CN204287792U - 适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统，包括用于连接物理仿真子系统的物理仿真接口、用于连接数字仿真子系统的数字仿真接口以及设置在物理仿真接口与数字仿真接口之间的信号传输交互系统；数字仿真接口设有数-模转换模块和模-数转换模块，信号传输交互系统由物理侧接口调理电路、电缆和数字侧接口调理电路组成。本实用新型通过将物理、数字仿真子系统输出的模数电流电压信号均转换成电流模拟信号在电缆中进行传输，保障了仿真信号远距离传输交互的抗干扰能力较强并且电流信号受线路阻抗的影响较小，避免了采用数字信号远距离传输时多次进行模数、数模信号转换过程中的延时。本实用新型具有远距离、抗干扰、高性能的优点。

Description

适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统，属于电力系统数模混合仿真领域。

背景技术

随着可再生能源发电、高压直流输电和电力电子器件等接入电力系统，电力系统正朝着越来越庞大和复杂的方向发展。作为电力系统新型设备研究、设备入网测试、故障在线、系统安全稳定运行研究的重要技术手段，电力系统实时仿真技术在很多方面具有不可替代的作用。目前，电力系统实时仿真技术主要包括物理仿真、数字仿真和数字物理混合仿真。

物理仿真考虑了非线性等复杂的不确定因素，因此能够比较准确地模拟电力系统的动态过程，对于机理尚不清楚的现象以及新型电力设备的研究十分方便，但是其建模过程复杂，时间及资金消耗大，参数调整困难，移植性、兼容性和模型规模受到限制。

数字仿真采用现代计算机技术、控制技术，结合了大型软件和复杂硬件，其建模速度快，参数调整方便，能对大系统进行仿真，但是对于新型的设备和控制策略的仿真不尽人意。

鉴于单纯的数字仿真和物理仿真所存在的缺陷，国内外的研究人员开始重视功率交换型数字物理混合仿真系统的研究。

如图1所示，功率交换型数字物理混合仿真系统也叫“数模混合仿真系统”，包括物理仿真子系统、数字仿真子系统和数模混合仿真接口系统。数模混合仿真接口系统的作用是为物理仿真子系统和数字仿真系统形成统一协调的边界条件，从而模拟一个真实系统。然而，物理仿真子系统为连续运行的能量系统，而数字仿真子系统为离散迭代的信号系统，这两个系统无法直接相连，因此需要专门的数模混合仿真接口系统进行连接，实现能量系统和信号系统之间的交互。

理论上，信号交互的延时是数字物理混合仿真不稳定的根本原因，延时时间越长，混合仿真越容易出现振荡和发散的情况。因此，如何减小甚至消除信号交互延时对数字物理混合仿真的稳定运行至关重要。另外，在数字物理混合仿真能够稳定运行的前提下，信号交互的精度也会影响到系统仿真的有效性和准确性。如果电压、电流的跟踪精度过低，数字物理混合仿真的结果可能会与实际系统存在较大的差异，从而使混合仿真失去意义。因此，信号交互的精度也是需要关注的问题。同时，为保证接口装置具有较强灵活适应性，避免物理仿真子系统和数字仿真子系统之间存在电磁干扰，两个子系统应物理隔离，分开放置，信号交互应满足远距离传输要求。本信号远距离传输交互系统在电缆长度达150米的情况下，可实现信号准确高效的传输。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统。

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统，其特征在于：所述的数模混合仿真接口系统包括用于连接物理仿真子系统的物理仿真接口、用于连接数字仿真子系统的数字仿真接口以及设置在物理仿真接口与数字仿真接口之间的信号传输交互系统；所述数字仿真接口设有数-模转换模块和模-数转换模块，所述信号传输交互系统由物理侧接口调理电路、电缆和数字侧接口调理电路组成；

