風(fēng)電場仿真機(jī)與rtds仿真器的自定義接口的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)源網(wǎng)聯(lián)合仿真建模與運行控制【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口,用于實時數(shù)字仿真器RTDS與風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。該自定義接口分別與實時數(shù)字仿真器RTDS中的等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊和光纖通訊接口卡相連，光纖通訊接口卡與風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)中的風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊相連；自定義接口用于接收上行信號數(shù)據(jù)，并從等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊采集風(fēng)場接入點的瞬時電壓和風(fēng)場接入點的瞬時相角，再根據(jù)接收和采集的數(shù)據(jù)，計算得到瞬時電流并將所述瞬時電流發(fā)送至等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊。本發(fā)明實現(xiàn)了風(fēng)電場詳細(xì)仿真機(jī)與RTDS電網(wǎng)聯(lián)合仿真。
【專利說明】風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)源網(wǎng)聯(lián)合仿真建模與運行控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電在技術(shù)上日趨成熟，而風(fēng)力發(fā)電成本不斷降低，在各種可再生能源利用中，風(fēng)能具有很強的競爭力，成為電力系統(tǒng)增長速度最快的新能源。
[0003]風(fēng)電場并網(wǎng)運行是實現(xiàn)風(fēng)能大規(guī)模利用的有效方式，然而風(fēng)力的隨機(jī)性和間歇性以及機(jī)組運行時對無功的需求都會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行產(chǎn)生危害。風(fēng)電場對電壓的影響主要包括電壓波動，閃變以及波形畸變、電壓不平衡等。正常運行中，風(fēng)電場無功補償不足時，有功和無功潮流都有發(fā)生反向的可能性，逆潮流可能會引起繼電保護(hù)裝置的誤操作。這將會增加電網(wǎng)調(diào)壓、運行調(diào)度等輔助服務(wù)負(fù)擔(dān)，造成電網(wǎng)運行成本的增加。在系統(tǒng)頻率方面，風(fēng)電場的影響取決于風(fēng)電場容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋壤?。?dāng)風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時，其輸出功率的隨機(jī)波動性對電網(wǎng)頻率的影響會比較顯著，增加電網(wǎng)調(diào)頻負(fù)擔(dān)，影響了電網(wǎng)的電能質(zhì)量和一些頻率敏感負(fù)荷的正常工作。此外,風(fēng)電機(jī)組容易受電網(wǎng)擾動而退出運行，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，還將由于風(fēng)電場退出運行而增加電網(wǎng)有功缺額，進(jìn)而惡化電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
[0004]從電網(wǎng)運行的現(xiàn)實及大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的長遠(yuǎn)利益角度來講，提高風(fēng)電場輸出功率的可控性是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展方向。但風(fēng)電功率平抑控制是一個涉及各種電源與電網(wǎng)相互作用的動力系統(tǒng)問題，同時，風(fēng)電功率平抑需要一個過程，在這個過程中，風(fēng)電功率不斷變化的同時(包括穩(wěn)態(tài)、低電壓穿越、脫網(wǎng)等)，電網(wǎng)的控制中心也在不斷進(jìn)行著中各種控制。目前，尚沒有一個合適的仿真工具能夠進(jìn)行這樣的過程性的動力系統(tǒng)仿真。
[0005]風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)是面向連續(xù)工業(yè)過程仿真的集模塊設(shè)計、開發(fā)、組態(tài)、調(diào)試、實時運行、維護(hù)、修改、擴(kuò)充、數(shù)據(jù)庫(模塊)管理、網(wǎng)絡(luò)通訊以及整個系統(tǒng)運行和管理于一體的大型專業(yè)集群化的支撐系統(tǒng)軟件，可對風(fēng)力發(fā)電中的風(fēng)模塊、風(fēng)力機(jī)模塊、傳動鏈模塊、發(fā)電機(jī)模塊、變流器模塊等主要模塊以及各種輔助模塊進(jìn)行仿真。
[0006]RTDS (Real Time Digital Simulator,實時數(shù)字仿真器)是一種實時全數(shù)字電磁暫態(tài)電力系統(tǒng)模擬裝置，其提供了幾乎所有的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)元件模型、控制器模型、傳輸線模型、FACTS和HVDC裝置模型，每片DSP均配有開關(guān)量和模擬量輸入輸出通道，這些通道可供RTDS和外部物理設(shè)備連接，實現(xiàn)物理和數(shù)字混合仿真，對控制設(shè)備和保護(hù)裝置進(jìn)行測試。
[0007]為此，可以考慮在風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)中構(gòu)建大規(guī)模風(fēng)電場詳細(xì)仿真模型，用于仿真風(fēng)電場工作情況，在實時數(shù)字仿真器RTDS上搭建等值后包含風(fēng)電場的交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模型，用于仿真包含風(fēng)電場交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)的工作情況，從而實現(xiàn)風(fēng)電功率平抑的過程仿真。而這時，為了實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電場詳細(xì)仿真模型的數(shù)據(jù)與包含風(fēng)電場的交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模型的數(shù)據(jù)之間的交互，需要設(shè)計一種自定義接口。