一种基于RT?Lab的模块化可切换半实物调试系统及方法
【专利摘要】一种基于RT?Lab的模块化可切换半实物调试系统及方法，调试系统包括相连的高压直流输电一次系统仿真模块、VGC模块、VCM模块及阀体；VGC模块包括数字VGC模块以及通过第一切换逻辑模块与之相连的实物VGC模块，VCM模块包括数字VCM模块以及通过第二切换逻辑模块与之相连的实物VCM模块；实物VGC模块和实物VCM模块通过Aurora接口与一次系统仿真模块相接。调试方法包括VGC切换以及VCM切换，通过被测对象与RT?Lab中搭建的全数字模型进行外特性比较，完成VCM或VGC的功能性测试，对VGC、VCM模块进行多种类型的切换，通过不同情况下的切换，快速找出闭环系统中的问题根源。
【专利说明】
一种基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于模块化多电平型电压源换流器仿真领域，具体涉及一种基于RT-Lab的 模块化可切换半实物调试系统及方法，用于对VGC、VCM同时进行半实物调试。
【背景技术】
[0002] 基于电压源换流器的输电技术是一种新型的直流输电技术，相比传统直流输电具 有很多的好处。由于多电平电压源换流器在环保节能方面表现优越，因此受到越来越多的 关注。RT-Lab是设计和研究MMC-HVDC的实时仿真平台之一，其中0P5600的模块化设计以及 SSN算法的应用，使得较大系统能够进行分核降阶从而快速运行，在0P70 20中对阀体和阀控 进行仿真，通过硬件同步以及软件同步保证了 0P5600和0P7020间的信号传输。
[0003] 目前国内采用RT-Lab进行MMC-HVDC的仿真调试过程中，全数字仿真子模块数目不 超过800，半实物阀控制调试子模块数目不超过512，因此本发明方法致力于解决桥臂子模 块数目不超过512的柔性直流输电多端系统的调试问题。在采用RT-Lab进行半实物仿真时 主要用RT-Lab模拟一次系统，将控保部分作为被测试对象。
[0004] 对于柔性直流输电控保系统的仿真调试过程，通过级联的多路选择模块对多个 VGC和多个VCM进行选择切换。在采用0P5600和0P7020进行联调时，如图1中的两端系统，需 要对1#VCM、1#VGC、2#VCM、2#VGC进行联调。很难锁定闭环系统中的问题根源，因此在试验过 程中仿真对接部分的设计变得非常关键。
[0005] 当1#VCM内部存在异常或接口部分出现问题时，在对应模块上产生的触发脉冲将 出现不导通或误导通，影响一次系统的正常运行，此时不但1#VGC处于非正常状态，整个系 统都会出现故障。2#VCM、2#VGC、1#VGC某一个或某几个出现问题时均会使整个系统运行不 正常，进而相互影响。被测对象间的通信周期均在微秒级别，很难在时间上确定先后顺序。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于RT-Lab的模块化可 切换半实物调试系统及方法，通过设置等效仿真控制器，无需变换仿真模型，经过不同情况 下的切换，从而快速找出闭环系统中的问题根源，结构简单，精度高，调试方便，易于理解和 实现。
[0007] 为实现上述目的，本发明基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统采用的技术 方案为:包括相连的高压直流输电一次系统仿真模块、VGC模块、VCM模块以及阀体;VGC模块 包括数字VGC模块以及通过第一切换逻辑模块与之相连的实物VGC模块，VCM模块包括数字 VCM模块以及通过第二切换逻辑模块与之相连的实物VCM模块;所述的实物VGC模块和实物 VCM模块同时通过Aurora接口与一次系统仿真模块相接。
[0008] 所述的数字VGC模块包括并行设置的第一数字VGC模块和第二数字VGC模块，第一 数字VGC模块和第二数字VGC模块通过不同算法仿真实现。
[0009] 所述的一次系统仿真模块、数字VGC模块及第一切换逻辑模块通过0P5600仿真机 实现。
[0010] 所述Aurora接口、数字VCM模块、第二切换逻辑模块、阀体通过0P7020仿真机实现。
[0011] 所述的VGC模块与VCM模块通过PCIe总线连接。
[0012]本发明基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法采用的技术方案，包括以下步 骤：
