硬件在環(huán)仿真方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種硬件在環(huán)仿真方法和系統(tǒng)，其中方法包括：獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行中電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量；獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間，并獲取工頻周期時間；根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)；將所述檢測量進行快速離散傅里葉分解，獲得其實部和虛部；根據(jù)所述延時點數(shù)對所述實部和虛部進行相位補償，獲得補償后的實部和虛部；將補償后的實部和虛部通過離散傅里葉反變換組合并疊加，獲得補償后的檢測量；根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗。通過本發(fā)明方案不僅提高了硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)仿真的穩(wěn)定性和精度，同時成本低。
【專利說明】硬件在環(huán)仿真方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種硬件在環(huán)仿真方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字物理混合仿真又稱為硬件在環(huán)仿真(hardware-1n-the_loop,HIL),這種方法將實際的物理待試系統(tǒng)(hardware under test, HUT)置于由實時數(shù)字仿真系統(tǒng)建立的虛擬電力系統(tǒng)模型(virtual electrical system, VES)中進行閉環(huán)仿真。HIL系統(tǒng)分為信號型硬件在環(huán)(control hardware-1n-the-loop CHIL)仿真與功率連接型硬件在環(huán)(powerhardware-1n-the-loop, PHIL)仿真。相比其它仿真技術(shù)，HIL仿真具有很多的優(yōu)勢,它通過實時仿真器件對真實的電氣元件可以反復(fù)的進行準(zhǔn)確、穩(wěn)定的試驗研究，它最小化降低了即使在各種極端條件下的仿真成本與風(fēng)險，最大化的檢測了被仿真電氣設(shè)備的缺陷，避免了難以承受的損失。
[0003]但是，在仿真的過程當(dāng)中，延時問題是不可避免的問題，系統(tǒng)從信號的發(fā)出到反饋信號的接收，其間必然有一個時間差是影響系統(tǒng)不穩(wěn)定和系統(tǒng)精度的一個重要因素，基于硬件的延時問題，傳統(tǒng)的消除方法選用高性能高容量的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，降低系統(tǒng)采樣和數(shù)據(jù)計算等環(huán)節(jié)造成的延時，但是，由于加大了芯片容量和系統(tǒng)性能，從而大大提高了仿真成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對仿真成本高的問題，提供一種硬件在環(huán)仿真方法和系統(tǒng)。
[0005]一種硬件在環(huán)仿真方法，包括:
[0006]獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行中電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量，其中，所述電力系統(tǒng)模型是根據(jù)待測電氣設(shè)備在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中搭建的電力系統(tǒng)模型；
[0007]獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間，并獲取工頻周期時間；
[0008]根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)，其中，所述延時點數(shù)是檢測量需要進行補償?shù)牟蓸狱c數(shù)；
[0009]將所述檢測量進行快速離散傅里葉分解，獲得其實部和虛部；根據(jù)所述延時點數(shù)對所述實部和虛部進行相位補償，獲得補償后的實部和虛部；將補償后的實部和虛部通過離散傅里葉反變換組合并疊加，獲得補償后的檢測量；
[0010]根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗。
[0011]一種硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，包括:
[0012]檢測量獲取模塊，用于獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行中電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量，其中，所述電力系統(tǒng)模型是根據(jù)待測電氣設(shè)備在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中搭建的電力系統(tǒng)模型；
[0013]參數(shù)獲取模塊，用于獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間，并獲取工頻周期時間；
[0014]延時點數(shù)計算模塊，用于根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)，其中，所述延時點數(shù)是檢測量需要進行補償?shù)牟蓸狱c數(shù)；
[0015]補償模塊，用于將所述檢測量進行快速離散傅里葉分解，獲得其實部和虛部；根據(jù)所述延時點數(shù)對所述實部和虛部進行相位補償，獲得補償后的實部和虛部；將補償后的實部和虛部通過離散傅里葉反變換組合并疊加，獲得補償后的檢測量；
[0016]仿真模塊，用于根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗。
