一種基于RT?Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于RT?Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)及方法，調(diào)試系統(tǒng)包括相連的高壓直流輸電一次系統(tǒng)仿真模塊、VGC模塊、VCM模塊及閥體；VGC模塊包括數(shù)字VGC模塊以及通過第一切換邏輯模塊與之相連的實物VGC模塊，VCM模塊包括數(shù)字VCM模塊以及通過第二切換邏輯模塊與之相連的實物VCM模塊；實物VGC模塊和實物VCM模塊通過Aurora接口與一次系統(tǒng)仿真模塊相接。調(diào)試方法包括VGC切換以及VCM切換，通過被測對象與RT?Lab中搭建的全數(shù)字模型進行外特性比較，完成VCM或VGC的功能性測試，對VGC、VCM模塊進行多種類型的切換，通過不同情況下的切換，快速找出閉環(huán)系統(tǒng)中的問題根源。
【專利說明】
一種基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于模塊化多電平型電壓源換流器仿真領(lǐng)域，具體涉及一種基于RT-Lab的 模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)及方法，用于對VGC、VCM同時進行半實物調(diào)試。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于電壓源換流器的輸電技術(shù)是一種新型的直流輸電技術(shù)，相比傳統(tǒng)直流輸電具 有很多的好處。由于多電平電壓源換流器在環(huán)保節(jié)能方面表現(xiàn)優(yōu)越，因此受到越來越多的 關(guān)注。RT-Lab是設計和研究MMC-HVDC的實時仿真平臺之一，其中0P5600的模塊化設計以及 SSN算法的應用，使得較大系統(tǒng)能夠進行分核降階從而快速運行，在0P70 20中對閥體和閥控 進行仿真，通過硬件同步以及軟件同步保證了 0P5600和0P7020間的信號傳輸。
[0003] 目前國內(nèi)采用RT-Lab進行MMC-HVDC的仿真調(diào)試過程中，全數(shù)字仿真子模塊數(shù)目不 超過800，半實物閥控制調(diào)試子模塊數(shù)目不超過512，因此本發(fā)明方法致力于解決橋臂子模 塊數(shù)目不超過512的柔性直流輸電多端系統(tǒng)的調(diào)試問題。在采用RT-Lab進行半實物仿真時 主要用RT-Lab模擬一次系統(tǒng)，將控保部分作為被測試對象。
[0004] 對于柔性直流輸電控保系統(tǒng)的仿真調(diào)試過程，通過級聯(lián)的多路選擇模塊對多個 VGC和多個VCM進行選擇切換。在采用0P5600和0P7020進行聯(lián)調(diào)時，如圖1中的兩端系統(tǒng)，需 要對1#VCM、1#VGC、2#VCM、2#VGC進行聯(lián)調(diào)。很難鎖定閉環(huán)系統(tǒng)中的問題根源，因此在試驗過 程中仿真對接部分的設計變得非常關(guān)鍵。
[0005] 當1#VCM內(nèi)部存在異?；蚪涌诓糠殖霈F(xiàn)問題時，在對應模塊上產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖將 出現(xiàn)不導通或誤導通，影響一次系統(tǒng)的正常運行，此時不但1#VGC處于非正常狀態(tài)，整個系 統(tǒng)都會出現(xiàn)故障。2#VCM、2#VGC、1#VGC某一個或某幾個出現(xiàn)問題時均會使整個系統(tǒng)運行不 正常，進而相互影響。被測對象間的通信周期均在微秒級別，很難在時間上確定先后順序。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于RT-Lab的模塊化可 切換半實物調(diào)試系統(tǒng)及方法，通過設置等效仿真控制器，無需變換仿真模型，經(jīng)過不同情況 下的切換，從而快速找出閉環(huán)系統(tǒng)中的問題根源，結(jié)構(gòu)簡單，精度高，調(diào)試方便，易于理解和 實現(xiàn)。