所述物理仿真接口将物理仿真子系统输出的第一三相电压模拟信号和第一三相电流模拟信号输入物理侧接口调理电路，物理侧接口调理电路将该两组模拟信号分别转换成适于电缆传输的模拟化电流小信号并通过所述电缆传输给数字侧接口调理电路进行还原，所述数字仿真接口将数字侧接口调理电路还原的第二三相电压模拟信号和第二三相电流模拟信号分别转换成数字信号输出给数字仿真子系统；

所述数字仿真接口将数字仿真子系统输出的三相电压数字信号和三相电流数字信号转换成第三三相电压模拟信号和第三三相电流模拟信号输入数字侧接口调理电路，数字侧接口调理电路将该两组模拟信号分别转换成适于电缆传输的模拟化电流小信号并通过所述电缆传输给物理侧接口调理电路进行还原，所述物理仿真接口将物理侧接口调理电路还原的第四三相电压模拟信号和第四三相电流模拟信号分别输出给物理仿真子系统。

作为本实用新型的优选实施方式：

所述的物理仿真接口设有用于输出所述第一三相电压模拟信号的A相、B相、C相电压信号输出端子，用于输出所述第一三相电流模拟信号的A相、B相、C相电流信号输出端子，用于接收所述第四三相电压模拟信号的A相、B相、C相电压信号输入端子，以及用于接收所述第四三相电流模拟信号的A相、B相、C相电流信号输入端子；

所述的数字仿真接口设有用于接收所述第二三相电压模拟信号的A相、B相、C相电压信号输入端子，用于接收所述第二三相电流模拟信号的A相、B相、C相电流信号输入端子，用于输出所述第三三相电压模拟信号A相、B相、C相电压信号输出端子，以及用于输出所述第三三相电流模拟信号的A相、B相、C相电流信号输出端子；

所述的物理侧接口调理电路包括用于将所述第一三相电压模拟信号和第一三相电流模拟信号分别转换成相应模拟化电流小信号的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块，以及用于将相应模拟化电流小信号还原成所述第四三相电压模拟信号和第四三相电流模拟信号的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块；

所述的数字侧接口调理电路包括用于将相应模拟化电流小信号还原成所述第二三相电压模拟信号和第二三相电流模拟信号的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块，以及用于将所述第三三相电压模拟信号和第三三相电流模拟信号分别转换成相应模拟化电流小信号的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块；

所述的电缆具有十二条或以上的信号传输线，所述物理仿真接口的A相、B相、C相电压信号输出端子和A相、B相、C相电流信号输出端子依次与所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输入端电连接，所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输出端依次通过所述电缆的第一至第六信号传输线与所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输入端电连接，所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输出端依次与所述数字仿真接口的A相、B相、C相电压信号输入端子和A相、B相、C相电流信号输入端子电连接；

所述数字仿真接口的A相、B相、C相电压信号输出端子和A相、B相、C相电流信号输出端子依次与所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输入端电连接，所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输出端依次通过所述电缆的第七至第十二信号传输线与所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输入端电连接，所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输出端依次与所述物理仿真接口的A相、B相、C相电压信号输入端子和A相、B相、C相电流信号输入端子电连接。

作为本实用新型的优选实施方式，所述物理侧接口调理电路和数字侧接口调理电路的每一相电压-电流转换模块均由电压-电流转换器与有源滤波电路串联组成、每一相电流传感模块均由霍尔电流传感器与有源滤波电路串联组成、每一相电流-电压转换模块均由电流-电压转换器与有源滤波电路串联组成、每一相电流比例变换模块均由比例变换电路与有源滤波电路串联组成。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的电缆为双绞屏蔽线。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型设有物理仿真接口、数字仿真接口以及信号传输交互系统，能够实现数字仿真子系统和物理仿真子系统端口电压、电流的实时同步交互传递、跟随，即数模混合仿真接口系统能够将数字仿真子系统端口三相电压和三相电流共6路信号传向物理仿真子系统，并且将物理仿真子系统端口三相电压和三相电流共6路信号传向数字仿真子系统。

