一种用于微电网能量管理系统闭环测试的仿真方法及装置与流程

本发明涉及微电网能量管理系统测试领域，具体地涉及一种用于微电网能量管理系统闭环测试的仿真方法及装置。

背景技术：

1、微电网能量管理系统通常需要对主网、光伏发电设备、风力发电设备、储能设备、功率变流器、发电机组和负载进行协调控制。为验证能量管理系统的调度与控制功能，通常采用控制器闭环测试方式，将能量管理系统与被控对象仿真模型连接，由被控对象模型接收调度命令、计算设备运行状态，并将功率、电压、电流、频率、运行状态和故障状态等量反馈给能量管理系统。

2、现有部分被控对象模型采用理想功率执行方式，将能量管理系统下发的功率指令直接作为设备实际功率输出；不同设备模型的输入、状态量和故障量则以分散信号分别输出。储能设备、功率变流器和现场智能开关还可能同时接收能量管理系统命令与本地控制命令，需要在被控对象侧确定实际生效的命令源。功率变流器在并网运行与成网运行等不同模式下，对电压和频率参考源也具有不同要求。

3、在面向硬件在环测试台架的应用中，控制器闭环测试还需要将被控对象模型、实时测控系统、实时仿真系统、源载设备、拓扑切换单元及被测件连接为统一测试环境。微电网测试的不同测试工况下的功率通路、被测件连接关系和安全状态不同。因此，除设备模型内部的一致性外，还需要明确拓扑切换、通信接口、模式互斥和硬件安全联锁与模型状态反馈之间的关系。

4、上述理想化或分散式建模方式至少存在以下不足：第一，功率命令未经设备额定能力限幅和动态响应处理，难以反映实际设备的执行边界及响应延迟；第二，电池充放电功率未与荷电状态对应的可用能力关联，可能产生超出当前储能能力的反馈；第三，能量管理系统命令与本地命令并存时，缺少统一命令源仲裁会导致测试输入与实际生效输入不一致；第四，功率变流器运行模式切换时，外部电压、频率参考与公共母线反馈之间的选择关系可能未形成闭环；第五，设备状态和支路开关状态分散输出，难以保证能量管理系统在同一仿真周期内获得与各设备受约束运行状态相对应的完整反馈。对于需要进行半实物仿真在环验证的功率设备模型，缺少限值保护还可能带来测试安全风险。

5、在不同测试场景下，若未将双配电单元的功率连接与拓扑切换、被测件接口通信、模式互斥、故障及急停信号纳入统一协调，可能出现模型状态与物理支路状态不一致、两种测试模式误并列或故障状态不能及时阻断功率通路的问题，影响测试精度效果，构成测试过程安全问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于微电网能量管理系统闭环测试的仿真方法及装置，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、根据本发明的一方面，提供了一种用于微电网能量管理系统闭环测试的仿真方法，包括：

4、s1、接收能量管理系统命令和已配置本地覆盖通道的本地命令；

5、s2、对配置有本地覆盖通道的设备模型执行命令源仲裁，当本地覆盖使能时选择本地命令，当未启用本地覆盖时选择能量管理系统命令，形成各设备模型的生效命令；

6、s3、将生效命令分别输入各设备模型，各设备模型根据自身运行逻辑执行相应约束处理；

7、s4、将各设备模型的状态参数按照预设字段映射组织为设备状态总线集合；

8、s5、在固定步长仿真周期内将设备状态总线集合转换为顶层输出并反馈至能量管理系统，从而完成命令输入、受约束执行和实际状态反馈的闭环测试。

9、在一实施例中，所述能量管理系统命令包括设备调度命令、运行模式命令、故障命令、负荷切除等级命令和开关控制命令。

10、在一实施例中，所述设备模型包括主网及主网变流器模型、光伏发电模型、风力发电模型、电池储能及功率变流器模型、发电机组模型、负载模型和智能开关模型。

11、在一实施例中，配备有本地覆盖通道的设备模型包括电池储能及功率变流器模型和智能开关模型。

12、在一实施例中，所述设备模型还包括公共母线模型，所述公共母线模型接收各支路的实际开关状态及相关设备模型的电气量输出，根据当前支路接入关系计算得到或由公共母线测量模块获取公共母线的电压和频率，并将该电压和频率分别提供给功率变流器运行模式选择、风力发电模型及顶层输出。

13、在一实施例中，s3包括：根据功率变流器运行模式选择控制参考源，当运行模式指令等于2时，选择外部电压参考和频率参考；当运行模式指令不等于2时，选择公共母线的电压和频率反馈。

14、在一实施例中，所述智能开关模型配置九路智能开关，分别连接主网、光伏、风电、两套电池储能、两套发电机组及两路负载支路；每路智能开关接收开合命令和联锁输入，通过状态机计算实际状态，并输出实际开关状态和联锁状态；能量管理系统提供九元合闸命令向量，本地控制通道提供各路本地合闸命令，分闸命令由当前模型内部逻辑形成。

15、在一实施例中，九路智能开关的实际状态可作为相应设备使能、支路接入和运行状态计算的依据；各开关根据分闸命令、合闸命令、联锁输入及相关支路状态输出实际状态和联锁输出。

16、在一实施例中，s4中，预设字段内容包括实际功率、电压、电流、频率、运行状态、故障状态、可用能力、开关状态和联锁状态。

17、根据本发明的另一方面，还提供了一种用于微电网能量管理系统闭环测试的仿真装置，包括：

18、命令接口单元，用于接收能量管理系统命令和已配置本地覆盖通道的本地命令；

19、命令源仲裁单元，用于选择各设备模型的生效命令；

20、多对象设备模型约束处理单元，用于模拟多种设备模型，根据从所述命令源仲裁单元接收到的生效命令，各设备模型根据自身运行逻辑执行相应约束处理；

21、状态总线聚合单元，用于将各设备模型输出的实际功率、电压、电流、频率、运行状态、故障状态、可用能力、开关状态和联锁状态，按照预设字段映射组织为设备状态总线集合；

22、输出单元，用于在固定步长仿真周期内将设备状态总线集合转换为顶层输出并反馈至能量管理系统。

23、在一实施例中，所述仿真装置采用模型化仿真工具simulink实现，配置四十一路顶层输入和一百二十六路输出，采用固定步长三阶龙格-库塔求解器ode3。

24、本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是，

25、与将设备视为理想执行单元的仿真方式相比，本发明先对调度命令进行命令源仲裁，再依据不同设备的实际运行约束执行功率限幅、响应延迟、荷电状态能力限制或启停状态处理，因此形成的实际功率和运行状态能够反映设备能力边界及动态执行过程，避免能量管理系统在闭环测试中获得与被控对象实际可执行状态不一致的反馈。

26、本发明还依据功率变流器运行模式选择相应的电压和频率参考源，并通过智能开关状态机计算实际支路状态；随后按照预设字段映射将设备电气量、设备状态、故障状态、可用能力、开关状态和联锁状态统一聚合，在同一固定步长仿真周期内反馈给能量管理系统。由此能够提高多对象闭环测试中命令、设备约束、运行模式、支路状态和反馈数据之间的一致性，并为实时化或半实物仿真在环测试提供具有明确限值保护的被控对象模型。