实时仿真与HIL系统应用案例V4.0_130827

实时仿真与实时仿真与实时仿真与实时仿真与HILHILHILHIL系统应用案例系统应用案例系统应用案例系统应用案例IIII....智能电网与新能源汽车智能电网与新能源汽车智能电网与新能源汽车智能电网与新能源汽车上海科梁信息工程有限公司2013年8月KL-MB-1301-APP目录案例1.某柔性直流输电示范工程控制保护装置测试.............................................1案例2.MMC柔性直流输电控制保护装置算法开发及测试...................................2案例3三端MMC-HVDC柔性直流装置入网检测...................................................4案例4.五端MMC柔性直流输电全数字仿真及装置测试.......................................5案例5.基于半桥结构的统一潮流控制器UPFC硬件在环测试...............................6案例6.风电并网系统RCP研究及HIL测试..............................................................7案例7.双馈风机并网系统控制器硬件在环HIL测试..............................................8案例8.基于RT-LAB的光伏阵列模拟器...................................................................9案例9.微电网功率硬件在环仿真（PHIL）..........................................................10案例10.微电网实时仿真模型开发及研究...............................................................11案例11.锂离子电池储能并网控制器PCS硬件在环测试HIL.................................12案例12.密集节点变电站实时仿真...........................................................................13案例13.基于IEC61850的继电保护测试.................................................................15案例14.基于实时仿真的广域监测、保护及控制WAMPAC测试.........................17案例15.基于功率硬件在环（PHIL）配电网电能质量分析..................................19案例16.基于实时仿真的配电网继电保护测试.......................................................20案例17.有源电力滤波APF控制器算法设计...........................................................21案例18.电力系统机网协调仿真分析及半实物测试...............................................22案例19.高压大功率变频器半实物仿真...................................................................23案例20.永磁同步电机PMSM控制系统设计...........................................................24案例21.永磁同步电机PMSM控制器虚拟测试平台...............................................25案例22.新能源汽车开关磁阻电机MCU硬件在环测试..........................................26案例23.基于JMAG高精度有限元分析的实时仿真................................................27案例24.新能源汽车PMSM电机控制器HIL测试....................................................28案例25.新能源汽车多ECU硬件在环测试...............................................................29案例26.新能源汽车电池控制系统BMS自动测试平台..........................................30案例27.高速动车组牵引传动系统实时仿真...........................................................32案例28.大功率逆变电源半实物仿真.......................................................................33案例29.船舶电力推进及综合电力系统...................................................................34案例案例案例案例1.1.1.1.某柔性直流输电示范工程控制保护装置测试某柔性直流输电示范工程控制保护装置测试某柔性直流输电示范工程控制保护装置测试某柔性直流输电示范工程控制保护装置测试该系统是某设备制造商为了测试其MMC-HVDC控制保护装置而配置的RT-LAB系统。