本實用新型涉及電力系統(tǒng)中區(qū)域電網(wǎng)與各類電源間的實時仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

面對化石能源日益枯竭、環(huán)境污染、氣候變化等人類共同的難題，大力開發(fā)利用風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源，提升傳統(tǒng)能源利用效率，已成為世界各國的基本共識和應(yīng)對策略。作為國際化旅游城市，海南省對節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)有著更高的要求。截至2015年底，海南省風(fēng)電總裝機(jī)容量已達(dá)到31.1萬千瓦，占總裝機(jī)容量的5.3％?！笆濉逼陂g，海南電網(wǎng)公司將投入250億元加速海南電網(wǎng)建設(shè)，同時加快解決新能源、可再生能源、分布式綜合供能系統(tǒng)有效接入電網(wǎng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策問題，重點推動海上風(fēng)電開發(fā)利用，預(yù)計到“十二五”末海南電網(wǎng)清潔能源發(fā)電裝機(jī)比例將達(dá)50％以上。

目前，海南省已建有華能文昌風(fēng)電場、東方感城風(fēng)電場、東方風(fēng)電場、儋州峨蔓風(fēng)電場、中海油四更風(fēng)電場等5個風(fēng)電項目，海上風(fēng)電預(yù)計可開發(fā)裝機(jī)約500萬千瓦。在太陽能發(fā)電方面，目前海南省已建有臨高縣20MW光伏并網(wǎng)示范工程，東方廣壩50MW太陽能發(fā)電項目等多個大型光伏電站，臨高縣20MW光伏并網(wǎng)示范工程和東方廣壩50MW太陽能發(fā)電項目均已經(jīng)建成并網(wǎng)因此，風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電作為海南省目前主要的新能源發(fā)電型式，具有廣闊的發(fā)展前景。

然而，以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為代表的新能源電力具有隨機(jī)波動性、不確定性以及反調(diào)峰特性，而且這些特性隨季節(jié)、氣候、局部氣象/地理條件等因素的變化而不同。特別是海南以旅游業(yè)為主，沒有大型工業(yè)，負(fù)荷主要以居民用電負(fù)荷為主，這種負(fù)荷特性與風(fēng)電的出力特性間的不一致性，即反調(diào)峰特性更為突出。同時，頻率穩(wěn)定問題是困擾海南電網(wǎng)運(yùn)行的一個問題。而且海南受地理位置影響，易遭受颶風(fēng)等極端天氣的侵襲，這極易造成風(fēng)電、光電等新能源電源的出力驟變，加劇頻率穩(wěn)定問題。因此，新能源電力規(guī)?；⒕W(wǎng)將對海南電網(wǎng)的運(yùn)行控制提出了新的挑戰(zhàn)。

目前，國內(nèi)外已有很多針對新能源特性和電力系統(tǒng)分析控制方法的理論研究。但是，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真平臺僅考慮電網(wǎng)的電磁暫態(tài)特性，尚沒有能夠統(tǒng)一考慮各種電源控制響應(yīng)特性的全動力過程仿真平臺，因此對于電網(wǎng)中新能源的接入量對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響很難給出切合實際的定量化分析結(jié)論。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)，以至少解決相關(guān)技術(shù)中的電力系統(tǒng)仿真平臺無法有效模擬各類電網(wǎng)及各類發(fā)電機(jī)組故障的問題。

根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)，包括：源側(cè)仿真機(jī)集群、協(xié)調(diào)服務(wù)器、網(wǎng)側(cè)實時數(shù)字仿真儀RTDS系統(tǒng)、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)EMS、自動發(fā)電控制AGC調(diào)度系統(tǒng)，其中，

所述源側(cè)仿真機(jī)集群中的每個源側(cè)仿真機(jī)分別與所述協(xié)調(diào)服務(wù)器連接；所述協(xié)調(diào)服務(wù)器與所述網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)連接；所述網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)分別與所述EMS和所述AGC調(diào)度系統(tǒng)連接；所述EMS與所述AGC調(diào)度系統(tǒng)建立通訊連接。

可選地，所述源側(cè)仿真機(jī)集群包括以下至少之一：

一個或多個風(fēng)電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個火電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個水電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個核電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個光伏發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)。

可選地，所述風(fēng)電機(jī)組仿真機(jī)包括：風(fēng)模型模塊、風(fēng)力機(jī)模型模塊、傳動鏈模型模塊、發(fā)電機(jī)模型模塊、變流器模型模塊。

可選地，所述火電機(jī)組仿真機(jī)包括：機(jī)組動態(tài)模型模塊和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其中，

所述機(jī)組動態(tài)模型模塊包括：鍋爐動態(tài)單元、汽輪機(jī)動態(tài)單元、發(fā)電機(jī)動態(tài)單元；

所述協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括：鍋爐主控模塊、汽機(jī)主控模塊、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制DEH模塊、頻差校正模塊。