[0017]上述硬件在環(huán)仿真方法和系統(tǒng)，在仿真試驗過程中，根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、工頻周期時間計算延時點數(shù)，并采用快速離散傅里葉分解獲得其實部和虛部，對實部和虛部進行相位補償，再通過離散傅里葉反變換并進行組合和疊加，獲得補償后的檢測量。有效的進行了延時補償，從而有效的提高了硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)仿真的穩(wěn)定性和精度，同時成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明硬件在環(huán)仿真方法實施例的流程示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0021]如圖1所示，為本發(fā)明硬件在環(huán)仿真方法實施例的流程示意圖，包括步驟:
[0022]步驟SlOl:獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行中電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量，其中，所述電力系統(tǒng)模型是根據(jù)待測電氣設(shè)備在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中搭建的電力系統(tǒng)模型；
[0023]首先可以根據(jù)仿真要求在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中搭建電力系統(tǒng)模型。獲取電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量。檢測量可以是三相電流，也可以是三相電壓。
[0024]步驟S102:獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間，并獲取工頻周期時間；
[0025]首先獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間可以是仿真系統(tǒng)的整體延時時間。工頻周期時間可以根據(jù)電網(wǎng)頻率獲得，比如電網(wǎng)頻率為50Hz，則工頻周期時間為0.02s。
[0026]步驟S103:根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)，其中，所述延時點數(shù)是檢測量需要進行補償?shù)牟蓸狱c數(shù)；
[0027]工頻周期采樣點數(shù)可以預(yù)先設(shè)定。工頻周期采樣點數(shù)越大，計算的準(zhǔn)確率越高。但工頻周期采樣點數(shù)受在環(huán)仿真系統(tǒng)的處理器容量影響，可以根據(jù)實際情況設(shè)定。
[0028]步驟S104:將所述檢測量進行快速離散傅里葉分解，獲得其實部和虛部；根據(jù)所述延時點數(shù)對所述實部和虛部進行相位補償，獲得補償后的實部和虛部；將補償后的實部和虛部通過離散傅里葉反變換組合并疊加，獲得補償后的檢測量；
[0029]步驟S105:根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗。
[0030]本實施例在仿真試驗過程中，根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、工頻周期時間計算延時點數(shù)，并采用快速離散傅里葉分解獲得其實部和虛部，對實部和虛部進行相位補償，再通過離散傅里葉反變換并進行組合和疊加，獲得補償后的檢測量。有效的進行了延時補償，從而有效的提高了硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)仿真的穩(wěn)定性和精度，同時成本低。
[0031]在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)步驟，包括:
[0032]采用以下公式計算延時點數(shù)，
AT Λ.
[0033]Hc^——N
T
[0034]其中，η。表示所述延時點數(shù)，ΔΤ表示所述總延時時間，T表示所述工頻周期時間，N表示預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)。
[0035]該實施例采用上述公式計算延時點數(shù)，可以快速且準(zhǔn)確計算得到延時點數(shù)，從而提高后續(xù)進行相位補償?shù)臏?zhǔn)確性。
[0036]在其中一個實施例中，所述獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間步驟，包括:
[0037]獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的各延時時間，其中，所述延時時間包括:通訊延時時間、采樣延時時間、計算延時時間；
[0038]將各延時時間求和獲得所述總延時時間。
[0039]本實施例通過將硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)通訊、采樣和計算等延時時間求和獲得總延時時間，避免了各種情況導(dǎo)致的延時。
[0040]在其中一個實施例中，由于仿真系統(tǒng)可以通過功放裝置與待測電器設(shè)備連接，所述根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗步驟包括:
[0041]將補償后的檢測量進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得轉(zhuǎn)換后的檢測量；
[0042]將轉(zhuǎn)換后的檢測量設(shè)為功放裝置控制系統(tǒng)的指令信號，控制功放裝置將放大后的檢測量輸出至待測電氣設(shè)備，進行功率硬件在環(huán)試驗。
[0043]本實施例方案還可以將轉(zhuǎn)換后的檢測量傳輸至功放裝置，功放裝置將其放大，然后傳輸至待測電氣設(shè)備，從而進行功率硬件在環(huán)試驗。
[0044]以上實施方式中的各種技術(shù)特征可以任意進行組合，只要特征之間的組合不存在沖突或矛盾，但是限于篇幅，未進行一一描述，因此上述實施方式中的各種技術(shù)特征的任意進行組合也屬于本說明書公開的范圍。
[0045]本發(fā)明還列舉其中一種應(yīng)用實例進行說明，比如，以檢測三相電流進行舉例。
[0046]在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)(又稱實時仿真系統(tǒng))中搭建電力系統(tǒng)模型，將電力系統(tǒng)模型輸出的電流量(也稱檢測電流)ia，ib，i。輸出，計算硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)通訊、采樣和計算等延時時間總和AT ;
[0047]在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的實時仿真軟件當(dāng)中，根據(jù)延時時間得出超前變換點數(shù)，
/7'