[0013] A、VGC 切换；
[0014] A1)设计RT-Lab与被测试实物VGC模块的对接模型；
[0015] A2)搭建与实物VGC模块等效仿真的数字VGC模块；
[0016] A3)通过第一切换逻辑模块对实物VGC模块以及数字VGC模块进行多路选择处理， 选择信号传输至VCM模块当中；
[0017] B、VCM 切换；
[0018] B1)在VGC切换基础上，设计被测试实物VCM模块的对接模型；
[0019] B2)搭建与实物VCM模块等效仿真的数字VCM模块；
[0020] B3)通过第二切换逻辑模块对实物VCM模块以及数字VCM模块进行多路选择处理， 实物VGC模块和实物VCM模块同时通过Aurora接口与高压直流输电系统相接，数字VCM模块 选择后，通过Aurora接口的有效信号对实物VCM模块未选择的脉冲序列进行屏蔽，选择信号 传输至阀体。
[0021 ]所述的步骤B3)中第二切换逻辑模块对实物VCM模块以及数字VCM模块进行多路选 择处理时:a.对于实物VCM模块和数字VCM模块，根据触发命令对应关系采用相同的逻辑选 择指令，逻辑的变化规律具有同样的时间序列;b.在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面设置第二切 换逻辑模块的触发脉冲序列。
[0022]所述的步骤A中实物VGC模块以及数字VGC模块的输入信号均取自一次系统仿真模 块，并将实物VGC模块以及数字VGC模块的输出调制波信号转化为标幺值。
[0023]所述的VGC切换以及VCM切换等效判定条件为切换前后输出参考波的外特性相同。 [0024]所述步骤A2)搭建与实物VGC模块等效仿真的数字VGC模块所需满足的公式为：
[0027]式中，id，iq分别为交流系统阀侧电流的d、q轴分量;Usd，Usj别为交流系统网测电 压的d、q轴分量;Ucd、Uq分别为交流系统阀侧电压的d、q轴分量；
[0028]所述步骤B2)搭建与实物VCM模块等效仿真的数字VCM模块所需满足的最近电平逼 近公式为:1^) = [1^/^];式中，1^是桥臂需要投入的子模块数目；1^为桥臂电压参考 值;为子模块电容电压参考值；[]表不四舍五入取值。
[0029]与现有技术相比，本发明基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统通过并行设 置与实物VGC模块以及实物VCM模块相等效的数字VGC模块和数字VCM模块，通过切换逻辑模 块实现实物模块与数字模块选择工作。本发明不需要变换仿真模型即能够对含有多个VGC 模块以及多个VCM模块的系统同时进行半实物调试，通过被测对象与RT-Lab中搭建的全数 字模型进行外特性比较，即能够完成对VCM或VGC进行功能性测试。本发明调试系统能够将 含有N个实物控制器的系统切换成不少于2N种类型的系统，该系统核心部分为级联的多路 选择单元，本发明调试系统结构简单，易于理解和实现，操作方便。
[0030]与现有技术相比，本发明基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法通过搭建与 实物VGC模块等效仿真的数字VGC模块以及与实物VCM模块等效仿真的数字VCM模块，通过同 步切换，比较被测对象与RT-Lab中搭建的全数字模型外特性，即能够对VCM模块或VGC模块 进行功能性测试。MMC阀体接收VCM的触发脉冲需要切换时，不但要在RT-Lab上选择接收VCM 的脉冲序列来源，还要对实物VCM触发脉冲信号采用有效信号屏蔽，避免干扰。本发明方法 所有的切换逻辑能够在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面进行选择，根据调试过程中的具体情况进 行选择切换。对于两端柔性直流输电的控保系统，假设每个VGC模块或者每个VCM模块只建 立一个数字仿真模块，根据两端VGC模块和VCM模块是仿真还是实物的性质能够进行16种类 型的切换，通过不同情况下的切换，快速找出闭环系统中的问题根源。
【附图说明】
[0031 ]图1常规两端柔性直流输电系统的基本控制结构示意图；
[0032]图2本发明实物VGC、VCM模块与数字模型调试逻辑图；
