一种电流型阻尼阻抗接口的连接方法及系统与流程

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种电流型阻尼阻抗接口的连接方法及系统。

背景技术：

随着可再生新能源发电技术的发展，基于rtds(实时数字仿真仪)的功率闭环型(即功率型硬件在环，phil)数模混合仿真是研究电网大规模新能源接入技术的有效手段。但单台rtds设备价格昂贵，所建电网规模有限。利用网络和phil技术将不同地域的多台rtds联合,可建立大规模电网数模混合仿真平台，研究大电网条件下的新能源接入技术。完整的phil系统如图1所示。系统的一部分是真实的物理设备或系统，称为被试(hardwareundertest，hut)系统；系统的另一部分则在实时数字仿真器rtds中模拟实现，通常被称为虚拟电力系统(virtualelectricsystem，ves)；虚线框内即为phil系统的接口部分。仿真中ves侧的电压/电流信号经d/a模块后由功率放大器放大并加到hut侧，并将hut侧电流/电压量通过互感器、低通滤波器以及a/d模块反馈回ves侧以构成闭环。但网络环境下基于rtds的功率闭环型数模混合仿真系统存在网络延时等问题，严重影响系统的稳定性和精度。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的网络延时影响系统稳定性和精度的问题，本发明提供一种宽频电容式分压器。

本发明提供的技术方案是：

一种电流型阻尼阻抗接口的连接方法，所述方法包括：

将新能源发电设备和虚拟电力系统采用预先建立的自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行连接；

获取所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值；

基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配。

优选的，所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口的建立，包括：

获取新能源发电设备的电压和电流；

基于所述电压和电流利用预先设定的自适应阻抗匹配算法计算所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感并获取等效电阻的电压值的同时与所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压进行匹配，得到自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口。

优选的，所述基于所述电压和电流利用预先设定的自适应阻抗匹配算法计算所述新能源发电设备的等效电阻计算式如下：

式中，u为新能源发电设备的电压，i为新能源发电设备的电流；为新能源发电设备的电压向量角；为新能源发电设备的电流向量角。

优选的，所述基于所述电压和电流利用预先设定的自适应阻抗匹配算法计算所述新能源发电设备的等效电感的计算式如下：

式中，l为新能源发电设备的等效电感；u为新能源发电设备的电压；i为新能源发电设备的电流；为新能源发电设备的电压向量角；为新能源发电设备的电流向量角。

优选的，所述基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配，之后还包括：

根据自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口的开环传递函数对电流型阻尼阻抗接口进行稳定性分析；

通过将自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口与电压型阻尼阻抗接口对比进行精确性分析。

优选的，所述开环传递函数的计算式如下：

式中，za表示虚拟电力系统的等效阻抗；s表示拉普拉斯变换下的微分算子；e^-sδt是纯延迟环节，δt为数模混合仿真系统的总延时；r*为虚拟电力系统的电阻；l*为虚拟电力系统的电感。

优选的，所述根据自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口的开环传递函数对自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行稳定性分析，包括：

由奈奎斯特稳定性判据得到自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口稳定性的充要条件；

当自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口的开环传递函数满足充要条件时，所述电流型阻尼阻抗接口稳定；

其中，所述充要条件如下：

式中，za表示虚拟电力系统的等效阻抗；s表示拉普拉斯变换下的微分算子；r*为虚拟电力系统的电阻；r为新能源发电设备电阻；l*为虚拟电力系统的电感。

优选的，所述通过将自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口与电压型阻尼阻抗接口对比进行精确性分析，包括：

通过基尔霍夫定律求解自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口处的电压电流表达式；

若自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口处的电压电流表达式与电流型阻尼阻抗接口不存在时的电压电流表达式一致时，说明精确性高；否则，精确性低。

优选的，所述通过基尔霍夫定律求解自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口处电压的计算式如下：

所述通过基尔霍夫定律求解自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口处电流的计算式如下：

式中，za表示虚拟电力系统的等效阻抗；s表示拉普拉斯变换下的微分算子；r*为虚拟电力系统的电阻；l*为虚拟电力系统的电感；i0为自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口处电流；u*为自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口处电压。

