案例

本文档共两个案例，分别为从零开始建立一个 SimStudio 元件模块项目（以交流滤波器模块为例）、将一个现有的 SimStudio 模型封装为模块（以光伏为例），并在光伏封装模块的基础上介绍模块的单元测试方法。

案例 1
案例2
模块的单元测试方法（以案例2为例）

从零开始建立一个 SimStudio 元件/模块项目

这里从零开始构建一个简单的交流滤波器模块，实现功能：

可接在三相电气节点上，实现 RLC 滤波的功能。
可自定义 RLC 的参数大小。
可通过虚拟引脚量测滤波器的三相交流电流、三相交流电压。
通过控制输出引脚量测滤波器的有功、无功功率。

接口标签页配置

首先，新建一个空白电力系统元件(model/CloudPSS/Blank_Component)。

进入接口标签页，按参数列表相关文档所述的方法，新建名为 RLC设置 的参数组，分别按下表建立三个参数：

配置项	电阻	电感	电容
键	R	L	C
名称	电阻	电感	电容
详细描述	填写滤波器电阻。	填写滤波器电感。	填写滤波器电容。
条件	true	true	true
类型	实数	实数	实数
输入类型	常量	常量	常量
默认值	500	5e-3	3
最小值	0	0	0
最大值	1000	1	100
区间	(左开区间]	(左开区间]	(左开区间]
单位	Ω	H	μF

新建名为量测的参数组，分别按下表建立 2 个虚拟引脚参数：

配置项	三相交流电压量测	三相交流电流量测
键	Vmeasure	Imeasure
名称	三相交流电压量测	三相交流电流量测
详细描述	填写三相交流电压量测虚拟引脚，以 `#` 开头。	填写三相交流电流量测虚拟引脚，以 `#` 开头。
条件	true	true
类型	虚拟引脚	虚拟引脚
输入类型	常量	常量
默认值
数据X维数	3	3
数据Y维数	1	1
数据类型	实数	实数
连接类型	输出	输出

按引脚列表相关文档所属的方法，建立键名为ele、P、Q的引脚，引脚配置如下

配置项	三相电气端口	有功量测	无功量测
键	ele	P	Q
名称	三相电气端口	有功量测	无功量测
详细描述	交流滤波器的三相电气端口	交流滤波器的有功量测	交流滤波器的无功量测
可见	true	true	true
条件	true	true	true
数据X维数	3	1	1
数据Y维数	1	1	1
数据类型	实数	实数	实数
连接类型	电气	输出	输出

定义好的参数和引脚列表如下图所示：

在图标绘制工作区中，拖入一个矩形，设置大小和位置为：X=0, Y=0, 宽度=40, 高度=60

拖入一个路径组件，该路径用来绘制引脚的标识。参考路径配置文档，设置位置为：X=0, Y=0，设置路径的配置项如下：

M 20 0
v -20
M 40 20
h 20
m -20 20
h 20

此外，再拖入一个路径组件，该路径组件用来绘制滤波器的图标。设置位置为：X=0, Y=0，设置线条宽度为 1px，设置路径的配置项如下：

M 20 25
a 15 15 180 1 1 0 30
a 15 15 180 1 1 0 -30
m 0 2 v 3
m -5 0 h 10
m -10 2 h 10
m -5 0 v 3 h -6 v 2
a 1.5 1.5 180 1 0 0 3
v 0.1
a 1.5 1.5 180 1 0 0 3
v 0.1
a 1.5 1.5 180 1 0 0 3
v 2 h 6 v 2
m 0 -15.2 h 6 v 2
l 0.8 0.8 l -1.6 1.6 l 1.6 1.6 l -1.6 1.6 l 1.6 1.6 l -0.8 0.8
v 3.2 h -6

此时图标绘制区如下图所示：

拖入一个文本组件，用来放在图中作为滤波器标识。设置位置为：X=0, Y=5，设置文本为 Filter。

拖入第二个和第三个文本组件，用来作为有功量测 P 和无功功率 Q 引脚的标识。这两个文本组件的参数设置如下表：

设置位置为：X=20, Y=10，设置文本为 P，设置其它参数如下表。

配置项	P	Q
X	20	20
Y	10	30
文本	P	Q
字体大小	8	8
文本对齐	左对齐	左对齐
横向基础偏移	0.5em	0.5em
纵向基础偏移	-0.6em	-0.6em