[0033]图3实物VGC模块与仿真VGC模块切换过程输出参考波的波形图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0035]在RT-Lab中建立柔性直流输电两端或多端全数字模型，将0P5600仿真机中运行的 一次系统分量同时送给仿真的数字VGC模块和实物VGC模块4,实物VGC模块4的运算结果通 过0P7020仿真机返送给0P5600仿真机，以使不同类型的VGC模块运算结果均能通过PCIe送 给VCM模块，并且在VCM模块信号接收端设置第二切换逻辑模块8,如图2所示。MMC阀体接收 VCM模块的触发脉冲需要切换时，不但要在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面选择接收VCM模块的 脉冲序列来源，还要对实物VCM模块6的触发脉冲信号采用有效信号屏蔽。
[0036] 下面结合VGC切换和VCM切换两部分说明。该方法不需要变换仿真模型即能够对含 有多个VGC模块和多个VCM模块的系统同时进行半实物调试。通过将被测对象与RT-Lab中搭 建的全数字模型进行外特性比较，即能够对VCM模块或VGC模块进行功能性测试。
[0037] 1.VGC 切换
[0038] 1)设计RT-Lab与被测试实物VGC模块4的对接模型；
[0039] 2)在0P5600中搭建实物VGC模块4的全数字模型；
[0040] 3)实物VGC模块4以及数字VGC模块的输入信号均取自一次系统，并将实物VGC模块 4以及数字VGC模块的输出调制波信号转化为标幺值；
[0041 ] 4)通过第一切换逻辑模块3对实物VGC模块4以及数字VGC模块进行多路选择处理， 最终信号通过PCIe传输到0P7020中；图3所示输出结果只考虑切换前后两种状态下的参考 波波形，保证切换前后两种VGC模块的外特性相同。
[0042] 2.VCM 切换
[0043] 1)在VGC切换基础上，搭建被测试实物VCM模块6的对接模型；
[0044] 2)在0P7020中搭建被测试实物VCM模块6的全数字模型；
[0045] 3)通过第二切换逻辑模块8对实物VCM模块6以及数字VCM模块7进行多路选择处 理:a.对于不同的VCM模块，根据每个子模块的触发命令对应关系采用相同的sel选择指令， sel的变化规律具有同样的时间序列;b.触发脉冲序列根据脉冲多路选择器进行设置，并且 此设置能够设计在RT-Lab的SC_Conso 1 e界面进行；
[0046] 4)对子模块触发脉冲序列选择后，通过Aurora接口的rx_valid信号对接收信号进 行屏蔽。
[0047] 来自不同类型的子模块触发脉冲，首先经过相同的时间序列处理，等效为并行的 脉冲序列，然后经过多路选择模块进行处理，最终将触发命令发送至阀体。
[0048]由于实物VCM模块6采用Aurora接口 5与0P7020仿真机相连接，数字VCM模块7直接 在0P7020仿真机中运行，当整个系统处于稳定运行中，无论采用实物VCM模块6还是数字VCM 模块7,触发脉冲序列均会有脉冲，而在0P7020仿真机中的选择逻辑只是基于FPGA的时间序 列的选择，在实际调试过程中可能存在信号叠加，因此需要对信号进行屏蔽，即在选择实物 VCM模块6时，通过脉冲清零屏蔽数字VCM模块7的脉冲序列；在选择数字VCM模块7时，通过 Aurora接口 5中的rx_val id信号屏蔽实物VCM模块中的脉冲序列。
[0049]本发明方法所有的切换逻辑均能够在RT-Lab的SC_C〇ns〇le界面进行选择，根据调 试过程中的具体情况进行选择切换。对于两端柔性直流输电的控保系统，假设每个VGC模块 或者每个VCM模块只建立一个仿真模块，根据两端VGC模块和VCM模块是仿真还是实物的性 质能够进行16种类型的切换，通过不同情况下的切换，快速找出闭环系统中的问题根源。
【主权项】
1. 一种基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统，其特征在于:包括相连的高压直 流输电一次系统仿真模块、VGC模块、VCM模块以及阀体(9); VGC模块包括数字VGC模块以及 通过第一切换逻辑模块(3)与之相连的实物VGC模块(4)，VCM模块包括数字VCM模块(7)以及 通过第二切换逻辑模块(8)与之相连的实物VCM模块(6);所述的实物VGC模块(4)和实物VCM 模块(6)同时通过Aurora接口（5)与一次系统仿真模块相接。2. 