淺析智能電網不平衡狀態下的模擬評價

摘 要：本文介紹了智能電網在不平衡狀態情況下的一種模擬評價方法。文章通過模型的建立，對該模型的原理與方法的解釋，證實了該模擬方法的可行性。

關鍵詞：智能電網 功率流 動態模型 不平衡

中圖分類號：TM769 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0121-01

要整合更多的可再生能源進入電網，就必須有更多的軟件控制和各級的穩定電網。智能電網是能源存儲通常被稱為智能電網的關鍵組成部分之一，它可以通過不可控制的能量，例如風能、核能來穩定電網，使電網的適應能力更強。如今，有很多技術可以應用于能量儲存，包括超級電容器，飛輪，泵浦水電，燃料電池，電池等。但是這些裝置的共同點是需要可控制的電流介入電網。

本文的主題和重點是探尋這種轉換器下在常見的不平衡電網條件下，如電壓驟降，如何去的一種最優的控制方法。本文采用一種數學模擬方法，找到一種合理的控制方法，使這種智能儲能元件可以在故障或者電壓不穩等情況下發揮重要的作用，提高設備的效率與電網的性能。

1 PE系統中HIL的仿真問題

由于高額定功率的硬件、系統復雜性連同電網擾動的困難，長時間里系統中斷開部分的不現實性，支持智能電網的能量存儲測試是困難和昂貴的。最終系統測試的替代方法是建立一個小規模的原型，替代這個昂貴并且費時間的原型，建立使用HIL的快速原型仿真工具。HIL仿真是指替代真正系統中的一個實時的仿真平臺系統。在真正系統中表達硬件的數學模型必須足夠詳細以真實的表現任何瞬間變化或錯誤。PE設備包含了許多短時間內控制的開關。開關行為使得電路變得高度非線性。由于這些原因，為了達到可接受的準確度就要求仿真時間的計算最短化。傳統上，現有電腦很難達到較小的仿真時間步長，因為其計算方法中沒有對PE應用進行優化，而且輸入/輸出（I/O）通信延遲高到無法接受。只有現場可編程門陣列（FPGA）技術可以同時提供超低延遲（ULL）和為PE設計的大規模并行處理需要的數字HIL仿真器組合。一個FPGA處理器可以專門針對特定的應用定制高性能的現代HIL模擬器。然而，在FPGA上開發模擬模型的主要問題是需要廣泛的數字化設計知識、計算機體系結構設計知識、FPGA設計知識和工具鏈認證以及詳細的PE模型技術的理解。另外，FPGA技術的潛力已被認識到，基于此技術的解決方案也被研究了。在本論文中，提出了一個滿足在嚴重不平衡電網條件下電網代碼要求的用于評價所提算法能力的通用ULL HIL平臺。在真實時間下FPGA平臺上整個硬件的仿真是在設定的1 μs時間步長下進行的。與其他可用的商業仿真平臺相比，ULL確保了高精確度和更好的瞬間響應。實時仿真器與控制器通過低延遲的I / O接口板進行交互。控制算法通過一個基于TMS320F2812的數字信號處理器（DSP）來實現。該控制算法克服了以前算法的相應弊端，為確定動態模型提供了基礎。

2 建立混合動態系統模型

PE系統本質上是對非線性電路功率流的開關控制，用以實現精確的定時開關控制。PE系統是動態持續時間和離散事件的有機結合，從而自然的建立起了一個的混合動態系統模型。這促使我們接受了自動混合機（GHA）的模型框架，分段的線性動態連續模型。PE電路可以用被動元件（R，L和C），分段線性開關，受控的電源流和一個獨立的電壓源來表示。模型需要用矩陣（1）和（2）來進行計算模擬：

x（t）=Aqi x（t）+Bqi u（t） （1）

y（t）=Cqi x（t）+Dqiu（t） （2）

其中x（t）為連續狀態空間向量，y（t）輸出向量，u（t）為輸入向量。Aqi和Cqi為空間矩陣。該電路的任何離散狀態屬于有限的集合Q={q1…qm}，這個集合代表了接下來將定義的空間狀態。任何一個離散單元都對應著唯一一個模型，除此之外，盡管空間與空間的轉換不是一一對應的，任何一個離散單元都定義了向量的方向，可以轉換的離散單元可在相應的書籍中進行查詢。根據實際條件，線在書籍中進行數據的查詢，得出相應的數據帶入上面兩個矩陣中，輸入向量后可以得到向量的方向與大小。使用該種數值分析方法，能夠消除直流母線電壓振蕩，以及大功率的振蕩，但是該模型目前不還辦法消除無功率情況下整個系統產生的震蕩。但是經過與實際情況的數據對比，數據具有良好的擬合性，證明了基礎數學模型與實際情況基本吻合。

為了充分利用模擬方法，計算平臺在計算GHA時，要求可以進行實時預測，并且保證良好的時序和適用性。嚴格的實時性要求便轉化為對超高速，確定性和可預見的時間模型的需求，以及內存管理和I/O通信延遲的技術提高。為了解決這一問題，我們采用了新的模型模擬系統，對不平衡狀態下電網的功率進行有效的評價。

數字處理器包括一個陣列的標準化過程（SPC），它可以被認為是GHA特定的，專門于應用程序的處理器內核。每個SPC都是可以編程的，解決了GHA子模型的參數化中的交換機數量方面的復雜性和被動存儲元件的數量問題。所有SPC同步操作，與此同時，每個人都可以訪問其個人資源。數據通訊不再是難題，若連接延遲連接到外部電腦，會有一個專用的控制系統，實現配置和回讀總線。

智能電網是建立在普通的物理電網基礎之上的，在技術過程中融合進了流行的傳感技術與計算機信息技術，能滿足用戶與廠家度電力的需求，同時環保節能，符合國家政策的要求，但是在模擬過程會產生諸多難題，例如模型的建立，可靠性的分析，與實際輕用電情況的比較等。該模型模擬在原理上基本克服了以上缺點，在理論與實踐中均有據可依，在將來的智能電網發展中必然占有一席之地。

3 結論

智能電網功率流模型的建立是可行、有效的。模型的計算需要理論完善，同時需要運算速度的提升。PE模型在智能電網中還可以得到更廣泛的應用。

參考文獻

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