优选的，所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口不存在时电压的计算式如下：

所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口不存在时电流的计算式如下：

式中，za为虚拟电力系统的等效阻抗；s为拉普拉斯变换下的微分算子；i0为自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口不存在时电流；u为自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口不存在时电压。

一种电流型阻尼阻抗接口的连接系统，所述系统包括：

连接模块：用于将新能源发电设备和虚拟电力系统采用预先建立的自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行连接；

获取模块：用于获取所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值；

匹配模块：用于基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配。

优选的，所述连接模块，包括：建立单元；

所述建立单元，用于获取新能源发电设备的电压和电流；

基于所述电压和电流利用预先设定的自适应阻抗匹配算法计算所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感并获取等效电阻的电压值的同时与所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压进行匹配，得到电流型阻尼阻抗接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一种电流型阻尼阻抗接口模型的创建方法，将新能源发电设备和虚拟电力系统采用预先建立的自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行连接；获取所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值；基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配，消除了接口延时，提高了复杂配电网数模混合仿真的仿真精度和数值稳定性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的phil系统结构图；

图3为本发明的电流型阻尼阻抗接口模型结构图；

图4为本发明的电流型阻尼阻抗接口模型实现的phil系统结构图；

图5为本发明实施例的电阻分量匹配结果图；

图6为本发明实施例的电感分量匹配结果图；

图7为本发明的参考系统图；

图8为本发明实施例的电流型阻尼阻抗接口模型电压响应模型图；

图9为本发明实施例的电流型阻尼阻抗接口模型电流响应模型图；

图10为本发明实施例的电流型阻尼阻抗接口模型在负载突变时接口电压响应波形图；

图11为本发明实施例的电流型阻尼阻抗接口模型在负载突变时接口电压响应波形图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种电流型阻尼阻抗接口的连接方法及系统，包括：

步骤一：将新能源发电设备和虚拟电力系统采用预先建立的自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行连接；

步骤二：获取所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值；

步骤三：基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配。

本发明的目的在于设计一种基于自适应阻抗匹配的电流型阻尼阻抗接口模型，通过改进复杂配电网数模混合仿真接口以尽可能地消除接口延时，提高复杂配电网数模混合仿真的仿真精度和数值稳定性。

步骤一：将新能源发电设备和虚拟电力系统采用预先建立的自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行连接；

通过自适应阻抗匹配算法计算物理侧的等效电阻分量和等效电感分量；

将所述等效电阻分量和所述等效电感分量数据传送给数字侧，数组侧通过调试自身模拟电阻分量和模拟电感分量，直至与物理侧一致。

步骤二：获取所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值；

所述等效电阻分量按下式计算：

其中，r为所述物理侧的等效电阻分量；u为所述物理侧的电压，i为所述物理侧的电流，为所述物理侧的电压向量角，为所述物理侧的电流向量角。

所述等效电感分量按下式计算：

其中，l为所述物理侧的等效电感分量；u为所述物理侧的电压，i为所述物理侧的电流，为所述物理侧的电压向量角，为所述物理侧的电流向量角。

步骤三：基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配。

根据电流型阻尼阻抗接口模型的开环传递函数对电流型阻尼阻抗接口模型进行稳定性分析；

通过将电流型阻尼阻抗接口模型与电压型阻尼阻抗接口模型对比进行精确性分析。

根据电流型阻尼阻抗接口模型的开环传递函数对电流型阻尼阻抗接口模型进行稳定性分析，包括：

所述开环传递函数按下式计算：

其中，其中za表示数字的等效阻抗，s表示拉普拉斯变换下的微分算子，e^-sδt是纯延迟环节，δt为数模混合仿真系统的总延时，r*为数字的电阻分量，l*为数字的电感分量。