根据权利要求1所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统，其特征在于:所 述的数字VGC模块包括并行设置的第一数字VGC模块（1)和第二数字VGC模块(2)，第一数字 VGC模块(1)和第二数字VGC模块(2)通过不同算法仿真实现。3. 根据权利要求1所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统，其特征在于:所 述的一次系统仿真模块、数字VGC模块及第一切换逻辑模块(3)通过0P5600仿真机实现。4. 根据权利要求1所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统，其特征在于:所 述的Aurora接口（ 5)、数字VCM模块(7)、第二切换逻辑模块(8)、阀体(9)通过0P7020仿真机 实现。5. 根据权利要求1所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试系统，其特征在于:所 述的VGC模块与VCM模块通过PCIe总线连接。6. -种基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法，其特征在于，包括以下步骤： A、 VGC切换； A1)设计RT-Lab与被测试实物VGC模块(4)的对接模型； A2)搭建与实物VGC模块(4)等效仿真的数字VGC模块； A3)通过第一切换逻辑模块（3)对实物VGC模块(4)以及数字VGC模块进行多路选择处 理，选择信号传输至VCM模块当中； B、 VCM切换； B1)在VGC切换基础上，设计被测试实物VCM模块(6)的对接模型； B2)搭建与实物VCM模块(6)等效仿真的数字VCM模块(7); B3)通过第二切换逻辑模块(8)对实物VCM模块(6)以及数字VCM模块(7)进行多路选择 处理，实物VGC模块(4)和实物VCM模块(6)同时通过Aurora接口（5)与高压直流输电系统相 接，数字VCM模块(7)选择后，通过Aurora接口的有效信号对实物VCM模块(6)未选择的脉冲 序列进行屏蔽，选择信号传输至阀体(9)。7. 根据权利要求6所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法，其特征在于，所 述的步骤B3)中第二切换逻辑模块(8)对实物VCM模块(6)以及数字VCM模块(7)进行多路选 择处理时:a.对于实物VCM模块(6)和数字VCM模块(7)，根据触发命令对应关系采用相同的 逻辑选择指令，逻辑的变化规律具有同样的时间序列;b.在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面设置 第二切换逻辑模块(8)的触发脉冲序列。8. 根据权利要求6所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法，其特征在于:所 述的步骤A中实物VGC模块(4)以及数字VGC模块的输入信号均取自一次系统仿真模块，并将 实物VGC模块(4)以及数字VGC模块的输出调制波信号转化为标幺值。9. 根据权利要求6所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法，其特征在于:所 述的VGC切换以及VCM切换等效判定条件为切换前后输出参考波的外特性相同。10. 根据权利要求6所述的基于RT-Lab的模块化可切换半实物调试方法，其特征在于， 所述步骤A2)搭建与实物VGC模块(4)等效仿真的数字VGC模块所需满足的公式为：式中，id，iq分别为交流系统阀侧电流的d、q轴分量;Usd，Usq分别为交流系统网测电压的 d、q轴分量;Ucd、Uq分别为交流系统阀侧电压的d、q轴分量； 所述步骤B2)搭建与实物VCM模块(6)等效仿真的数字VCM模块(7)所需满足的最近电平 逼近公式为:N(t) = [lW/Uref];式中，N⑴是桥臂需要投入的子模块数目；Uref为桥臂电压 参考值;为子模块电容电压参考值；[]表不四舍五入取值。
【文档编号】G05B17/02GK106054668SQ201610397865
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】翟党国, 王清, 程晓绚, 李颖, 熊家祚, 王文萃
【申请人】中国西电电气股份有限公司