微电网数字物理混合仿真实验平台

Original 南京研旭南京研旭 2022-05-31

微电网数字物理混合仿真实验平台

平台结构

分布式能源数字物理混合仿真系统采用虚实结合的方式来进行上层运行策略的验证，可以及时将策略的执行情况与效率直观反映在观测界面与实物硬件上，结合了功率硬件的真实性和实时仿真的时效性、灵活性、开放性与安全性。系统架构如下图所示：

平台由功率实物硬件、集中控制单元、实时仿真器三个部分组成。

1. 功率实物硬件

Ø 光伏发电并网系统，由光伏模拟器、并网逆变机柜组成，由光伏模拟器来模拟光伏电池组的发电特性，其中光伏电池组的参数、外部环境条件参数均可设置修改；

Ø 直驱风力发电并网系统，由风力发电模拟机组和并网逆变机柜组成，其中风速条件有对拖机组中的一台电机来模拟，风速曲线等等参数可设置修改；

Ø 储能并网系统，由锂电池组、储能控制机柜组成，由外部控制器来协调充放电；

Ø 可编程负载模拟，阻性负载、感性负载、容性负载三相连续可调；

2. 集中控制单元

集中控制单元采集整个新能源系统各个节点的信息，并通过通讯方式将信息上传给上位实时仿真器；同时，集中控制单元将接收到的上层控制信号解析后，通过通讯的方式将控制信号传递到对应系统的控制机柜，可以根据得到的上层控制指令要求，及时对新能源系统进行调解与控制；

3. 实时仿真器

实时仿真器中包含三个部分：信息处理与界面显示，运行调度策略，虚拟微源与负载。

Ø 信息处理与界面显示

分布式新能源系统各个节点的电压、电流、功率信息通过集中控制单元传递给实时仿真器，仿真器解析包含系统信息的信号后，将其显示在界面上；

Ø 运行调度策略

调度策略运行在实时仿真器的CPU上，用户可以自由编写能量管理、调度相关的算法内容。结合从集中控制单元得到的数据，用户可以自由编辑相应的控制策略，仿真器会将运算得到的相应控制指令发送给集中控制单元来完成整个系统运行的控制与调整；

系统特色

1. 真实性

该系统为数字物理混合仿真系统，功率硬件的部分能够真实地模拟实际新能源发电系统的运行与控制情况。同时与仿真器的结合，上层控制的策略能传递到各个新能源系统的节点，能将控制策略的效果通过实际系统运行的变化展现出来。

2. 安全性

传统的新能源实物系统在控制策略的调整与改动上需要与底层设备接触，为实验的安全性带来隐患。数字物理混合仿真系统，将整个新能源系统分为底层与顶层两个部分，两者之间通过通讯的方式进行数据交互。用户在顶层进行策略与算法的调整，通过通讯下发指令的方式进行底层的控制，减少科研实验过程中接触强电设备的机会，为用户营造安全的使用环境。

3. 时效性

引入实时仿真系统可以及时地采集、显示、分析详细的数据，强大的计算性能让系统信息能够实时更新变化，为用户展示更精确的实时动态。同时，实时系统可以高效运行用户的控制策略、完成对数据的分析预测、进行控制指令的下发，弥补离线仿真的速度慢、等待时间长的问题。

4. 灵活性

实时系统除了能够进行通讯、分析、显示、策略计算，还能够对发电与负载进行模拟。实物系统虽然真实性好，但是其体积大、功率受限的特点决定了作为研究对象时会缺乏灵活性。所以需要研究复杂系统、新型系统时，可以通过在实时系统上进行对象的仿真来完成，方便用户进行多样化的研究。

5. 开放性

实时仿真系统基于开放的LabVIEW平台，具备兼容第三方软件的工具，能为用户营造开放、易用的使用环境；实时仿真系统能够配置多样化的功能型板卡，方便用户进行多方向研究的拓展；基于LabVIEW的数据分析与界面开发设计，给用户完全的自由度去编辑系统的分析、显示与控制界面。

案例展示

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