第二，本实用新型通过将物理仿真子系统和数字仿真子系统输出的模数电流电压信号均转换成电流模拟信号在电缆中进行传输，通过电流信号传输的作用有效的保障了仿真信号远距离传输交互的抗干扰能力较强并且电流信号受线路阻抗的影响较小，并且，在电缆中采用模拟信号进行远距离传输避免了采用数字信号进行远距离传输时多次进行模数、数模信号转换过程中的延时；

第三，本实用新型通过在物理侧和数字侧接口调理电路中设置有源滤波电路，从而将物理侧接口和数字侧接口产生的高频干扰分量滤除；

综上所述，本实用新型具有远距离、抗干扰、高性能的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为现有技术中功率交换型数字物理混合仿真系统的系统框图；

图2为本实用新型的数模混合仿真接口系统的系统框图；

图3为本实用新型的数模混合仿真接口系统的A相信号传输示意图之一；

图4为本实用新型的数模混合仿真接口系统的A相信号传输示意图之二；

图5为本实用新型的数模混合仿真接口系统的A相信号传输示意图之三；

图6为本实用新型的数模混合仿真接口系统的A相信号传输示意图之四。

具体实施方式

如图2至图6所示，本实用新型适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统，包括用于连接物理仿真子系统的物理仿真接口、用于连接数字仿真子系统的数字仿真接口以及设置在物理仿真接口与数字仿真接口之间的信号传输交互系统；数字仿真接口设有数-模转换模块和模-数转换模块，信号传输交互系统由物理侧接口调理电路、电缆和数字侧接口调理电路组成；

物理仿真接口将物理仿真子系统输出的第一三相电压模拟信号u_1a、u_1b、u_1c和第一三相电流模拟信号i_1a、i_1b、i_1c输入物理侧接口调理电路，物理侧接口调理电路将该两组模拟信号分别转换成适于电缆传输的模拟化电流小信号并通过电缆传输给数字侧接口调理电路进行还原，数字仿真接口将数字侧接口调理电路还原的第二三相电压模拟信号u′_1a、u′_1b、u′_1c和第二三相电流模拟信号i′_1a、i′_1b、i′_1c分别转换成数字信号输出给数字仿真子系统；

数字仿真接口将数字仿真子系统输出的三相电压数字信号和三相电流数字信号转换成第三三相电压模拟信号u_2a、u_2b、u_2c和第三三相电流模拟信号i_2a、i_2b、i_2c输入数字侧接口调理电路，数字侧接口调理电路将该两组模拟信号分别转换成适于电缆传输的模拟化电流小信号并通过电缆传输给物理侧接口调理电路进行还原，物理仿真接口将物理侧接口调理电路还原的第四三相电压模拟信号u′_2a、u′_2b、u′_2c和第四三相电流模拟信号i′_2a、i′_2b、i′_2c分别输出给物理仿真子系统。

其中，本实用新型的物理仿真接口设有用于输出第一三相电压模拟信号u_1a、u_1b、u_1c的A相、B相、C相电压信号输出端子，用于输出第一三相电流模拟信号i_1a、i_1b、i_1c的A相、B相、C相电流信号输出端子，用于接收第四三相电压模拟信号u′_2a、u′_2b、u′_2c的A相、B相、C相电压信号输入端子，以及用于接收第四三相电流模拟信号i′_2a、i′_2b、i′_2c的A相、B相、C相电流信号输入端子；

数字仿真接口设有用于接收第二三相电压模拟信号u′_1a、u′_1b、u′_1c的A相、B相、C相电压信号输入端子，用于接收第二三相电流模拟信号i′_1a、i′_1b、i′_1c的A相、B相、C相电流信号输入端子，用于输出第三三相电压模拟信号u_2a、u_2b、u_2cA相、B相、C相电压信号输出端子，以及用于输出第三三相电流模拟信号i_2a、i_2b、i_2c的A相、B相、C相电流信号输出端子；

物理侧接口调理电路包括用于将第一三相电压模拟信号u_1a、u_1b、u_1c和第一三相电流模拟信号i_1a、i_1b、i_1c分别转换成相应模拟化电流小信号的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块，以及用于将相应模拟化电流小信号还原成第四三相电压模拟信号u′_2a、u′_2b、u′_2c和第四三相电流模拟信号i′_2a、i′_2b、i′_2c的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块；