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)采用的技術(shù) 方案為:包括相連的高壓直流輸電一次系統(tǒng)仿真模塊、VGC模塊、VCM模塊以及閥體;VGC模塊 包括數(shù)字VGC模塊以及通過第一切換邏輯模塊與之相連的實物VGC模塊，VCM模塊包括數(shù)字 VCM模塊以及通過第二切換邏輯模塊與之相連的實物VCM模塊;所述的實物VGC模塊和實物 VCM模塊同時通過Aurora接口與一次系統(tǒng)仿真模塊相接。
[0008] 所述的數(shù)字VGC模塊包括并行設置的第一數(shù)字VGC模塊和第二數(shù)字VGC模塊，第一 數(shù)字VGC模塊和第二數(shù)字VGC模塊通過不同算法仿真實現(xiàn)。
[0009] 所述的一次系統(tǒng)仿真模塊、數(shù)字VGC模塊及第一切換邏輯模塊通過0P5600仿真機 實現(xiàn)。
[0010] 所述Aurora接口、數(shù)字VCM模塊、第二切換邏輯模塊、閥體通過0P7020仿真機實現(xiàn)。
[0011] 所述的VGC模塊與VCM模塊通過PCIe總線連接。
[0012]本發(fā)明基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法采用的技術(shù)方案，包括以下步 驟：
[0013] A、VGC 切換；
[0014] A1)設計RT-Lab與被測試實物VGC模塊的對接模型；
[0015] A2)搭建與實物VGC模塊等效仿真的數(shù)字VGC模塊；
[0016] A3)通過第一切換邏輯模塊對實物VGC模塊以及數(shù)字VGC模塊進行多路選擇處理， 選擇信號傳輸至VCM模塊當中；
[0017] B、VCM 切換；
[0018] B1)在VGC切換基礎(chǔ)上，設計被測試實物VCM模塊的對接模型；
[0019] B2)搭建與實物VCM模塊等效仿真的數(shù)字VCM模塊；
[0020] B3)通過第二切換邏輯模塊對實物VCM模塊以及數(shù)字VCM模塊進行多路選擇處理， 實物VGC模塊和實物VCM模塊同時通過Aurora接口與高壓直流輸電系統(tǒng)相接，數(shù)字VCM模塊 選擇后，通過Aurora接口的有效信號對實物VCM模塊未選擇的脈沖序列進行屏蔽，選擇信號 傳輸至閥體。
[0021 ]所述的步驟B3)中第二切換邏輯模塊對實物VCM模塊以及數(shù)字VCM模塊進行多路選 擇處理時:a.對于實物VCM模塊和數(shù)字VCM模塊，根據(jù)觸發(fā)命令對應關(guān)系采用相同的邏輯選 擇指令，邏輯的變化規(guī)律具有同樣的時間序列;b.在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面設置第二切 換邏輯模塊的觸發(fā)脈沖序列。
[0022]所述的步驟A中實物VGC模塊以及數(shù)字VGC模塊的輸入信號均取自一次系統(tǒng)仿真模 塊，并將實物VGC模塊以及數(shù)字VGC模塊的輸出調(diào)制波信號轉(zhuǎn)化為標幺值。
[0023]所述的VGC切換以及VCM切換等效判定條件為切換前后輸出參考波的外特性相同。 [0024]所述步驟A2)搭建與實物VGC模塊等效仿真的數(shù)字VGC模塊所需滿足的公式為：
[0027]式中，id，iq分別為交流系統(tǒng)閥側(cè)電流的d、q軸分量;Usd，Usj別為交流系統(tǒng)網(wǎng)測電 壓的d、q軸分量;Ucd、Uq分別為交流系統(tǒng)閥側(cè)電壓的d、q軸分量；