然后，再拖入三个引脚组件，参考绑定引脚相关文档所述方法，将三个引脚绑定到引脚列表中的三个引脚，并放置在对应的位置上。

最终，绘图区中，元件图标的示意图如下：

采用图标检查所述方法，打开图形预览，可以看到该图形满足绘图规范：

实现标签页配置

在实现标签页中，分别拖入一个电感、电阻、电容元件以及一个接地点元件，配置参数如下：

参数	电感	参数	电阻	参数	电容
Dimension	Three Phase	Dimension	Three Phase	Dimension	Three Phase
Inductance	`$L`	Resistance	`$R`	Capacitance	`$C`
Branch Current		Branch Current		Branch Current	`#Ic`

注意，配置 RLC 参数时，请参考“表达式”模式相关文档所述内容，将参数列表中的 R、L、C 参数输入到这三个元件中。

再按在模型实现中添加引脚并绑定文档所述内容，添加 3 个模块端口元件到图纸中，分别绑定 ele、P、Q 三个引脚。

按虚拟引脚调用相关说明，将 2 个虚拟引脚端口添加到图纸中，分别绑定 Vmeasure, Imeasure 引脚。

参考量测相关文档，在模型库的量测标签下，找到并添加电压表(model/CloudPSS/_NewVoltageMeter)元件，设定量测电压信号名为 #V，Dimension参数为 Three Phase；同样在模型库的量测标签下，找到并添加三相功率量测(model/CloudPSS/_newPowerMeter_3p)元件，设定 Three Phase Voltage 引脚赋值为 #V, Three Phase Current 引脚赋值为 #Ic。

最后，按下图所示配置各个元件的连接关系：

总览标签页配置以及保存

在总览标签页中配置好模块的名称为“三相交流滤波器封装演示”，并设置元件标签为模块封装演示。这里的名称和元件标签均可以自行修改，其作用参考元件标签相关文档。此外，还可以按需求编写描述以及元件文档。

进一步，点击工具栏中的保存或另存为按钮，在弹出的保存选项配置窗口中配置元件资源 ID，这里填入与其它元件不同的唯一标识符，例如样例中填入 myRLCFilter。

总览标签页的设置如下：

点击保存按钮，即可保存该模块。此后，就可以在其它项目中，从模型库中调用这个封装好的模块，如下图所示。

将一个 SimStudio 模型项目封装为模块

案例 2 以 CloudPSS 提供的光伏系统模板案例为例，介绍如何将现有项目封装为模块。

拟定封装的模块需要实现以下功能：

可自定义光伏电厂的并联台数和额定电压，通过单机模型倍乘的方法实现。
可通过引脚输入光照和温度条件。
可通过参数修改电流环的 PI 控制环节参数。
可通过虚拟引脚量测光伏并网点的有功、无功功率。

首先，新建一个光伏平均化模型，如下图所示。

总览标签页配置

进入总览标签页，将模型类型改为元件，并设置一个元件标签。这里将元件标签设置为模块封装演示。

此外，可按需求更改模块名称，本案例中保持不变。

设置后，总览标签页的配置如下图：

接口标签页配置

进入接口标签页。这里的模板项目已经具有名为光伏环境条件的参数组，用于设置光照和温度的变化频率。由于我们需要从引脚直接输入光照和温度系数，因此这里可直接删除该参数组。此外，按参数列表相关文档所述的方法，在控制信息的参数组下，分别按下表添加三个参数：

配置项	Ki	Ti	Ilim
键	Ki	Ti	Ilim
名称	电流环比例系数	电流环积分时间常数	电流环限幅
详细描述	VSC 控制中，电流内环 PI 环节的比例系数	VSC 控制中，电流内环 PI 环节的积分时间常数	VSC 控制中，电流内环 PI 环节的限幅
条件	true	true	true
类型	实数	实数	实数
输入类型	常量	常量	常量
默认值	5	0.4	0.15
最小值	0	0	0
最大值
区间	[闭区间]	[闭区间]	(左开区间]
单位		s	p.u.