当所述开环传递函数中是时，phil系统稳定且开环增益为0；否则phil系统不稳定。

通过将电流型阻尼阻抗接口模型与电压型阻尼阻抗接口模型对比进行精确性分析，包括：

通过基尔霍夫定律求解电电流型阻尼阻抗接口模型处的电压电流表达式；

通过对比所述电压电流表达式与所述电流型阻尼阻抗接口模型不存在时的电压电流表达式来进行精确性分析。

所述通过基尔霍夫定律求解电电流型阻尼阻抗接口模型处的电压电流表达式，包括：

基尔霍夫定律可得如下方程组：

解上述方程组可得：

[(r-r^*)e^-sδt+r^*+jwl^*](us-u^*)＝u^*za

当实现阻抗匹配时有下式成立：

(r^*+jwl^*)(us-u^*)＝u^*za

整理可得：

所述通过对比所述电压电流表达式与所述电流型阻尼阻抗接口模型不存在时的电压电流表达式来进行精确性分析，包括：

若电流型阻尼阻抗接口模型处的电压电流表达式与电流型阻尼阻抗接口模型不存在时的电压电流表达式一致时，说明精确性高；否则，精确性低。

实施例2：

设初始时刻电路中rl负载分别为r＝20ω，l＝1.9mh。在t＝0.05s时刻rl负载参数突变为r＝22ω，l＝2.7mh。仿真得到阻抗匹配结果参见图5和图6所示。

由图4和图5可以看出，自适应阻抗匹配算法可以较好的跟踪匹配rl负载的电阻和电感分量，且当参数发生突变时，算法能在一个周期内重新匹配支路参数，具有较好的动态响应能力。其中负载突变后一个周期的波动是因为算法获得电压电流向量需要一个周期的时间。

为检测提出的接口模型的性能，本发明提供接口模型的性能检测方法及装置，如附图7所示。该方法与装置具体实现如下：

图6中us和zs分别为电源和内阻抗，l和r为阻感负载。后续分析中将从虚线处把参考系统拆分为2部分，左侧放在数字侧由数字仿真器模拟实现，右侧作为hut侧，c-saidim接口模型将在虚线处实现。

通过对比c-saidim模型接口处观测量与参考系统对应点的观测量来验证接口模型的性能。

参考系统的各电路元件参数以及所设接口延时如下附表1所示。

在matlab/simulink中搭建仿真模型，得到c-saidim模型的接口电压电流响应波形分别参见图8和图9。

由图8和图9可以看出，c-saidim模型的接口电压电流响应精度极高，不受接口延时的影响。前0.02s接口电压电流响应精度较低是因为自适应阻抗匹配算法需要一个周期以获得电压电流向量的幅值和相角。

以上是在负载参数不变的条件下对c-saidim模型进行的验证。为进一步对c-saidim模型的动态性能进行分析，以下在hut负载突变的情况下对c-saidim模型进行仿真。

设t＝0.1s时刻rl负载突变为原来的1.5倍，即l突变为15mh，r突变为30ω。此时得到在t＝0.1s时刻附近c-saidim模型接口电压电流响应波形分别参见图9和图10。

通过图10和图11可以看出，当负载突变时，接口电压电流的响应波形经过一个周期的波动后能够快速跟踪参考系统相应点的电压电流量，能够与参考系统相应量保持高度的一致性。这进一步说明了c-saidim模型不仅具有良好的精度而且具有良好的动态响应能力。

实施例3

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种电流型阻尼阻抗接口的连接系统，所述系统包括：

连接模块：用于将新能源发电设备和虚拟电力系统采用预先建立的自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口进行连接；

获取模块：用于获取所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值；

匹配模块：用于基于所述自适应阻抗匹配电流型阻尼阻抗接口，采用所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压值对所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感和等效电阻的电压值进行匹配。

所述连接模块，包括：建立单元；

所述建立单元，用于获取新能源发电设备的电压和电流；

基于所述电压和电流利用预先设定的自适应阻抗匹配算法计算所述新能源发电设备的等效电阻、等效电感并获取等效电阻的电压值的同时与所述虚拟电力系统的电阻、电感和电阻的电压进行匹配，得到电流型阻尼阻抗接口。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。