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口，將風(fēng)電場詳細(xì)電源仿真與用RTDS進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的電網(wǎng)相結(jié)合，形成風(fēng)電場與RTDS電網(wǎng)聯(lián)合仿真系統(tǒng)，為大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)過程的研究提供實時仿真工具。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口，用于實時數(shù)字仿真器RTDS與風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，其特征在于，所述自定義接口分別與實時數(shù)字仿真器RTDS中的等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊和光纖通訊接口卡相連，所述光纖通訊接口卡與風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)中的風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊相連；
[0010]所述等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊用于將下行數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口卡發(fā)送至風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊；所述下行數(shù)據(jù)包括風(fēng)場接入點開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)場接入點線電壓、風(fēng)電場實際出力、AGC指令和同步信號；
[0011]所述風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊用于接收下行數(shù)據(jù)，并根據(jù)下行數(shù)據(jù)仿真風(fēng)電場的工作狀態(tài)，從而生成上行數(shù)據(jù)，再將上行數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口卡發(fā)送至自定義接口 ；所述上行數(shù)據(jù)包括風(fēng)電場實時有功功率、風(fēng)電場實時無功功率和同步信號；
[0012]所述自定義接口用于接收上行數(shù)據(jù)，并在接收到上行數(shù)據(jù)后，從等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊采集風(fēng)場接入點的瞬時電壓和風(fēng)場接入點的瞬時相角，再根據(jù)風(fēng)場接入點的瞬時電壓、風(fēng)場接入點的瞬時相角、風(fēng)電場實時有功功率和風(fēng)電場實時無功功率，計算得到瞬時電流并將所述瞬時電流發(fā)送至等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊。
[0013]本發(fā)明提供的風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口，可應(yīng)用于源網(wǎng)聯(lián)合仿真及其與多級調(diào)度閉環(huán)控制系統(tǒng)中，將風(fēng)電場詳細(xì)電源仿真與用RTDS進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的電網(wǎng)相結(jié)合，實現(xiàn)風(fēng)電場詳細(xì)仿真機(jī)與RTDS電網(wǎng)聯(lián)合仿真的同時，可以準(zhǔn)確的反映并跟隨風(fēng)電場詳細(xì)仿真機(jī)的功率變化；另外，本發(fā)明還可用于模擬大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來的各種影響，為大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)過程的研究提供了實時仿真工具，為包含風(fēng)電場的AGC (自動發(fā)電控制)算法的研究提供條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是大規(guī)模風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的接口實現(xiàn)方法流程圖；
[0016]圖3是RTDS電網(wǎng)仿真模型送給風(fēng)電場詳細(xì)仿真模型的數(shù)據(jù)表；
[0017]圖4是風(fēng)電場詳細(xì)仿真模型送給RTDS電網(wǎng)仿真模型的數(shù)據(jù)表；
[0018]圖5是蒙西電網(wǎng)為原型的風(fēng)電場詳細(xì)仿真機(jī)與RTDS電網(wǎng)模塊聯(lián)合仿真系統(tǒng)啟動流程圖；
[0019]圖6是風(fēng)電場自定義接口三相系統(tǒng)測試圖；
[0020]圖7是風(fēng)電場自定義接口的實際出力數(shù)據(jù)表；
[0021]圖8是風(fēng)電場自定義接口的功率控制指令與實際出力對比表。
【具體實施方式】[0022]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0023]實施例1
[0024]圖1是風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的自定義接口分別與實時數(shù)字仿真器RTDS中的等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊和光纖通訊接口卡相連。其中，光纖通訊接口卡與風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊相連。
[0025]等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊用于將下行數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口卡發(fā)送至風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊。下行數(shù)據(jù)包括風(fēng)場接入點開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)場接入點線電壓、風(fēng)電場實際出力、AGC指令和同步信號。
[0026]風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊用于接收下行數(shù)據(jù)，并根據(jù)下行數(shù)據(jù)仿真風(fēng)電場的工作狀態(tài)，從而生成上行數(shù)據(jù)，再將上行數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口卡發(fā)送至自定義接口。上行數(shù)據(jù)包括風(fēng)電場實時有功功率、風(fēng)電場實時無功功率和同步信號。
