器主電路進(jìn)行控制。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述測(cè)控保護(hù)裝置通過(guò)MODBUS模塊與所述物理微電網(wǎng)系統(tǒng)、RT-LAB仿真系統(tǒng)進(jìn)行 通信連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集監(jiān)控模塊和能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊;所述 數(shù)據(jù)采集監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)源、接受指令，并對(duì)所有設(shè)備與負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)分析和歷史存儲(chǔ)查詢(xún);所述能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式綜合考慮分 布式電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)的現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)、用戶(hù)負(fù)荷供電等級(jí)、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)參考等信息決策，調(diào)整 微電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于RT-LAB的真實(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試平臺(tái)，其特 征在于，所述能量管理高級(jí)應(yīng)用模塊包括數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)單元、優(yōu)化調(diào)度單元、運(yùn)行控制單元;所 述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)單元包括光伏預(yù)測(cè)及負(fù)荷預(yù)測(cè)，為能量管理優(yōu)化調(diào)度單元提供了輸入;優(yōu)化調(diào) 度單元根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)結(jié)果、分時(shí)電價(jià)信息、上網(wǎng)功率閾值，已輸入的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)、各 并網(wǎng)逆變?cè)O(shè)備的額定容量、儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電電壓/SOC限值，輸出優(yōu)化調(diào)度建議指令;運(yùn)行控 制單元根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際工況給出修正建議指令。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK106054672SQ201610580682
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日 公開(kāi)號(hào)201610580682.7, CN 106054672 A, CN 106054672A, CN 201610580682, CN-A-106054672, CN106054672 A, CN106054672A, CN201610580682, CN201610580682.7
【發(fā)明人】鄒廣宇, 張巖, 張?jiān)闯?
【申請(qǐng)人】天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司