功率硬件在环测试(Power Hardware in the Loop,PHIL)是通过实时仿真器,功率放大器以及待测设备的结合,实现信号级实时仿真向功率级的扩展。它可以用于测试真实的功率设备,比如储能设备、光伏设备、风机等功率设备,具备灵活变换系统拓扑、模拟各种电网故障工况等特点。
PHIL结构如图所示,由MT 8020实时仿真器和微电网平台组成。HIL实时仿真器中运行大电网实时模型。大电网母线电压通过HIL仿真器模拟量IO口输出,利用功率放大器外部输入接口,实时控制功率放大器输出电压。功率放大器输出与微电网交流母线连接。电流测量单元采集微电网与功率放大器之间电流,然后反馈给HIL实时仿真器,并与大电网进行功率关联。这样就形成一个真实微电网与虚拟大电网的闭环实时仿真结构。
搭载8核3.8GHz Intel Xeon CPU,能够实现基于CPU的实时仿真(步长最小可达50us)。
搭载 Xilinx UltraScale FPGA,能够实现基于FPGA的小步长实时仿真(步长最小可达250ns)。
支持高速和宽电压范围(-25V—25V)的数字输入,适配工业逆变器控制器接口;支持MODBUS TCP、MODBUS RTU、CAN、ETHERNET TCP、ETHERNET UDP、GOOSE、串口等专业电力通信协议,便捷实现与控制器信息交互。
兼容主流建模仿真软件,无需FPGA编程编译,丰富的IO接口,能够极大地提高用户在仿真测试中不断改变模型、修改参数时的实时运行效率。简洁的航插观测接口,方便用户拓展分析。
当大电网负载突变,引起母线电压波动,微电网的电压随着大电网变化而变化。可以分析研究变化过程中微电网性能。下图为虚拟大电网突加50MW,引起母线电网波动,实际微电网电压变化。
当微电网功率变化,PHIL上位机界面会实时显示大电网与微电网之间能量流动变化波形。
测试
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