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应用背景


 

功率硬件在环测试(Power Hardware in the loop, PHIL)是通过实时仿真器,功率放大器以及待测设备的结合,实现了信号级实时仿真向功率级的扩展。它可以用于测试真实的功率设备,比如储能设备、光伏设备、风机等功率设备。实时仿真可以灵活变换系统拓扑、模拟各种工况等优点,随着功率放大设备的技术进步,其支持的功率和响应速度都不断提高,功放设备已经可以和电力实时仿真器结合起来对功率设备对接进行测试。结构示意图如下: 

 


如上的测试系统中有三个关键的部件: 实时仿真器,功率放大器,电力电子功率装置;电力电子功率装置一般在电力实时仿真器中建模为受控电流源,功率放大器将受控电流源的端电压放大为功率级的电压去驱动功率装置,而传感器把电力电子功率装置的电压电流等信息采集反馈给实时仿真器,通过这样一种方式建立起一个非常接近真实工况的场景来测试电力电子功率装置;功率硬件在环仿真测试既有实时仿真器的优点,又有功率接口对接电力电子装置;正是由于这些特点,这个测试方法正越来越多被应用到电力行业产品的研发与测试中,是研究分布式能源、设备测试和入网技术的重要技术手段之一。



基于StarSim的解决方案



功率硬件在环实验系统将数字电力系统作为待测物理电力设备的测试环境,在实时仿真器中进行数值计算,物理的电力设备也称为硬件待测设备。功率接口具有前向和后向双通道,前向通道将数字系统的信号放大传递至物理电力设备中,而后向通道将物理电力设备的信息采样测量传导至数字电力系统中,其中前向通道形成了功率的交换通道(图中实线箭头),而后向通道只具有测量采样的功能(图中虚线箭头)。

1、 数字电力系统

数字电力系统,也就是我们常用的电力系统实时仿真器,它由实时仿真软件以及实时仿真硬件平台两部分组成。本平台实时仿真软件采用国内ModelingTech公司自主研发的StarSim实时仿真软件。该实验系统具有操作简便、系统开放、方便扩展、价格便宜以及方便携带等优点。实时仿真硬件采用NI 的PXI硬件平台。PXI的控制器可以运行实时操作系统,再结合相应的IO与通信模块,运行实时操作系统的PXI就可以用来作为实时仿真器(PXI的控制器实时运行所要模拟的对象的数学模型)。以其模块化,性价比高,IO模块丰富,软件系统开放等特点,目前PXI已成为全世界众多用户进行硬件在环仿真(HIL)或控制器快速原型(RCP)应用时的选择。


2、PHIL接口

功率硬件在环接口用以连接实时仿真系统和硬件物理设备,由功率放大装置和传感反馈装置组成,其物理侧对象既可以是负载,也可以是发电设备,因此功率放大装置必须要求能量能够双向流通。四象限变流器能够满足能量双向流通的功能,且逆变侧的电压幅值相角均可控,是一种较为理想的功率接口放大装置。

除了四象限变流器作为功率放大装置放大给定电压以外,还需要将硬件设备的电流进行反馈,以构成功率的硬件闭环结构。电流反馈数据进入实时仿真系统后,可能需要预先进行处理,包括相位偏移的超前补偿和幅值的还原。


StarSim平台优势





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