一种基于RT‑LAB的主动配电网高频电力电子仿真测试平台的制作方法

本实用新型涉及一种基于RT-LAB的主动配电网高频电力电子仿真测试平台，属电力电子仿真测试技术领域。

背景技术：

随着环境污染问题日益加重以及化石能源储量不断减少，新能源技术备受人们的关注，而主动配电网与传统的配电网相比，主动配电网接入了大量的新能源发电系统，主动配电网成为了未来配电网系统发展的一个趋势。而新能源发电系统可灵活的接入配电网系统，提高了供电的可靠性以及供电质量，多电源协同供电可有效解决地区输电能力不足的问题，保证电网稳定可靠运行。

随着主动配电网中各种分布式电源的接入，电力电子设备在主动配电网中也得到了大量的应用，同时，电力电子设备的控制效果及策略对主动配电网的供电可靠性以及电能质量等起着决定性的作用，如：电压不稳定、谐波、电压不平衡等问题。此外，随着电力电子技术的发展，高频电力电子技术也得到广泛的应用，在主动配电网中高频电力电子技术的应用可使系统中电力电子设备具备高功率密度、低成本、电压传输比大、安全性更高等特点。因此，开发高效的主动配电网中高频电力电子设备成为了电力技术研究的热点。

目前，国内外在进行高频电力电子设备时必先经过仿真验证过程，但仿真测试方法在实际应用的硬件中运行时，由于没考虑到时硬件中的一些影响因素，会对电力电子设备造成损害。为了能够更接近实际电力电子设备运行控制过程，本实用新型建立一种基于RT-LAB的主动配电网高频电力电子仿真测试平台。通过仿真测试平台对主动配电网中高频电力电子器件控制系统进行开发、调试以及电路功能的测试，可有效避免因控制系统不完善造成的开关管损坏。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种基于RT-LAB的主动配电网高频电力电子仿真测试平台的设计方案，旨在提供一种硬件开发成本低、能够更全面地开发电力电子控制系统、实现简便、更贴切实际地模拟高频电力电子设备所在的电网环境以及测试高频电力电子设备电路功能、易于扩展的仿真测试平台。

本实用新型的技术方案如下：一种基于RT-LAB的主动配电网高频电力电子仿真测试平台包括：RT-LAB仿真机系统、上位机系统、信号调理电路和DSP控制系统。上位机系统通过IP/TCP通信协议与RT-LAB仿真机系统进行信息交换；RT-LAB仿真机系统通过D/A接口、第一I/O接口、第二I/O接口与信号调理电路相连接；DSP控制系统通过A/D接口、PWM接口、第三I/O接口与信号调理电路连接。

所述RT-LAB仿真机系统实时地运行主动配电网系统中各电力设备模型，通过D/A接口反馈系统中各节点的信息，同时通过第一I/O口接收外部控制器的开关控制信号，通过第二 I/O口接收外部控制器的PWM控制信号。

所述各电力设备模型，包括风电模型、光电模型、储能模型、燃料电池模型、负荷模型和主动配电网模型。

所述信号调理电路通过分压电路、放大电路以及电压跟随电路对RT-LAB仿真机系统反馈的信号和DSP控制系统输出的控制信号进行调理，使其能够与DSP控制系统和RT-LAB 仿真机系统的电压信号以及电平信号能够兼容。

所述DSP控制系统由第三I/O接口、PWM接口、A/D接口、DSP主控制器、第一CAN 通信接口和第二CAN通信接口、DSP控制系统电源电路、状态显示电路和调试接口组成； DSP主控制器分别与第三I/O接口、PWM接口、A/D接口、第一CAN通信接口和第二CAN 通信接口、DSP控制系统电源电路、状态显示电路、调试接口互联；第三I/O接口用于检测主动配电网系统中开关状态或者输出控制信号；PWM接口用于输出PWM控制信号对主动配电网系统中各高频电力电子设备进行控制，第一CAN通信接口和第二CAN通信接口可与其他主控板进行通信，可进行系统能量管理策略调试。

所述仿真测试平台可接入多个DSP控制系统，分别对主动配电网中不同的高频的电力电子设备进行控制，能够进行主动配电网中各电力电子设备之间协同控制策略的调试，从系统层面对主控制器控制策略进行调试。

本实用新型的有益效果是，本实用新型基于RT-LAB实时仿真系统以及DSP控制系统搭建的主动配电网高频电力电子仿真测试平台，仿真测试平台可对主动配电网中高频电力电子器件控制系统电路进行调试、开发，通过RT-LAB实时仿真系统对主动配电网的多种运行条件模拟，可以完善高频电力电子器件控制系统的控制策略，同时减少因策略缺陷导致开关器件损坏事故，有效节省开发成本以及更贴切实际地模拟高频电力电子设备所在的电网环境，增强控制策略的可靠性，对实际的开发应用具有指导作用。仿真测试平台硬件实现简便、拓展比较灵活，可接入多个DSP控制系统，分别对主动配电网中不同的高频的电力电子设备进行控制，能够进行主动配电网中各电力电子设备之间协同控制策略的调试，从系统层面对主控制器控制策略进行调试，增强主控制器控制策略的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的硬件结构框图；