可選地，所述水電機(jī)組仿真機(jī)包括：AGC模塊、電子調(diào)節(jié)器模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊、引水和泄水模塊、水輪發(fā)電機(jī)組模塊和測量模塊。

可選地，所述核電機(jī)組仿真機(jī)包括：中子動態(tài)模型模塊、堆芯燃料及冷卻劑溫度模型模塊、一回路冷卻劑管道模型模塊、蒸汽發(fā)生器模型模塊、冷卻劑泵模型模塊、反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模型模塊、汽輪機(jī)模型模塊、汽機(jī)調(diào)速器模型模塊。

可選地，所述光伏發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)包括：光伏電池組模型模塊、直流-直流DC-DC模塊、直流-交流DC-AC模塊、濾波升壓模塊、逆變器控制模塊和最大功率跟蹤MPPT模塊。

可選地，所述網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)通過GTFPGA接口卡與所述協(xié)調(diào)服務(wù)器連接。

可選地，所述網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)通過GTNET接口卡與所述EMS和所述AGC調(diào)度系統(tǒng)連接。

通過本實用新型，采用由源側(cè)仿真機(jī)集群、協(xié)調(diào)服務(wù)器、網(wǎng)側(cè)實時數(shù)字仿真儀RTDS系統(tǒng)、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)EMS、自動發(fā)電控制AGC調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成的源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)，一方面通過源側(cè)仿真機(jī)集群實現(xiàn)了各類發(fā)電機(jī)組的仿真，另一方面結(jié)合網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)實現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)仿真。通過源網(wǎng)聯(lián)合仿真，解決了相關(guān)技術(shù)中的電力系統(tǒng)仿真平臺無法有效模擬各類電網(wǎng)及各類發(fā)電機(jī)組故障的問題，可以實現(xiàn)源、網(wǎng)、多級調(diào)度中心之間的全景式聯(lián)合仿真，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)后電網(wǎng)調(diào)度新機(jī)制的研究提供了條件。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是根據(jù)本實用新型實施例的火電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型實施例的水電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本實用新型實施例的核電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本實用新型實施例的光伏發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下文中將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本實用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本實施例中提供了一種源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)。圖1是根據(jù)本實用新型實施例的源網(wǎng)聯(lián)合實時仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，該系統(tǒng)包括：源側(cè)仿真機(jī)集群1、協(xié)調(diào)服務(wù)器2、網(wǎng)側(cè)實時數(shù)字仿真儀RTDS系統(tǒng)3、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)EMS 4、自動發(fā)電控制AGC調(diào)度系統(tǒng)5，其中，

源側(cè)仿真機(jī)集群1中的每個源側(cè)仿真機(jī)分別與協(xié)調(diào)服務(wù)器2連接；協(xié)調(diào)服務(wù)器2與網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)3連接；網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)3分別與EMS 4和AGC調(diào)度系統(tǒng)5連接；EMS 4與AGC調(diào)度系統(tǒng)5建立通訊連接。

上述系統(tǒng)利用源側(cè)仿真機(jī)集群1的火電、風(fēng)電、抽水蓄能等源側(cè)仿真機(jī)可以模擬實際機(jī)組的動態(tài)特性，網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)3提供實際電網(wǎng)的建模和仿真平臺，EMS 4和自動發(fā)電控制AGC調(diào)度系統(tǒng)5可以模擬多級調(diào)度中心。通過上述系統(tǒng)可以實現(xiàn)源、網(wǎng)、多級調(diào)度中心之間的全景式聯(lián)合仿真，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)后電網(wǎng)調(diào)度新機(jī)制的研究提供條件。

RTDS系統(tǒng)具有高度并行計算能力、可擴(kuò)展性和多種數(shù)據(jù)接口使其在大電網(wǎng)運(yùn)行分析和閉環(huán)測試實驗等方面具有前景，但由于模型差異、規(guī)模限制等因素，RTDS仿真模型一般來說是針對實際系統(tǒng)按照一定規(guī)則簡化之后的等值系統(tǒng)。因此，可以結(jié)合現(xiàn)有RTDS硬件資源，首先在考慮保留電網(wǎng)動態(tài)特性的前提下，確定電網(wǎng)的保留區(qū)域及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，進(jìn)行網(wǎng)架部分的等值，外網(wǎng)部分則以無窮大電源的形式接入。然后再在RTDS仿真平臺上進(jìn)行實際電網(wǎng)等值系統(tǒng)的建模仿真，并通過修改參數(shù)、元件選型等操作，建立上述的網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)3，保證RTDS的仿真輸出與實際電網(wǎng)保持一致。