数字侧接口调理电路包括用于将相应模拟化电流小信号还原成第二三相电压模拟信号u′_1a、u′_1b、u′_1c和第二三相电流模拟信号i′_1a、i′_1b、i′_1c的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块，以及用于将第三三相电压模拟信号u_2a、u_2b、u_2c和第三三相电流模拟信号i_2a、i_2b、i_2c分别转换成相应模拟化电流小信号的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块；

电缆具有十二条或以上的信号传输线，物理仿真接口的A相、B相、C相电压信号输出端子和A相、B相、C相电流信号输出端子依次与物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输入端电连接，物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输出端依次通过电缆的第一至第六信号传输线与数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输入端电连接，数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输出端依次与数字仿真接口的A相、B相、C相电压信号输入端子和A相、B相、C相电流信号输入端子电连接；

数字仿真接口的A相、B相、C相电压信号输出端子和A相、B相、C相电流信号输出端子依次与数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输入端电连接，数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输出端依次通过电缆的第七至第十二信号传输线与物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输入端电连接，物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输出端依次与物理仿真接口的A相、B相、C相电压信号输入端子和A相、B相、C相电流信号输入端子电连接。

其中，上述电缆为双绞屏蔽线，由于双绞屏蔽线在双绞线和绝缘层间有一个金属屏蔽层，因此其能有效抵抗外界的电磁干扰，确保信号传输的准确性；上述物理侧接口调理电路和数字侧接口调理电路的每一相电压-电流转换模块均由第一电压-电流转换器与有源滤波电路串联组成、每一相电流传感模块均由霍尔电流传感器与有源滤波电路串联组成、每一相电流-电压转换模块均由电流-电压转换器与有源滤波电路串联组成、每一相电流比例变换模块均由比例变换电路与有源滤波电路串联组成。

另外，本实用新型为保证信号传输的准确性，所用传感器均采用霍尔传感器，可以测量直流、交流和瞬态峰值，相较于普通互感器，动态性能良好。电缆采用双绞屏蔽线，在双绞线和绝缘层间有一个金属屏蔽层，有效抵抗外界的电磁干扰，保证信号准确性。在进行电流-电压转换、电压-电流转换和滤波调理电路设计时，也充分考虑了信号传输的准确性。

本实用新型不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种适用于仿真信号远距离传输交互的数模混合仿真接口系统，其特征在于：所述的数模混合仿真接口系统包括用于连接物理仿真子系统的物理仿真接口、用于连接数字仿真子系统的数字仿真接口以及设置在物理仿真接口与数字仿真接口之间的信号传输交互系统；所述数字仿真接口设有数-模转换模块和模-数转换模块，所述信号传输交互系统由物理侧接口调理电路、电缆和数字侧接口调理电路组成；

所述物理仿真接口将物理仿真子系统输出的第一三相电压模拟信号(u_1a、u_1b、u_1c)和第一三相电流模拟信号(i_1a、i_1b、i_1c)输入物理侧接口调理电路，物理侧接口调理电路将该两组模拟信号分别转换成适于电缆传输的模拟化电流小信号并通过所述电缆传输给数字侧接口调理电路进行还原，所述数字仿真接口将数字侧接口调理电路还原的第二三相电压模拟信号(u′_1a、u′_1b、u′_1c)和第二三相电流模拟信号(i′_1a、i′_1b、i′_1c)分别转换成数字信号输出给数字仿真子系统；

所述数字仿真接口将数字仿真子系统输出的三相电压数字信号和三相电流数字信号转换成第三三相电压模拟信号(u_2a、u_2b、u_2c)和第三三相电流模拟信号(i_2a、i_2b、i_2c)输入数字侧接口调理电路，数字侧接口调理电路将该两组模拟信号分别转换成适于电缆传输的模拟化电流小信号并通过所述电缆传输给物理侧接口调理电路进行还原，所述物理仿真接口将物理侧接口调理电路还原的第四三相电压模拟信号(u′_2a、u′_2b、u′_2c)和第四三相电流模拟信号(i′_2a、i′_2b、i′_2c)分别输出给物理仿真子系统。

