本发明涉及新能源电力电子仿真测试领域，更具体地说涉及一种用于构网型逆变器或变流器的集成化仿真测试方法。
背景技术：
1、随着新能源行业不断发展，越来越多的跟网型电力电子设备接入电网，该情况引发了电网电压中控制能力薄弱、惯量阻尼小和宽频带振荡等问题，制约了新型电网的建设进程。为满足新型电网建设的需要，引入了构网型变流器，构网型变流器可以改善功角稳定性，提升电网的惯量与调频主动支撑能力，已成为近年来的技术热点。
2、在构网型变流器产品开发和验证过程中，半实物仿真已成为场并网认证的必备环节。根据产品测试和认证需要，开发相应的仿真测试模型可以对变流器的并网运行性能进行有效验证，并网运行性能包括如故障穿越、电网适应性等方面。
3、随着产品仿真验证需求越来越全面和复杂化，对仿真模型的要求逐步提高，要求其具备丰富功能的同时还能够自由组合各项扰动功能，这一需求在对产品现场特定运行工况的模拟中显得尤为重要。但是在模型功能集的形成过程中，受建模方法和信号传递方式等因素影响，部分测试功能间存在相互干扰难以兼顾并存的问题。具体来说，一款产品根据不同测试场景往往会开发多个仿真模型。上述情况给产品模型的管理和维护带来了极大困难，尤其是当产品发生技术变更或迭代升级，会面临需要同步重建多个模型与之匹配的情况。同时，在实际测试过程中对模型的频繁切换、编译和重启运行也占用了更多时间，严重影响产品仿真测试效率，不利于实际使用。
技术实现思路
1、本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种用于构网型逆变器或变流器的集成化仿真测试方法。
2、本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
3、一种用于构网型逆变器或变流器的集成化仿真测试方法，包括如下步骤：
4、建立仿真电网信号构建单元，仿真电网信号构建单元通过集成多个模拟子单元以获取三相故障电压系数、故障扰动频率、三相相角偏移量、谐波扰动信号和三相负序分量信号，根据三相故障电压系数、故障扰动频率、三相相角偏移量计算三相正序信号，根据获取的三相正序信号、三相负序分量信号和谐波扰动信号计算三相信号，将三相信号转换为三相虚拟电网电压仿真信号；
5、通过将仿真电网信号构建单元获取的三相虚拟电网电压仿真信号输入到电气系统模型进行仿真实验。
6、进一步的，仿真电网信号构建单元的子单元包括：故障穿越单元、频率扰动单元、相角突变单元、谐波扰动单元和不平衡度控制单元。
7、进一步的，故障穿越单元内设置有时间——幅值曲线，时间——幅值曲线的y轴为电压轴，用于描述故障电压1的标幺值v1和故障电压2的标幺值v2，时间——幅值曲线的x轴为时间轴t，时间轴t上从0点开始依次设有a1´、b1´、c1´、d1´、e1´、f1´的时间点位，时间点b1´至时间点c1´表示故障电压1的持续时间，时间点d1´至时间点e1´表示故障电压2的持续时间，时间点a1´至时间点b1´、时间点c1´至时间点d1´和时间点e1´至时间点f1´表示为过渡时间；
8、故障穿越单元的工作步骤如下，
9、步骤a1、检测用户输入的故障参数，故障参数包括故障幅值、故障时间、过渡时间和连锁次数，将故障参数输入时间——幅值曲线，生成对应的故障穿越曲线；
10、步骤a2、初始化故障定时器的数值k和连锁次数计数器的数值r；
11、步骤a3、检测上位机控制命令，通过上位机控制命令，判定触发器是否触发，若触发则执行步骤a4，否则复位连锁次数计数器的数值r和故障定时器的数值k后，跳转至步骤a8；
12、步骤a4、检测连锁次数计数器的数值r，若连锁次数计数器数值r的值大于等于用户输入的连锁次数设定值，则复位连锁次数计数器的数值r和故障定时器的数值k，跳转至步骤a8；若连锁次数计数器的数值r的值小于用户输入的连锁次数设定值，则执行步骤a5；
13、步骤a5、根据故障定时器的数值k判定故障所处阶段，
14、当a1´<k<b1´时，为故障1过渡阶段；
15、当b1´<k<c1´时，为故障1保持阶段；
