具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种适用于混合直流输电实时动模仿真测试的系统，如图1所示，包括：实时数字仿真单元、数字物理仿真接口单元、物理模拟单元；

实时数字仿真单元，基于机电或电磁暂态实时仿真技术，模拟交直流电网的运行特性，用于根据所述测量元件测量的电压或电流信号来控制自身输出，实现数字侧子系统的边界条件；

数字物理仿真接口单元，用于连接实时数字仿真单元与物理模拟单元，根据一定算法，实现数字、物理系统之间能量与信号的交互；

物理模拟单元，基于缩比等效原理模拟研究对象，提高复杂非线性系统的模拟精度，可设置仿真测试故障点，用于开展相关保护的模拟试验及验证；

如图2a所示，为本发明实施例的系统的一个优选结构，包括两个实时数字仿真单元，一个物理模拟单元和两个数字物理仿真接口单元。实时数字仿真单元1包括：直流线路、LCC侧换流阀、换流变、滤波器以及背后的交流系统。实时数字仿真单元2包括：MMC侧背后的交流系统。数字物理仿真接口单元分别位于直流线路右侧、MMC侧换流变右侧。可用于开展MMC换流阀、换流变故障模拟及相关控制保护系统测试试验。

如图2b所示，为本发明实施例的系统的一个优选结构，包括两个实时数字仿真单元，一个物理模拟单元和两个数字物理仿真接口单元。实时数字仿真单元1包括：直流线路、MMC侧换流阀、换流变以及背后的交流系统。实时数字仿真单元2包括：LCC侧滤波器及背后的交流系统。数字物理仿真接口单元分别位于直流线路右侧、LCC侧换流变右侧。可用于开展LCC换流阀、换流变故障模拟及相关控制保护系统测试试验。

如图2c所示，为本发明实施例的系统的一个优选结构，包括两个实时数字仿真单元，一个物理模拟单元和两个数字物理仿真接口单元。实时数字仿真单元1包括：LCC侧换流阀、换流变、滤波器以及背后的交流系统。实时数字仿真单元2包括：MMC侧换流阀、换流变以及背后的交流系统。数字物理仿真接口单元分别位于直流线路两侧。可用于开展直流线路故障模拟及相关控制保护系统测试试验。

如图3所示，本发明提供的数字物理混合仿真接口单元包括：数字接口、D/A转换、A/D转换、分量检测子单元、功率接口和测量元件。

数字接口与数字侧子系统相连接，数字接口模型采用受控电流源模型(或受控电压源)模型，根据接收测量元件上传的电流(或电压)信号控制受控电流源(或受控电压源)的输出，用于实现数字侧子系统的边界条件。当数字侧子系统等效阻抗小于物理侧子系统等效阻抗时，数字接口模型采用受控电流源模型，反之，当数字侧子系统等效阻抗大于物理侧子系统等效阻抗时，数字接口模型采用受控电压源模型。实时数字仿真平台包含受控电流源模块和受控电压源模块，因此可比较容易地在实时数字仿真平台内建立相应的数字接口模型。

D/A转换用于信号数模转换，下发信号时，将数字侧子系统的数字参考电流(或电压)信号转换为模拟信号。由于混合仿真接口系统延时的存在，要求数模转换时间必须在一个仿真步长内完成，因此，数模转换模块可选择分辨率高、采样速率快和硬件延时小的并行数模转换模块。在常用的实时数字仿真平台(如RTDS)中，有匹配的D/A转换集成式板卡，使用时只需要正确配置即可。

A/D转换用于信号模数转换，上传信号时，将测量元件所测物理侧子系统端口的电压和电流量转换成数字信号。要求和实现方式同D/A转换。

分量检测子单元用于分解数字接口下发参考信号中的直流分量和谐波分量，并输出对应的直流分量和谐波分量。为保证准确性，分解后的直流分量与谐波分量之和须等于原下发参考信号。

功率接口包括IGBT大功率变流器和MOSFET高速变流器，分别用于对直流分量和谐波分量进行功率放大和实时跟踪。IGBT大功率变流器和MOSFET高速变流器输出端串联后再连接物理侧子系统。功率接口模型要与数字接口模型相对应，若数字接口采用受控电流源(或受控电压源)模型时，功率接口要控制成为受控电压源(或受控电流源)模型。IGBT大功率变流器需要对直流分量进行跟踪还原，由于直流分量含量较大，因此可采用基于大功率IGBT模块的多级并联拓扑结构和载波移相PWM调制方法，实现直流大功率跟踪还原；MOSFET高速变流器需要对谐波分量进行跟踪还原，由于谐波频率高但含量较少，因此可采用基于开关频率更高的MOSFET模块的多级串并联拓扑结构和载波移相PWM调制方法，开关频率很高，能保证谐波还原和动态响应性能。

测量元件用于测量物理侧子系统端口的电压和电流，包含电压霍尔传感器、电流霍尔传感器以及相关的采集调理电路，为保证实时采集，要求电压霍尔传感器和电流霍尔传感器延时尽可能小，动态响应时间尽可能短。采集的电压和电流信息既要上传给数字接口模型，以控制数字接口的输出状态，也要上传给相关控制系统，作为物理侧子系统端口状态的反馈量。

物理模拟单元，根据不同的实验条件、仿真需求以及对数学模型的获取程度，建立混合直流输电系统中换流变、换流阀或直流线路物理动模模型。物理模型基于缩比原理模拟研究对象，保留研究对象的非线性特性，有效提升仿真结果的准确性。

与最接近的现有技术相比，本发明提供系统具有的有益效果如下：

提高了准确性，本发明系统兼具物理仿真模型精确、数字仿真控制器建模灵活的优势，实现了以动模仿真为核心的测试系统，数字物理仿真接口单元通过分量检测子单元将数字侧子系统的参考信号分解成直流和谐波成分，分别用于控制IGBT大功率变流器和MOSFET高速变流器，二者串联后得到所述功率接口的输出量与参考信号不存在理论误差；同时MOSFET高速变流器的宽频带特性可还原更多谐波细节，提高混合仿真的准确性。

拓展了混合仿真的应用。本发明提供的系统可根据不同的实验条件、仿真需求以及对数学模型的获取程度，合理选择实时数字仿真单元、物理模拟单元的建模方法以及接口算法，在保证混合仿真准确性的前提下，满足混合直流输电系统中换流变、换流阀或直流线路及其保护的测试需求，有效拓展混合仿真的应用场景。为未来直流输电网中新型设备、设备入网测试、系统安全稳定运行等的研究提供大功率系统级的混合仿真平台和行之有效的重要技术手段，应用前景广阔。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。