新建名为基本设置的参数组，分别按下表添加2个参数：

配置项	并联数量	额定电压
键	num	Vpcc
名称	并联数量	额定电压
详细描述	并联光伏发电设备数量	额定交流端口相电压幅值
条件	true	true
类型	实数	实数
输入类型	常量	常量
默认值	1	0.35
最小值	0	0
最大值
区间	(左开区间]	(左开区间]
单位		kV

新建名为量测的参数组，分别按下表建立2个虚拟引脚参数：

配置项	有功量测	无功量测
键	Pmeasure	Qmeasure
名称	有功量测	无功量测
详细描述	虚拟引脚，量测光伏端口有功功率。	虚拟引脚，量测光伏端口无功功率。
条件	true	true
类型	虚拟引脚	虚拟引脚
输入类型	常量	常量
默认值
数据X维数	1	1
数据Y维数	1	1
数据类型	实数	实数
连接类型	输出	输出

按引脚列表相关文档所属的方法，建立三个引脚，引脚配置如下

配置项	三相电气端口	光照条件	温度条件
键	pcc	Gctrl	Tctrl
名称	三相电气端口	光照条件	温度条件
详细描述	光伏的三相电气端口	交流滤波器的有功量测	交流滤波器的无功量测
可见	true	false	false
条件	true	true	true
数据X维数	3	1	1
数据Y维数	1	1	1
数据类型	实数	实数	实数
连接类型	电气	输入	输入

注意这里的光照条件和温度条件的可见设定为 false，即不会在图标中显示。

参数和引脚列表总览如下：

下面绘制该模块的图标。

在图标绘制工作区中，拖入一个矩形，设置大小和位置为：X=0, Y=0, 宽度=60, 高度=60

拖入一个路径组件，该路径用来绘制引脚的标识。参考路径配置文档，设置位置为：X=0, Y=0，设置路径的配置项如下：

M 0 30
h -20

拖入第二个路径组件，该路径用来绘制光伏的标识图案，设置大小和位置为：X=0, Y=0，设置线条宽度为 1px，设置路径的配置项如下：

M 12 30
a 1.5 1.5 0 0 0 0 3
a 1.5 1.5 0 0 0 0 -3
m 0 -3.5 q 1,3 4.35,2.5
q -2,2.5 0,5
q -3.35,-0.5 -4.35,2.5
q -1,-3 -4.35,-2.5
q 2,-2.5 0,-5
q 3.35,0.5 4.35,-2.5
z

M 24.5 30 l -10 20 h 25 l 10 -20 z
m 5 0 l -10 20
m 15 -20 l -10 20
m 15 -20 l -10 20
m 15 -20 l -10 20
m -17.5 -5 h 25
m -22.5 -5 h 25
m -22.5 -5 h 25

这段代码共绘制了一个圆圈、6 段贝塞尔曲线和 11 条直线。

到现在，得到的图标样式如下图所示：

拖入一个文本组件，用来放在图中作为光伏的文字标识。设置大小和位置为：X=60，Y=30，宽度=60，高度=30，设置文本为 PV Station。

然后，再拖入一个引脚组件，参考绑定引脚相关文档所述方法，将引脚图标组件绑定到引脚列表中的 pcc 引脚上，并放置在对应的位置。

注意，由于引脚 Tctrl 和 Gctrl 引脚设定的可见性为 false，故不需要在绘图区配置这两个引脚。

最终，绘图区中，元件图标的示意图如下：

采用图标检查所述方法，打开图形预览，可以看到该图形满足绘图规范：

实现标签页配置

在封装模块的过程中，需要在实现标签页中完成的基础工作主要是绑定引脚即可。

然而在本案例中则针对前面提到的需求，需要分别完成以下工作：

通过单机模型倍乘的方法实现自定义光伏并联数量及额定电压功能。
将电流环的 PI 控制环节参数与参数列表中的对应参数绑定。
配置虚拟引脚，量测光伏并网点的有功、无功功率。