[0028]所述步驟B2)搭建與實物VCM模塊等效仿真的數(shù)字VCM模塊所需滿足的最近電平逼 近公式為:1^) = [1^/^];式中，1^是橋臂需要投入的子模塊數(shù)目；1^為橋臂電壓參考 值;為子模塊電容電壓參考值；[]表不四舍五入取值。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)通過并行設 置與實物VGC模塊以及實物VCM模塊相等效的數(shù)字VGC模塊和數(shù)字VCM模塊，通過切換邏輯模 塊實現(xiàn)實物模塊與數(shù)字模塊選擇工作。本發(fā)明不需要變換仿真模型即能夠?qū)卸鄠€VGC 模塊以及多個VCM模塊的系統(tǒng)同時進行半實物調(diào)試，通過被測對象與RT-Lab中搭建的全數(shù) 字模型進行外特性比較，即能夠完成對VCM或VGC進行功能性測試。本發(fā)明調(diào)試系統(tǒng)能夠?qū)?含有N個實物控制器的系統(tǒng)切換成不少于2N種類型的系統(tǒng)，該系統(tǒng)核心部分為級聯(lián)的多路 選擇單元，本發(fā)明調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于理解和實現(xiàn)，操作方便。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法通過搭建與 實物VGC模塊等效仿真的數(shù)字VGC模塊以及與實物VCM模塊等效仿真的數(shù)字VCM模塊，通過同 步切換，比較被測對象與RT-Lab中搭建的全數(shù)字模型外特性，即能夠?qū)CM模塊或VGC模塊 進行功能性測試。MMC閥體接收VCM的觸發(fā)脈沖需要切換時，不但要在RT-Lab上選擇接收VCM 的脈沖序列來源，還要對實物VCM觸發(fā)脈沖信號采用有效信號屏蔽，避免干擾。本發(fā)明方法 所有的切換邏輯能夠在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面進行選擇，根據(jù)調(diào)試過程中的具體情況進 行選擇切換。對于兩端柔性直流輸電的控保系統(tǒng)，假設每個VGC模塊或者每個VCM模塊只建 立一個數(shù)字仿真模塊，根據(jù)兩端VGC模塊和VCM模塊是仿真還是實物的性質(zhì)能夠進行16種類 型的切換，通過不同情況下的切換，快速找出閉環(huán)系統(tǒng)中的問題根源。
【附圖說明】
[0031 ]圖1常規(guī)兩端柔性直流輸電系統(tǒng)的基本控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2本發(fā)明實物VGC、VCM模塊與數(shù)字模型調(diào)試邏輯圖；
[0033]圖3實物VGC模塊與仿真VGC模塊切換過程輸出參考波的波形圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0035]在RT-Lab中建立柔性直流輸電兩端或多端全數(shù)字模型，將0P5600仿真機中運行的 一次系統(tǒng)分量同時送給仿真的數(shù)字VGC模塊和實物VGC模塊4,實物VGC模塊4的運算結(jié)果通 過0P7020仿真機返送給0P5600仿真機，以使不同類型的VGC模塊運算結(jié)果均能通過PCIe送 給VCM模塊，并且在VCM模塊信號接收端設置第二切換邏輯模塊8,如圖2所示。MMC閥體接收 VCM模塊的觸發(fā)脈沖需要切換時，不但要在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面選擇接收VCM模塊的 脈沖序列來源，還要對實物VCM模塊6的觸發(fā)脈沖信號采用有效信號屏蔽。
[0036] 下面結(jié)合VGC切換和VCM切換兩部分說明。該方法不需要變換仿真模型即能夠?qū)?有多個VGC模塊和多個VCM模塊的系統(tǒng)同時進行半實物調(diào)試。通過將被測對象與RT-Lab中搭 建的全數(shù)字模型進行外特性比較，即能夠?qū)CM模塊或VGC模塊進行功能性測試。
[0037] 1.VGC 切換
[0038] 1)設計RT-Lab與被測試實物VGC模塊4的對接模型；
[0039] 2)在0P5600中搭建實物VGC模塊4的全數(shù)字模型；