2.根据权利要求1所述的数模混合仿真接口系统，其特征在于：

所述的物理仿真接口设有用于输出所述第一三相电压模拟信号(u_1a、u_1b、u_1c)的A相、B相、C相电压信号输出端子，用于输出所述第一三相电流模拟信号(i_1a、i_1b、i_1c)的A相、B相、C相电流信号输出端子，用于接收所述第四三相电压模拟信号(u′_2a、u′_2b、u′_2c)的A相、B相、C相电压信号输入端子，以及用于接收所述第四三相电流模拟信号(i′_2a、i′_2b、i′_2c)的A相、B相、C相电流信号输入端子；

所述的数字仿真接口设有用于接收所述第二三相电压模拟信号(u′_1a、u′_1b、u′_1c)的A相、B相、C相电压信号输入端子，用于接收所述第二三相电流模拟信号(i′_1a、i′_1b、i′_1c)的A相、B相、C相电流信号输入端子，用于输出所述第三三相电压模拟信号(u_2a、u_2b、u_2c)A相、B相、C相电压信号输出端子，以及用于输出所述第三三相电流模拟信号(i_2a、i_2b、i_2c)的A相、B相、C相电流信号输出端子；

所述的物理侧接口调理电路包括用于将所述第一三相电压模拟信号(u_1a、u_1b、u_1c)和第一三相电流模拟信号(i_1a、i_1b、i_1c)分别转换成相应模拟化电流小信号的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块，以及用于将相应模拟化电流小信号还原成所述第四三相电压模拟信号(u′_2a、u′_2b、u′_2c)和第四三相电流模拟信号(i′_2a、i′_2b、i′_2c)的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块；

所述的数字侧接口调理电路包括用于将相应模拟化电流小信号还原成所述第二三相电压模拟信号(u′_1a、u′_1b、u′_1c)和第二三相电流模拟信号(i′_1a、i′_1b、i′_1c)的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块，以及用于将所述第三三相电压模拟信号(u_2a、u_2b、u_2c)和第三三相电流模拟信号(i_2a、i_2b、i_2c)分别转换成相应模拟化电流小信号的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块；

所述的电缆具有十二条或以上的信号传输线，所述物理仿真接口的A相、B相、C相电压信号输出端子和A相、B相、C相电流信号输出端子依次与所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输入端电连接，所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输出端依次通过所述电缆的第一至第六信号传输线与所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输入端电连接，所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输出端依次与所述数字仿真接口的A相、B相、C相电压信号输入端子和A相、B相、C相电流信号输入端子电连接；

所述数字仿真接口的A相、B相、C相电压信号输出端子和A相、B相、C相电流信号输出端子依次与所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输入端电连接，所述数字侧接口调理电路的A相、B相、C相电压-电流转换模块和A相、B相、C相电流传感模块的输出端依次通过所述电缆的第七至第十二信号传输线与所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输入端电连接，所述物理侧接口调理电路的A相、B相、C相电流-电压转换模块和A相、B相、C相电流比例变换模块的输出端依次与所述物理仿真接口的A相、B相、C相电压信号输入端子和A相、B相、C相电流信号输入端子电连接。

3.根据权利要求2所述的数模混合仿真接口系统，其特征在于：所述物理侧接口调理电路和数字侧接口调理电路的每一相电压-电流转换模块均由电压-电流转换器与有源滤波电路串联组成、每一相电流传感模块均由霍尔电流传感器与有源滤波电路串联组成、每一相电流-电压转换模块均由电流-电压转换器与有源滤波电路串联组成、每一相电流比例变换模块均由比例变换电路与有源滤波电路串联组成。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的数模混合仿真接口系统，其特征在于：所述的电缆为双绞屏蔽线。