下面分别展开介绍。

(1) 绑定引脚

本模块共有 3 个引脚，即 pcc 电气引脚、Gctrl 和 Tctrl 控制输入引脚。

首先绑定电气引脚，这里按在模型实现中添加引脚并绑定文档所述内容，添加 1 个模块端口元件到图纸中，绑定 pcc 引脚。

在拓扑中，光伏器件将通过该引脚与外部电气系统相连，因此该模块端口元件将代替目前的电压源位置。可以删除电压源，并将模块端口接在并网点上，如下图所示：

此外，在原模板项目的光伏电池设定图纸中，已有产生光照和温度信号的相关控制环节，这里可以将其删除或关闭启用，并按在模型实现中添加引脚并绑定文档所述内容，添加2个模块端口元件到图纸中，分别绑定 Gctrl 和 Tctrl 引脚，如下图所示：

(2) 通过单机模型倍乘的方法实现自定义光伏并联数量及额定电压功能

由于这里采用的是平均化模型，整个光伏系统可以被分为VSC交流测的电气部分、VSC平均化模型受控源计算、VSC直流侧电气部分、VSC控制系统四个部分，如下图所示。

实现倍乘模型时，最好使修改的内容尽可能少，这样能减少失误以及调试的时间。因此，在这里只让电气部分进行倍乘处理，将输送给控制系统的量测量反向倍乘，转化为原始模板中的单机系统量测值。

倍乘后的系统结构如下图所示。

可见，图中只将 VSC 交流测的电气部分进行了倍乘处理，同时将量测的电压电流进行倍乘输送给平均化模型受控源计算以及 VSC 控制系统模块。处理量测的电压时，应除以接入点额定电压、乘以原模型的单机额定电压，即 $V_{single}=\frac{V_0}{\$V_{pcc}}V_{measure}=\frac{0.35kV}{\$V_{pcc}}V_{measure}$ ；处理量测的电流时，应除以并联光伏设备台数 $num，即 $I_{single}=\frac{I_{measure}}{\$num}$ 。

具体来说，在实现标签页中，首先将 #Ea_avm、#Eb_avm、#Ec_avm、#Va_vsc、#Vb_vsc、#Vc_vsc、#Ia_avm、#Ib_avm、#Ic_avm、#Ia_vsc、#Ib_vsc、#Ic_vsc 这些量测信号分别改为 #Ea_avm_raw、#Eb_avm_raw、#Ec_avm_raw、#Va_vsc_raw、#Vb_vsc_raw、#Vc_vsc_raw、#Ia_avm_raw、#Ib_avm_raw、#Ic_avm_raw、#Ia_vsc_raw、#Ib_vsc_raw、#Ic_vsc_raw，将三个受控电压源的控制信号 Va_ctrl、Vb_ctrl、Vc_ctrl分别改为 Va_ctrl_mult、Vb_ctrl_mult、Vc_ctrl_mult。

然后，从模型库中的控制-线性传递函数标签下找到增益(model/CloudPSS/_newGain)元件，将 6 个该元件添加至图纸中。选中这 6 个增益元件，使用“表达式”模式统一设置增益参数 Gain Constant为 0.35/$Vpcc（原模型的额定电压为 0.35kV），并分别配置引脚为 #Ea_avm_raw → #Ea_avm, #Eb_avm_raw → #Eb_avm, #Ec_avm_raw → #Ec_avm, #Va_vsc_raw → #Va_vsc, #Vb_vsc_raw → #Vb_vsc, #Vc_vsc_raw → #Vc_vsc。

另外将 6 个增益元件添加至图纸中。选中这 6 个增益元件，使用“表达式”模式统一设置增益参数Gain Constant为 1/$num，并分别配置引脚为 #Ia_avm_raw → #Ia_avm, #Ib_avm_raw → #Ib_avm, #Ic_avm_raw → #Ic_avm, #Ia_vsc_raw → #Ia_vsc, #Ib_vsc_raw → #Ib_vsc, #Ic_vsc_raw → #Ic_vsc。

在处理受控电压源的电压信号 Va_ctrl, Vb_ctrl, Vc_ctrl 时，应当乘以乘以接入点额定电压、除以原模型的单机额定电压，即 $V_{ctrl}=\frac{\$V_{pcc}}{V_0}V_{ctrl-single}$ 。

因此，另外将 3 个增益元件添加至图纸中。选中这 3 个增益元件，使用“表达式”模式统一设置增益参数 Gain Constant 为 $Vpcc/0.35，并分别配置引脚为 Va_ctrl_mult → Va_ctrl, Vb_ctrl_mult → Vb_ctrl, Vc_ctrl_mult → Vc_ctrl。