中间黑色机柜为RT-LAB仿真器，白色机柜为控制保护装置。RT-LAB中模拟风场、MMC整流换流站、直流线路、逆变换流站及受端的交流电场。可以在模型任意处设置故障，并在任意处观测波形。图1-1现场图示该仿真应用难点在于大量电力电子器件的解算以及系统的大量IO，RT-LAB自带的实时电力算法保证了模型解算的实时性，MMC模块库保证了模型准确性，PCIe总线技术保证了3300多个IO的正常使用。系统仿真结果与实际现场波形比较显示，RT-LAB数字实时仿真器可以替代动模，为装置的测试提供准确的虚拟对象。案例案例案例案例2.2.2.2.MMCMMCMMCMMC柔性直流输电控制保护装置算法开发及测试柔性直流输电控制保护装置算法开发及测试柔性直流输电控制保护装置算法开发及测试柔性直流输电控制保护装置算法开发及测试某设备制造商为开发其MMC-HVDC控制保护装置的算法，并对其开发好的装置进行测试，配置了以下RT-LAB系统：A.系统算法设计初期：由于实际主回路器件订货周期较长，为了同步开发不影响进度，采用一台RT-LAB模拟MMC主电路及电网，另一台RT-LAB基于Simulink开发并优化算法，其原理如下：图2-1原理图B.系统算法设计现场调试：算法设计完成后，主回路已经到位，此时，将在租借的RT-LAB上运行的虚拟主电路及电网替换为真实主电路及电网，进行真正的RT-LAB控制器RCP现场调试，其现场图片如下：图2-2现场图示C.实际装置测试硬件在环HIL测试B阶段算法得到验证，控制保护装置样机出厂时，进入到第三阶段，将MMC主电路及交流电力系统运行于RT-LAB中，作为虚拟被控对象，对实际控制保护装置进行硬件在环（HIL）测试。图2-3现场图示案例案例案例案例3333三端三端三端三端MMC-HVDCMMC-HVDCMMC-HVDCMMC-HVDC柔性直流装置入网检测柔性直流装置入网检测柔性直流装置入网检测柔性直流装置入网检测该项目为某电网公司三端MMC柔性直流示范工程。目标将建成一个±160KV、输送容量为200MW的3端柔性直流输电系统。RT-LAB在本工程中主要承担的任务为：全网（包括换流站）的全数字仿真、3个站的站控测试、3个站的阀控测试；所有参与单位的设备均通过RT-LAB进行功能及出厂测试。图3-1原理图从仿真角度来说，本项目对RT-LAB提出的挑战是，大规模风电场接入仿真，世界最大规模交直流混合电网仿真，MMC柔性直流换流站仿真。某电网公司配置了若干基于CPU的仿真器对交直流电网进行仿真，同时采用了若干基于FPGA的仿真器对柔性直流环流阀进行仿真，解决了这一仿真难题。案例案例案例案例4.4.4.4.五端五端五端五端MMCMMCMMCMMC柔性直流输电全数字仿真及装置测试柔性直流输电全数字仿真及装置测试柔性直流输电全数字仿真及装置测试柔性直流输电全数字仿真及装置测试该工程采用±220KV直流电压，分别在五个地方各建设一个换流站，容量分别定为40MW/30/MW/10MW/10MW/10MW，建设直流输电线路141公里交流220千伏输电线路22.5公里，110KV线路15.2公里。这是世界上第一个5端柔性直流输电工程，将建成舟山北部主要岛屿间的直流输电网络，增强网架结构，并为风电及光伏接入打下基础。图4-1原理图对于RT-LAB仿真来说，提出的挑战在于交直流电网的混合仿真，5端MMC柔性直流环流阀的详细模拟。本系统交流送端及受端采用基于CPU处理器的OP5600型号仿真器，五端柔性直流环流阀等电力电子部分运行于基于FPGA处理器的OP7000系统仿真器上，OP5600与OP7000通过PCIe数据总线进行数据通信，从而完成整个系统分析。该电网公司基于此平台完成了稳态及故障情况下的系统性能分析及应对措施，并将在二期工程中对接入电网的控制保护设备进行入网检测。案例案例案例案例5.5.5.5.基于半桥结构的统一潮流控制器基于半桥结构的统一潮流控制器基于半桥结构的统一潮流控制器基于半桥结构的统一潮流控制器UPFCUPFCUPFCUPFC硬件在环测试硬件在环测试硬件在环测试硬件在环测试统一潮流控制器（UPFC）可以灵活、快捷地实现输电系统的实时控制和动态补偿，能够同时统一控制或有选择地控制影响线路潮流的所有参数（电压、阻抗和相位角），还可以独立控制线路中的有功和无功潮流，将在保障未来智能电网的安全、经济、高效、优质运行中扮演重要角色。图5-1半桥拓扑图本系统中通过MATLAB建立了基于半桥结构（如上图）的UPFC的主电路拓扑模型以及所并入的交流电网模型，利用RT-LAB将其实时化，利用模型CT、PT等测量电网的三相电压、三相电流和直流母线电压电流等信号，通过Aout模拟输出给UPFC真实控制器，通过Din接受来自真实控制器的PWM脉冲信号，对模型中的UPFC的主电路进行控制，从而完成基于半桥结构的UPFC的硬件在环测试。图5-2原理图案例案例案例案例6.6.6.6.风电并网系统风电并网系统风电并网系统风电并网系统RCPRCPRCPRCP研究及研究及研究及研究及HILHILHILHIL测试测试测试测试为了对风力发电并网系统进行研究，对控制器进行测试，将RT-LAB分别作为控制器及被控对象使用。左图中RT-LAB作为控制器原型（RCP）。此系统中，RT-LAB采集实际电压、电流、转速等，发出控制脉冲，形成闭环，目的是研发早期对算法有效性、功能及性能进行优化；右图中RT-LAB作为对象模拟系统（HIL）。图6-1现场图示此系统中，RT-LAB模拟风机、传动链、变流器、电网及负载等部件，为实际DSP控制器测试提供一个虚拟对象环境。图6-2原理图以往希望若干人，几个月时间搭建的调试环境，现在一个人一个下午即可完成。案例案例案例案例7.7.7.7.双馈风机并网系统控制器硬件在环双馈风机并网系统控制器硬件在环双馈风机并网系统控制器硬件在环双馈风机并网系统控制器硬件在环HILHILHILHIL测试测试测试测试本项目在RT-LAB仿真平台下，利用RT-LAB以及S