[0040] 3)實物VGC模塊4以及數(shù)字VGC模塊的輸入信號均取自一次系統(tǒng)，并將實物VGC模塊 4以及數(shù)字VGC模塊的輸出調(diào)制波信號轉(zhuǎn)化為標幺值；
[0041 ] 4)通過第一切換邏輯模塊3對實物VGC模塊4以及數(shù)字VGC模塊進行多路選擇處理， 最終信號通過PCIe傳輸?shù)?P7020中；圖3所示輸出結(jié)果只考慮切換前后兩種狀態(tài)下的參考 波波形，保證切換前后兩種VGC模塊的外特性相同。
[0042] 2.VCM 切換
[0043] 1)在VGC切換基礎(chǔ)上，搭建被測試實物VCM模塊6的對接模型；
[0044] 2)在0P7020中搭建被測試實物VCM模塊6的全數(shù)字模型；
[0045] 3)通過第二切換邏輯模塊8對實物VCM模塊6以及數(shù)字VCM模塊7進行多路選擇處 理:a.對于不同的VCM模塊，根據(jù)每個子模塊的觸發(fā)命令對應關(guān)系采用相同的sel選擇指令， sel的變化規(guī)律具有同樣的時間序列;b.觸發(fā)脈沖序列根據(jù)脈沖多路選擇器進行設置，并且 此設置能夠設計在RT-Lab的SC_Conso 1 e界面進行；
[0046] 4)對子模塊觸發(fā)脈沖序列選擇后，通過Aurora接口的rx_valid信號對接收信號進 行屏蔽。
[0047] 來自不同類型的子模塊觸發(fā)脈沖，首先經(jīng)過相同的時間序列處理，等效為并行的 脈沖序列，然后經(jīng)過多路選擇模塊進行處理，最終將觸發(fā)命令發(fā)送至閥體。
[0048]由于實物VCM模塊6采用Aurora接口 5與0P7020仿真機相連接，數(shù)字VCM模塊7直接 在0P7020仿真機中運行，當整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行中，無論采用實物VCM模塊6還是數(shù)字VCM 模塊7,觸發(fā)脈沖序列均會有脈沖，而在0P7020仿真機中的選擇邏輯只是基于FPGA的時間序 列的選擇，在實際調(diào)試過程中可能存在信號疊加，因此需要對信號進行屏蔽，即在選擇實物 VCM模塊6時，通過脈沖清零屏蔽數(shù)字VCM模塊7的脈沖序列；在選擇數(shù)字VCM模塊7時，通過 Aurora接口 5中的rx_val id信號屏蔽實物VCM模塊中的脈沖序列。
[0049]本發(fā)明方法所有的切換邏輯均能夠在RT-Lab的SC_C〇ns〇le界面進行選擇，根據(jù)調(diào) 試過程中的具體情況進行選擇切換。對于兩端柔性直流輸電的控保系統(tǒng)，假設每個VGC模塊 或者每個VCM模塊只建立一個仿真模塊，根據(jù)兩端VGC模塊和VCM模塊是仿真還是實物的性 質(zhì)能夠進行16種類型的切換，通過不同情況下的切換，快速找出閉環(huán)系統(tǒng)中的問題根源。
【主權(quán)項】
1. 一種基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于:包括相連的高壓直 流輸電一次系統(tǒng)仿真模塊、VGC模塊、VCM模塊以及閥體(9); VGC模塊包括數(shù)字VGC模塊以及 通過第一切換邏輯模塊(3)與之相連的實物VGC模塊(4)，VCM模塊包括數(shù)字VCM模塊(7)以及 通過第二切換邏輯模塊(8)與之相連的實物VCM模塊(6);所述的實物VGC模塊(4)和實物VCM 模塊(6)同時通過Aurora接口（5)與一次系統(tǒng)仿真模塊相接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于:所 述的數(shù)字VGC模塊包括并行設置的第一數(shù)字VGC模塊（1)和第二數(shù)字VGC模塊(2)，第一數(shù)字 VGC模塊(1)和第二數(shù)字VGC模塊(2)通過不同算法仿真實現(xiàn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于:所 述的一次系統(tǒng)仿真模塊、數(shù)字VGC模塊及第一切換邏輯模塊(3)通過0P5600仿真機實現(xiàn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于:所 述的Aurora接口（ 5)、數(shù)字VCM模塊(7)、第二切換邏輯模塊(8)、閥體(9)通過0P7020仿真機 實現(xiàn)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于:所 述的VGC模塊與VCM模塊通過PCIe總線連接。