逆变器入网仿真测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及逆变器入网仿真测试技术，特别涉及一种逆变器入网仿真测试系统。
【背景技术】
[0002]在众多可再生能源中，太阳能凭其独特的优点而受到一致青睐，光伏发电已成为国内可再生能源发展战略的重要内容。但由于其不同于常规电源的发电特点，输出功率波动较大，其接入电网仍然有很多技术问题需要克服:比如，分布式光伏的规模化接入电网的规划、运行、控制等各个环节都带来了新的挑战；新型的逆变器拓扑在数字仿真中的功能验证及性能验证存在难度。所以，光伏逆变器入网的建模与仿真研究成为光伏发电领域的重要课题。
[0003]按照仿真模型的不同，目前电力系统实时仿真技术主要包括物理仿真、数字仿真和数字物理混合仿真，它们具有各自的实现方法和特点，具体如下:
[0004]对于数字仿真，采用了现代计算机技术、控制技术，结合了大型软件和复杂硬件，其建模速度快，参数调整方便，能对大系统进行仿真，但是对于新型的设备和控制策略的仿真不尽人意。
[0005]对于物理仿真，考虑了非线性等复杂的不确定因素，因此能够比较准确地模拟电力系统的动态过程。对于各种新型的电力器件的模拟及机理尚不清楚的现象以及新型电力设备的研究非常需要物理仿真。目前有较多厂家集中在采用物理仿真这种方案来实现光伏逆变器的测试平台，如图1所示，其中，101为电网，102为电网模拟器，103为谐波闪烁分析仪，104为RLC负载，105为功率分析仪，106为光伏逆变器，107为光伏模拟器；光伏模拟器和电网模拟器是该方案中的物理仿真部分。光伏模拟器模块模拟物理光伏电池，电网模拟器模块模拟电网，可控RLC负载模拟不同状态下的并网点负载。通过配置RLC模块设置不同的工作模式，该模块可以起功率吸收作用，或者模拟谐振发生。光伏模拟器和电网模拟器由公共电网进行供电。被测件为光伏逆变器实物，置于这样的物理仿真试验平台中。其中，光伏模拟器可以设置不同的PV特性曲线来测试该光伏逆变器的并网特性。
[0006]但是，该试验平台存在如下缺点:
[0007](I)、电网模拟器模拟了一个简单的电源，只模拟了电网的电压、频率，电网模拟器无法模拟现实电网中的复杂多变的特性。
[0008](2)、电网模拟器无法测试光伏发电入网系统对真实复杂电网的影响。
[0009](3)、该平台无法测试电(微)网中的一个具体扰动对光伏系统的影响。
[0010](4)、该平台无法对电(微)网中其他控制器和物理光伏逆变器设备的交互影响进行试验。
[0011]对于数字物理混合仿真，又称硬件在环(hardware-1n-the-loop, HIL)仿真，这种方法是将实际的物理装置或系统(hardware under test, HUT)置于由实时数字仿真系统建立的虚拟电力系统(virtual electrical system, VES)中进行闭环仿真。数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点，可以更准确的反应原始系统的动态特性，是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。在研究范围方面，数字物理混合实时仿真的研究领域已经涵盖了电磁暂态、机电暂态以及中长期动态的全过程。机电暂态或者电磁暂态数字仿真只能对特定的现象和范围进行仿真分析，面对快速发展的现代电力系统，经常难以描绘和分析一些新现象和新问题；传统的物理实验能够比较准确地模拟实际情况，但其存在建设投资巨大、参数更改困难、模拟规模有限等不足。数字物理混合仿真技术在一定程度上可以弥补这两种方法的不足，它拓宽了电力系统数字仿真技术的研究范围，同时也成为该领域的热点和前沿问题之一。
[0012]采用数模仿真这种方案来实现光伏逆变器的测试平台，如图2所示，包含中央处理器、光电转换器与逆变器的控制器。
[0013]在实时CPU(中央处理器)中构建了光伏面板、光伏逆变器的硬件电路部分、电网测试装置、交流变压器、电网等纯数字模型。而外部逆变器控制器为硬件实物。通过改变实时仿真机中的光伏面板特性以及电网等数字模型，来测试光伏逆变器控制器的性能。
[0014]该试验平台以实时处理器(CPU)运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，将实物装置通过计算机接口连接到仿真环境中，能够在实时条件下模拟整个系统的运行状态，缩短了控制器研发周期，减少了开发费用，降低了实际系统承受各种极限状况的风险，为深入研究系统性能提供了有效路径。
[0015]该试验平台中，逆变器控制器与实时仿真机仅进行低功率的信号交互。这即是数模混合仿真中的信号型闭环仿真(CHIL，Control-Hardware-1n-the-loop)。CHIL指数字仿真系统与待测件之间只传输低功率的测量信号及控制信号。
[0016]但是，该试验平台存在如下缺点:
[0017](I)、光伏逆变器的硬件电路采用纯数字模型，但对于光伏发电系统的物理现象，逆变器内部电力电子器件闭合与开断过程即快速的动态特性，其数字建模仍然不够准确。
[0018](2)、光伏面板和电网侧都采用纯数字模型，光伏逆变器的入网特性仿真试验结果可靠度不够高，与实际情况偏差较大。
[0019](3)、该试验平台还无法完整验证一台实物光伏逆变器入网特性，只能部分验证逆变器的控制器的功能。
【发明内容】
[0020]本发明解决的问题在于提供一种逆变器入网仿真测试系统，使对逆变器的测试更全面，同时，测试环境与实际环境更接近，测试结果更准确。
[0021]为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种逆变器入网仿真测试系统，包含:上位机仿真子系统、数字仿真子系统、物理模拟子系统、逆变器与接口子系统；
[0022]所述上位机仿真子系统与所述实时仿真机相连，用于实时监控仿真测试过程；
[0023]所述数字仿真子系统经所述接口子系统与所述逆变器连接；所述逆变器还与所述物理模拟子系统连接；
[0024]所述数字仿真子系统，用于根据电网模型对电网进行数字实时仿真；
[0025]所述物理模拟子系统，用于根据发电设备的模型对发电设备进行物理模拟；
[0026]所述接口子系统，用于对所述数字仿真子系统与所述逆变器之间交互的信号进行功率转换。
[0027]本发明实施方式相对于现有技术而言，是利用接口子系统对数字仿真子系统与逆变器之间交互的信号进行功率转换，一方面将数字仿真子系统输出的信号级的信号转换为功率级的信号，供逆变器采用以及吸收逆变器所发出的功率；另一方面，将逆变器输出的功率级的信号转换为信号级的信号，供数字仿真子系统进行仿真计算；由于接口子系统可以将信号级的信号与功率级的信号进行转换，这样可以完成对包含硬件电路(功率部分)和控制器部分的实物逆变器进行全面的测试，使得对逆变器的测试更完整；而且，利用数字仿真子系统根据电网模型对电网系统进行数字仿真，这样，可以建立较为真实的电网系统，使得可以测试发电设备对真实的电网系统的影响，使测试结果更准确；同时，利用物理模拟子系统模拟发电设备，可以克服数字仿真对发电设备建模不准确的缺点，使得模拟更准确?’最后，在测试系统中采用实物的逆变器，可以克服数字仿真对逆变器建模不准确的缺点，使测试结果更准确。
[0028]另外，所述数字仿真子系统包含数字模拟转换接口，所述接口子系统包含第一采样单元与功放单元；所述数字模拟转换接口与所述第一采样单元连接；所述第一采样单元还与所述功放单元