為一個預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)，η。為延時的點數(shù)，T為工頻周期時間。
[0048]在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的實時仿真軟件當(dāng)中，將檢測電流進行延時補償:
[0049]首先，對檢測電流進行快速離散傅里葉分解，


OO
[0050]\(r) = ?ο + Σ (a,, cos naht + bn sin ηω4)

n=i
[0051]采用一個周期的滑窗DFT-1DFT變換方式，根據(jù)工程需要，采樣點數(shù)設(shè)定為512個點，滑窗每次計算增加一個新的采樣點電流值，減去一個舊的采樣點電流值，從而計算實部An與虛部Bn ；
[0052]

【權(quán)利要求】
1.一種硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，包括: 獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行中電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量，其中，所述電力系統(tǒng)模型是根據(jù)待測電氣設(shè)備在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中搭建的電力系統(tǒng)模型； 獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間，并獲取工頻周期時間； 根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)，其中，所述延時點數(shù)是檢測量需要進行補償?shù)牟蓸狱c數(shù)； 將所述檢測量進行快速離散傅里葉分解，獲得其實部和虛部；根據(jù)所述延時點數(shù)對所述實部和虛部進行相位補償，獲得補償后的實部和虛部；將補償后的實部和虛部通過離散傅里葉反變換組合并疊加，獲得補償后的檢測量； 根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)步驟，包括: 采用以下公式計算延時點數(shù)，
AT He w-N
T 其中，η。表示所述延時點數(shù)，ΔΤ表示所述總延時時間，T表示所述工頻周期時間，N表示預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間步驟，包括: 獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的各延時時間，其中，所述延時時間包括:通訊延時時間、采樣延時時間、計算延時時間； 將各延時時間求和獲得所述總延時時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗步驟包括: 將補償后的檢測量進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得轉(zhuǎn)換后的檢測量； 將轉(zhuǎn)換后的檢測量設(shè)為功放裝置控制系統(tǒng)的指令信號，控制功放裝置將放大后的檢測量輸出至待測電氣設(shè)備，進行功率硬件在環(huán)試驗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述檢測量包括三相電流、三相電壓。
6.一種硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括: 檢測量獲取模塊，用于獲取硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行中電力系統(tǒng)模型輸出的檢測量，其中，所述電力系統(tǒng)模型是根據(jù)待測電氣設(shè)備在硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中搭建的電力系統(tǒng)模型； 參數(shù)獲取模塊，用于獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總延時時間，并獲取工頻周期時間； 延時點數(shù)計算模塊，用于根據(jù)所述總延時時間、預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)、所述工頻周期時間計算延時點數(shù)，其中，所述延時點數(shù)是檢測量需要進行補償?shù)牟蓸狱c數(shù)； 補償模塊，用于將所述檢測量進行快速離散傅里葉分解，獲得其實部和虛部；根據(jù)所述延時點數(shù)對所述實部和虛部進行相位補償，獲得補償后的實部和虛部；將補償后的實部和虛部通過離散傅里葉反變換組合并疊加，獲得補償后的檢測量； 仿真模塊，用于根據(jù)補償后的檢測量對待測電氣設(shè)備進行在環(huán)仿真試驗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述延時點數(shù)計算模塊，用于: 采用以下公式計算延時點數(shù)，
AT ?Τ He ~-Jv
τ 其中，η。表示所述延時點數(shù)，ΔΤ表示所述總延時時間，T表示所述工頻周期時間，N表示預(yù)設(shè)的工頻周期采樣點數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)獲取模塊，包括: 延時時間獲取模塊，用于獲取所述硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的各延時時間，所述延時時間包括:通訊延時時間、采樣延時時間、計算延時時間； 總延時時間計算模塊，用于將各延時時間求和獲得所述總延時時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述仿真模塊用于: 將補償后的檢測量進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得轉(zhuǎn)換后的檢測量； 將轉(zhuǎn)換后的檢測量設(shè)為功放裝置控制系統(tǒng)的指令信號，控制功放裝置將放大后的檢測量輸出至待測電氣設(shè)備，進行功率硬件在環(huán)試驗。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測量包括三相電流、三相電壓。
【文檔編號】G05B17/02GK104199307SQ201410432658
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】王勁, 尹晨旭, 崔曉飛, 許中, 馬智遠(yuǎn), 鐘錦群, 黃裕春, 陳國炎, 孫建軍, 查曉明, 劉邦, 皮一晨 申請人:廣州供電局有限公司, 武漢大學(xué)