6. -種基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 VGC切換； A1)設計RT-Lab與被測試實物VGC模塊(4)的對接模型； A2)搭建與實物VGC模塊(4)等效仿真的數(shù)字VGC模塊； A3)通過第一切換邏輯模塊（3)對實物VGC模塊(4)以及數(shù)字VGC模塊進行多路選擇處 理，選擇信號傳輸至VCM模塊當中； B、 VCM切換； B1)在VGC切換基礎(chǔ)上，設計被測試實物VCM模塊(6)的對接模型； B2)搭建與實物VCM模塊(6)等效仿真的數(shù)字VCM模塊(7); B3)通過第二切換邏輯模塊(8)對實物VCM模塊(6)以及數(shù)字VCM模塊(7)進行多路選擇 處理，實物VGC模塊(4)和實物VCM模塊(6)同時通過Aurora接口（5)與高壓直流輸電系統(tǒng)相 接，數(shù)字VCM模塊(7)選擇后，通過Aurora接口的有效信號對實物VCM模塊(6)未選擇的脈沖 序列進行屏蔽，選擇信號傳輸至閥體(9)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法，其特征在于，所 述的步驟B3)中第二切換邏輯模塊(8)對實物VCM模塊(6)以及數(shù)字VCM模塊(7)進行多路選 擇處理時:a.對于實物VCM模塊(6)和數(shù)字VCM模塊(7)，根據(jù)觸發(fā)命令對應關(guān)系采用相同的 邏輯選擇指令，邏輯的變化規(guī)律具有同樣的時間序列;b.在RT-Lab的SC_C 〇ns〇le界面設置 第二切換邏輯模塊(8)的觸發(fā)脈沖序列。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法，其特征在于:所 述的步驟A中實物VGC模塊(4)以及數(shù)字VGC模塊的輸入信號均取自一次系統(tǒng)仿真模塊，并將 實物VGC模塊(4)以及數(shù)字VGC模塊的輸出調(diào)制波信號轉(zhuǎn)化為標幺值。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法，其特征在于:所 述的VGC切換以及VCM切換等效判定條件為切換前后輸出參考波的外特性相同。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于RT-Lab的模塊化可切換半實物調(diào)試方法，其特征在于， 所述步驟A2)搭建與實物VGC模塊(4)等效仿真的數(shù)字VGC模塊所需滿足的公式為：式中，id，iq分別為交流系統(tǒng)閥側(cè)電流的d、q軸分量;Usd，Usq分別為交流系統(tǒng)網(wǎng)測電壓的 d、q軸分量;Ucd、Uq分別為交流系統(tǒng)閥側(cè)電壓的d、q軸分量； 所述步驟B2)搭建與實物VCM模塊(6)等效仿真的數(shù)字VCM模塊(7)所需滿足的最近電平 逼近公式為:N(t) = [lW/Uref];式中，N⑴是橋臂需要投入的子模塊數(shù)目；Uref為橋臂電壓 參考值;為子模塊電容電壓參考值；[]表不四舍五入取值。
【文檔編號】G05B17/02GK106054668SQ201610397865
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】翟黨國, 王清, 程曉絢, 李穎, 熊家祚, 王文萃
【申請人】中國西電電氣股份有限公司