[0027]自定義接口用于接收上行數(shù)據(jù)，并在接收到上行數(shù)據(jù)后，從等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊采集風(fēng)場接入點的瞬時電壓和風(fēng)場接入點的瞬時相角，再根據(jù)風(fēng)場接入點的瞬時電壓、風(fēng)場接入點的瞬時相角、風(fēng)電場實時有功功率和風(fēng)電場實時無功功率，計算得到瞬時電流并將所述瞬時電流發(fā)送至等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊。
[0028]基于上述結(jié)構(gòu)，風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口的搭建過程是:
[0029]步驟1:在風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)中構(gòu)建大規(guī)模風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊。
[0030]風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊是利用服務(wù)器機(jī)群來實現(xiàn)數(shù)百個風(fēng)電機(jī)組的仿真，仿真對象包括風(fēng)模塊、風(fēng)力機(jī)模塊、傳動鏈模塊、發(fā)電機(jī)模塊、變流器模塊等主要模塊以及各種輔助模塊。
[0031]步驟2:同時在實時數(shù)字仿真器RTDS上，搭建等值后的包含風(fēng)電場的交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模塊。
[0032]交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模型包括:發(fā)電機(jī)本體模塊、發(fā)電機(jī)調(diào)速器模塊、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)模塊、發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模塊，母線模塊、變壓器模塊、交流輸電線路模塊、直流系統(tǒng)模塊、負(fù)荷模塊，斷路器模塊以及所需運行控制模塊。
[0033]步驟3:根據(jù)大規(guī)模風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊與RTDS上的交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模塊接口的功能需求，確定大規(guī)模風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的接口實現(xiàn)方法。
[0034]在本發(fā)明中，需要將來自大規(guī)模風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊的實時變化的有功功率和無功功率轉(zhuǎn)換成瞬時電流值，接入RTDS實時仿真器。圖2是大規(guī)模風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的接口實現(xiàn)方法流程圖，如圖2所示，有功功率和無功功率轉(zhuǎn)換成瞬時電流值的方法包括:
[0035]步驟Al:自定義接口接收風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊發(fā)送的實時有功功率P和實時無功功率Q。
[0036]步驟A2:計算各相基波電壓的幅值Ui和相位齊，其又包括如下子步驟:
[0037]子步驟A201:令k=0，設(shè)定初始采集時刻t。
[0038]子步驟A202:采集風(fēng)電場接入點的當(dāng)前時刻各相電壓瞬時值Ui(t+kAt)及相角瞬時值 + O
[0039]其中，At為實時數(shù)字仿真器RTDS的仿真步長，也即采樣頻率。i=A、B和C，分別代表A相、B相和C相。
[0040]子步驟A203:如果k=N，則執(zhí)行子步驟A204 ;否則，令k=k+l，返回子步驟A202。其中，
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電場仿真機(jī)與RTDS仿真器的自定義接口，用于實時數(shù)字仿真器RTDS與風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，其特征在于，所述自定義接口分別與實時數(shù)字仿真器RTDS中的等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊和光纖通訊接口卡相連，所述光纖通訊接口卡與風(fēng)電廠仿真系統(tǒng)中的風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊相連； 所述等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊用于將下行數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口卡發(fā)送至風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊；所述下行數(shù)據(jù)包括風(fēng)場接入點開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)場接入點線電壓、風(fēng)電場實際出力、AGC指令和同步信號； 所述風(fēng)電場詳細(xì)仿真模塊用于接收下行數(shù)據(jù)，并根據(jù)下行數(shù)據(jù)仿真風(fēng)電場的工作狀態(tài)，從而生成上行數(shù)據(jù)，再將上行數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口卡發(fā)送至自定義接口 ；所述上行數(shù)據(jù)包括風(fēng)電場實時有功功率、風(fēng)電場實時無功功率和同步信號； 所述自定義接口用于接收上行數(shù)據(jù)，并在接收到上行數(shù)據(jù)后，從等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊采集風(fēng)場接入點的瞬時電壓和風(fēng)場接入點的瞬時相角，再根據(jù)風(fēng)場接入點的瞬時電壓、風(fēng)場接入點的瞬時相角、風(fēng)電場實時有功功率和風(fēng)電場實時無功功率，計算得到瞬時電流并將所述瞬時電流發(fā)送至等值后交直流系統(tǒng)電網(wǎng)仿真模塊。
【文檔編號】G05B17/02GK103777525SQ201410067060
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】張海波, 王莉莉, 王勝堯, 劉吉臻 申請人:華北電力大學(xué)