16、当c1´<k<d1´时，为故障1－故障2过渡阶段；
17、当d1´<k<e1´时，为故障2保持阶段；
18、当e1´<k<f1´时，为故障2恢复过渡阶段；
19、当故障定时器的数值k超出单次连锁时间段范围，即k≥f1´时，对连锁次数计数器的数值r加1，复位故障定时器的数值k，返回步骤a4；
20、其中，a1´为时间点a1´的输入值；b1´为时间点b1´的输入值；c1´为时间点c1´的输入值；d1´为时间点d1´的输入值；e1´为时间点e1´的输入值；f1´为时间点f1´的输入值；k为故障定时器的数值；r为连锁次数计数器的数值；v1为描述故障电压1的标幺值；v2为描述故障电压2的标幺值；
21、步骤a6、根据故障定时器的数值k所处的故障时间段，通过生成的故障穿越曲线计算单相幅值；
22、步骤a7、根据输入的用户测试需要选择发生故障的相；
23、步骤a8、输出三相故障电压系数；
24、其中，为第一相故障电压系数；为第二相故障电压系数；为第三相故障电压系数。
25、进一步的，频率扰动单元包括频率阶跃扰动曲线与曲线规划式扰动曲线两种模式的模型，频率阶跃扰动曲线与曲线规划式扰动曲线的x轴均为时间轴t，y轴均为扰动频率轴f，扰动频率轴f上设有故障扰动频率f1和电网默认频率f0 ；
26、频率阶跃扰动曲线的时间轴t上设有开始发生扰动的时间点0和阶跃扰动时间a2，曲线规划式扰动曲线的时间轴t上设有开始发生扰动的时间点0、到达故障扰动频率f1时刻的时间点b2、扰动开始恢复的时间点c2和恢复到电网默认频率f0的时间点d2；
27、频率扰动单元的工作步骤如下，
28、步骤b1、基于输入的电网默认频率f0、扰动模式、扰动时间、斜坡扰动斜率完成频率扰动功能参数初始化；
29、步骤b2、通过检测上位机控制命令，判定触发器是否触发，若触发则启动第一扰动定时器记录第一扰动定时器的数值z执行步骤b3；否则电网频率按照电网默认频率f0计算，复位第一扰动定时器的数值z，并跳转至步骤b6；
30、步骤b3、通过检测上位机控制命令，获取用于判定扰动模式的数值m，根据m的取值确定执行频率阶跃扰动曲线模型或曲线规划式扰动曲线模型；
31、步骤b4、在频率阶跃扰动曲线模型的模式下，当第一扰动定时器的数值z小于阶跃扰动时间a2的值时，电网频率按照故障扰动频率f1计算；当第一扰动定时器的数值z大于等于阶跃扰动时间a2的值时，电网频率按照电网默认频率f0计算，复位第一扰动定时器的数值z，并跳转至步骤b6；
32、其中，a2为时间点a2的值；z为第一扰动定时器的数值；f1为故障扰动频率；为电网默认频率；
33、步骤b5、在曲线规划式扰动曲线模型模式下，检测上位机控制命令，确定电网默认频率、故障扰动频率、保持时间t、进入变化率r1和退出变化率r2的参数，计算时刻b2、c2和d2的具体数值，计算公式如下：
34、；
35、其中，r1为进入变化率；r2为退出变化率；t为保持时间；
36、通过将第一扰动定时器的数值z与b2、c2和d2进行对比，判断扰动所处阶段；
37、当0<z≤b2时，扰动所处阶段为电网默认频率f0过渡至故障扰动频率f1的阶段；
38、当b2<z≤c2时，扰动所处阶段为故障扰动频率f1保持的阶段；
39、当c2<z≤d2时，扰动所处阶段为故障扰动频率f1恢复至电网默认频率f0的阶段；
40、当z的数值超出扰动时间段范围，即z>d2时，按电网默认频率f0计算电网频率，复位第一扰动定时器z，并执行步骤b6；
41、步骤b6、通过将当前时刻第一扰动定时器的数值z代入对应的模型曲线中，计算当前时刻的电网频率，通过角度积分器计算对应的三相电网相角，三相电网相角的计算公式如下；
42、；
43、其中，为t时刻的三相电网相角；为电网角频率；
44、电网角频率的计算公式如下：
45、；
46、其中，为仿真电网频率，当电网频率为工频频率时==50hz，电网频率为异常频率时=；
47、步骤b7、输出三相电网相角。
48、进一步的，相角突变单元通过上位机控制命令确定三相电网目标偏移角度、、和扰动设定时间a3，确定三相相角偏移量、、，相角突变单元的工作步骤如下，