图2为本实用新型应用于主动配电网中高频逆变器的实例结构框图；

图3为本实用新型应用于主动配电网中电力电子设备控制器协同控制的实例框图。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式如图1所示。

本实施例一种基于RT-LAB的主动配电网高频电力电子仿真测试平台，包括RT-LAB仿真机系统C02、上位机系统C01、信号调理电路C06和DSP控制系统C16，上位机系统C01 通过IP/TCP通信协议与RT-LAB仿真机系统C02进行信息交换；仿真机系统C02通过D/A 接口C05、第一I/O接口C03、第二I/O接口C04与信号调理电路相连接；DSP控制系统C16 通过A/D接口C09、PWM接口C08、第三I/O接口C07与信号调理电路连接。

本实施例中的RT-LAB仿真机系统C02实时地运行主动配电网系统中各电力设备模型，通过D/A接口C05反馈系统中各节点的信息，同时通过第一I/O口C03接收外部控制器的开关控制信号，通过第二I/O口C04接收外部控制器的PWM控制信号。

本实施例中的信号调理电路C06通过分压电路、放大电路以及电压跟随电路对RT-LAB 仿真机系统C02反馈的信号和DSP控制系统C16输出的控制信号进行调理，使其能够与DSP 控制系统C16和RT-LAB仿真机系统C02的电压信号以及电平信号能够兼容。

本实施例中的DSP控制系统C16由第三I/O接口C07、PWM接口C08、A/D接口C09、 DSP主控制器C11、第一CAN通信接口C10和第二CAN通信接口C12、DSP控制系统电源电路C13、状态显示电路C14、调试接口C15组成；DSP主控制器C11分别与第三I/O接口 C07、PWM接口C08、A/D接口C09、第一CAN通信接口C10和第二CAN通信接口C12、DSP控制系统电源电路C13、状态显示电路C14、调试接口C15互联；第三I/O接口C07用于检测主动配电网系统中开关状态或者输出控制信号；PWM接口C08用于输出PWM控制信号对主动配电网系统中各高频电力电子设备进行控制，第一CAN通信接口C10和第二CAN 通信接口C12可与其他主控板进行通信，可进行系统能量管理策略调试。

实施例1

图2为本实用新型的一个实施例结构图，在本实例中只使用了一个外部DSP控制器，外部DSP控制器通过信号调理电路与RT-LAB的信号接口连接，上位机与RT-LAB仿真机通过 IP/TCP通信协议相互连接。在本实施例中，上位机在Matlab/Simulink软件中对主动配电网系统、敏感负荷、储能单元以及与其级联的高频电力电子逆变器进行建模，然后将建立好的模型导入RT-LAB仿真机中运行，而外部的DSP控制器则主要对与储能单元级联的高频电力电子逆变器进行控制。DSP控制器首先采集RT-LAB仿真机反馈的储能单元的电压、逆变器输出的三相电流以及敏感负荷端的三相电压信号，然后在DSP控制器中进行运算，生成相应的高频PWM信号对逆变器进行控制。在本实例中，可通过外部DSP控制器对逆变器进行控制调节输出电压来动态补偿敏感负荷端的电压变化，以达到稳定负荷电压、提高电能质量的目的。在本实施例中可通过改变仿真模型来模拟主动配电网的多种非正常状态，测试DSP控制器中的控制策略的合理性并完善其控制策略，此过程减少了主动配电网中高频电力电子设备开发的成本，增加了电力电子设备控制策略的可靠性。

实施例2

由于仿真测试平台硬件实现简便、拓展比较灵活，可接入多个DSP控制系统，可分别对主动配电网中不同的高频的电力电子设备进行控制，所以图3所示的实例中，使用了两个外部DSP控制器，分别控制同燃料电池级联的高频逆变器和同储能系统级联的高频逆变器，两个控制器之间通过CAN通信进行信息交换。此外，外部DSP控制器通过信号调理电路与 RT-LAB的信号接口连接，上位机与RT-LAB仿真机通过IP/TCP通信协议相互连接。

在本实施例中，上位机对图3所示RT-LAB中的系统模型进行建模，然后导入目标机中运行。DSP控制器分别采集燃料电池系统及储能系统的直流电压、输出的三相电流以及输出的三相电压，根据采集到的信号以及燃料电池系统和储能系统自身的约束条件，对逆变器进行相应的控制。在本实施例中，由于燃料电池系统和储能系统各自都有高效工作范围，所以在进行系统功率补偿、平抑主动配电网系统功率波动时，两个外部DSP控制器可通过协同控制使燃料电池系统、储能系统尽量工作于高效区域，减少系统能量损耗。此外，通过建模可以模拟主动配电网系统三相不平衡、电压波动、电网故障状态以及谐波含量较多等条件，尽可能的完善两个外部DSP控制器协同控制策略，增强DSP控制器的实用性。