此外，对于电气部分（电感、电阻、电容等），需要进行倍乘处理。即修改电阻和电感为原来的 $\frac{(\$Vpcc/0.35)^2}{\$num}$ 倍，修改电容为原来的 $\frac{\$num}{(\$Vpcc/0.35)^2}$ 倍。

最终，VSC交流测的电气部分部分如下图所示（图中为 Vpcc=0.7kV, num=10 的情形。）：

(3) 将电流环的PI控制环节参数与参数列表中的对应参数绑定。

在参数列表中，定义了三个电流环相关参数：Ki, Ti, Ilim。现在需要将拓扑中电流环的相关元件参数绑定为这三个全局参数。

在平均化模型图纸中，找到电流环相关的两个PI环节，使用 “表达式”模式将 Proportional Gain 参数改为$Ki，将 Integral Time Constant 参数改为 $Ti，将 Maximum Limit 参数改为 $Ilim，将 Minimum Limit 参数改为 -$Ilim，如下图所示：

此外，还可以将 PI 环节之后的限幅环节也同样设置 Upper Limit和Lower Limit 参数，如下图所示：

(4) 配置虚拟引脚，量测光伏并网点的有功、无功功率。

在参数列表中，定义了两个虚拟引脚用于输出光伏的有功、无功。对应地，需要在实现标签页中完成这部分逻辑实现。

在模型库的控制-基础标签下，找到并添加多路信号合并(model/CloudPSS/_ChannelMerge)元件，用于合并三相电压量测信号和三相电流量测信号。

在模型库的量测标签下，找到并添加三相功率量测(model/CloudPSS/_newPowerMeter_3p)元件。

按虚拟引脚调用相关说明，将 2 个虚拟引脚端口添加到图纸中，分别绑定 Pmeasure, Qmeasure 虚拟引脚。

最后，按下图所示方案配置多路信号合并、三相功率量测和虚拟引脚端口元件的引脚连接关系：

保存

点击工具栏中的保存或另存为按钮，在弹出的保存选项配置窗口中配置元件资源 ID，这里填入与其它元件不同的唯一标识符，例如该样例中填入 myPVmodel。

点击保存按钮，即可保存该模块。此后，就可以在其它项目中，从模型库中调用这个封装好的模块，如下图所示。

模块的单元测试是指，直接在模块内部搭建测试系统用于在开发时测试元件/模块的正确性，而不用在另一个项目中调用该封装模型进行测试。

在创建模块时，配置模块的单元测试实现具有以下好处：

可在开发时直接模块是否正常工作。
可测试在不同的参数下模块的正确性。
便于日后的调试和维护。

模块的单元测试方法具体来说分为下面几个步骤：(1)在接口标签页中添加 UnitTest 参数；(2)在实现标签页中搭建测试回路；(3)在运行标签页中设置参数，运行仿真测试。

下面以案例 2 封装的光伏模块为例，逐一介绍封装模块后的单元测试步骤。

(1)在接口标签页中添加UnitTest参数

进入接口标签页，按参数列表相关文档所述的方法，添加一个名为单元测试的参数组，在参数组下建立一个布尔参数UnitTest，如下图所示进行配置。

该布尔参数的选项可以不进行配置，或者如下图所示进行配置：

(2)在实现标签页中搭建测试回路

这里构建一个外接电压源的简单测试回路。

进入实现标签页，从模型库的电气-三相交流元件中找到三相交流电压源(model/CloudPSS/_newACVoltageSource_3p)元件，添加到拓扑中，连接在风机的 pcc 端口处。使用 “表达式”模式将该电压源的启用属性改为 $UnitTest，并对应配置该电压源的其它参数，如下图所示。

可见，在默认的 $UnitTest=0 的状态下，该电压源不启用，即正常作为模块调用时，该电压源在仿真计算中被注释掉了。

此外，可以添加一些输出通道，用于输出单元测试的结果。这里输出该电压源的三相交流电流，将电压源的 Monitoring 参数组下的 3 Phase Source Current Vector [kA] 参数设为#I_test；从模型库的输出标签下添加输出通道元件至图纸，设置维数为 3，设置启用属性改为 $UnitTest，并配置好通道名称和引脚名，如下图所示：