49、步骤c1、根据测试需求输入扰动时间和三相扰动角度参数；
50、步骤c2、检测上位机控制命令，判定触发器是否触发，若未触发则三相相角不偏移并复位第二扰动定时器的数值j，跳转至步骤c4；若触发则启动第二扰动定时器，记录第二扰动定时器的数值j，执行下一步判定；
51、步骤c3、若第二扰动定时器的数值j小于扰动设定时间a3的数值，则根据扰动角度参数执行三相偏移角度；否则三相相角不偏移并复位第二扰动定时器的数值j；
52、步骤c4、根据上位机三相电网目标偏移角度、、的偏移指令和扰动设定时a3，计算三相相角偏移量、、并输出；、、的计算公式如下，
53、；
54、 ；
55、其中，、、为三相相角偏移量；、、为三相电网目标偏移角度；j为第二扰动定时器的数值；a3为扰动设定时间。
56、进一步的，谐波扰动单元按照电网默认相位差以每三相谐波信号为一组，通过检测上位机控制命令，确定每一组谐波扰动信号的谐波次数hn和谐波含量系数ln，多组谐波信号按以下公式叠加后形成最终的三相谐波扰动信号、、，具体公式如下：；
57、其中，为t时刻a相电网相角；…为第12…n组谐波信号的谐波含量系数；…为第1、2…n组谐波信号的谐波次数；a2为a相谐波扰动信号；b2为b相谐波扰动信号；c2表示c相谐波扰动信号；
58、谐波扰动单元的工作步骤如下：
59、步骤d1、检测上位机命令，对每组谐波信号的谐波次数和谐波含量系数进行参数初始化；
60、步骤d2、检测上位机命令确认谐波扰动开关是否使能，若未使能则将谐波含量归零并跳转d4；若使能则执行步骤d3；
61、步骤d3、根据谐波次数hn、谐波含量系数ln和t时刻三相电网相角计算单组三相谐波信号；
62、步骤d4、叠加多组谐波信号并输出三相谐波扰动信号、、。
63、进一步的，不平衡度控制单元的工作步骤如下：
64、步骤e1、根据目标不平衡度初始化输入参数；
65、步骤e2、基于电网基频计算负序信号角度，根据上位机输入的不平衡度系数，计算三相负序分量信号、、并输出，、、的计算公式如下：
66、；
67、其中，为负序不平衡度系数；为t时刻的a相电网相角；a3表示a相负序分量信号；b3表示b相负序分量信号；c3表示c相负序分量信号。
68、进一步的，三相虚拟电网电压仿真信号表达式如下，
69、；
70、其中，为电网相电压幅值；a、b、c为构建的三相信号；、、为三相虚拟电网电压仿真信号；
71、三相信号a、b、c的计算公式如下，
72、；
73、其中，、、为三相正序信号；、、为三相谐波扰动信号；、、为三相负序分量信号；
74、三相正序信号，，的计算公式如下：
75、；
76、其中，、、为故障穿越单元获取的三相故障电压系数；、、为相角突变单元获取的三相相角偏移量；为t时刻的a相电网相角。
77、进一步的，还建立有电机信号构建单元，电机信号构建单元包括拖动模式单元和发电机模式单元，拖动模式单元和发电机模式单元均通过控制机械角速度，同时采用永磁同步电机模型电压方程和电磁转矩方程计算永磁同步电机dq坐标系下虚拟电压电流，通过将永磁同步电机dq坐标系下虚拟电压电流转换为abc信号坐标变换得到三相电机虚拟信号源，通过电机信号构建单元获取的三相电机虚拟信号源输入到电气系统模型进行仿真实验。
78、本发明的有益效果为：
79、本专利旨在为构网型变流器的硬件在环仿真提供一种便捷高效的集成化仿真测试方法；通过提出多级信号的构建方法，仿真电网和电机信号集成多种扰动类型实现特定工况模拟，特定工况模拟包括电网故障穿越、频率扰动、相角突变、电网谐波、不平衡度控制，以及电机模式切换、电机转速和转矩扰动；本方案集成后的各项功能间具有高度解耦的效果，用户可以根据实际需求进行操作，通过不同功能模块的自由组合，实现现场复杂工况复现，进而提高仿真度，一次性完成定制化的复杂仿真实验；
80、在此基础上，仿真功能的集成化极大地减少了变流器产品硬件在环仿真模型的数量，有效减少仿真模型的切换和准备时间，仿真模型管理迭代更为简便高效，显著提升构网型变流器产品控制算法的开发和仿真测试效率。