EMS 4和AGC調(diào)度系統(tǒng)5在本實施例中作為模擬控制中心，接收來自網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)3的實時仿真數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)RTDS仿真數(shù)據(jù)的分廠站接收和存儲，可以在EMS 4上搭建實際電網(wǎng)等值系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型，包含搭建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備元件參數(shù)的錄入、廠站數(shù)據(jù)通道參數(shù)的設(shè)置等，并執(zhí)行后續(xù)EMS計算模型的調(diào)整和驗證，從而結(jié)合高級應(yīng)用軟件，為調(diào)度員做出正確的決策提供保障。

可選地，源側(cè)仿真機(jī)集群1包括但不限于以下至少之一：一個或多個風(fēng)電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個火電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個水電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個核電機(jī)組仿真機(jī)、一個或多個光伏發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)。

可選地，風(fēng)電機(jī)組仿真機(jī)包括：風(fēng)模型模塊、風(fēng)力機(jī)模型模塊、傳動鏈模型模塊、發(fā)電機(jī)模型模塊、變流器模型模塊。

例如，風(fēng)電機(jī)組仿真采用分布式仿真機(jī)機(jī)群設(shè)計。在風(fēng)力發(fā)電場中核心對象為風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組中根據(jù)功能不同分為以下模型：風(fēng)模型、風(fēng)力機(jī)模型、傳動鏈模型、發(fā)電機(jī)模型、變流器模塊；除主要模塊之外，還可以有各種輔助模塊。

風(fēng)電機(jī)組以風(fēng)作為原動力，風(fēng)速直接決定了風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)特性。在該仿真系統(tǒng)中，為了較精確描述風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性的特點，仿真系統(tǒng)中用四種成分來模擬：基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。也可從風(fēng)電場SIS數(shù)據(jù)讀取接口數(shù)據(jù)，使風(fēng)電仿真機(jī)可以模擬實際的風(fēng)力變化。

圖2是根據(jù)本實用新型實施例的火電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，可選地，火電機(jī)組仿真機(jī)包括：機(jī)組動態(tài)模型模塊和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其中，機(jī)組動態(tài)模型模塊包括：鍋爐動態(tài)單元、汽輪機(jī)動態(tài)單元、發(fā)電機(jī)動態(tài)單元；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括：鍋爐主控模塊、汽機(jī)主控模塊、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制DEH模塊、頻差校正模塊。

火電機(jī)組仿真機(jī)上建立的火電機(jī)組仿真模型是基于簡化的非線性控制模型，實現(xiàn)機(jī)組的主要動態(tài)特性以及控制方案的模擬。與簡單調(diào)速器模塊相比，本實施例提供的火電機(jī)組仿真模型增加了機(jī)、爐動態(tài)特性，更能真實的反映機(jī)組的調(diào)節(jié)特性。仿真模型可以實現(xiàn)機(jī)組的正常運(yùn)行、以及快速甩負(fù)荷等工況的模擬。

圖3是根據(jù)本實用新型實施例的水電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，可選地，水電機(jī)組仿真機(jī)包括：AGC模塊、電子調(diào)節(jié)器模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊、引水和泄水模塊、水輪發(fā)電機(jī)組模塊和測量模塊。電子調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成水輪機(jī)調(diào)速器，電子調(diào)節(jié)器接收機(jī)組頻率、功率和AGC系統(tǒng)的負(fù)荷給定信號并在內(nèi)部實現(xiàn)頻率和功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定特性將電子調(diào)節(jié)器的輸出轉(zhuǎn)換成主接力器行程偏差，從而控制機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速。

圖4是根據(jù)本實用新型實施例的核電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，可選地，核電機(jī)組仿真機(jī)包括：中子動態(tài)模型模塊、堆芯燃料及冷卻劑溫度模型模塊、一回路平均溫度模型模塊、蒸汽發(fā)生器模型模塊、熱線溫度模型模塊、冷線溫度模型模塊、反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模型模塊、汽機(jī)模型模塊、汽機(jī)調(diào)速器模型模塊。

圖5是根據(jù)本實用新型實施例的光伏發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，可選地，光伏發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)包括：光伏電池組模型模塊、直流-直流DC-DC模塊、直流-交流DC-AC模塊、濾波升壓模塊、逆變器控制模塊和最大功率跟蹤MPPT模塊。光伏發(fā)電機(jī)組的輸入為光照強(qiáng)度和溫度，可以手動設(shè)置，也可以采用光伏電廠的實際數(shù)據(jù)作為輸入，使光伏仿真機(jī)可以模擬實際光照和溫度情況下的功率輸出變化。

光伏發(fā)電機(jī)組仿真模型涉及到變步長的問題。電力電子元件為小步長元件(步長2μs)，太陽能電池模型和三相交流電源都屬于大步長元件(步長50μs)，連接需要進(jìn)行步長變換。

RTDS提供多種數(shù)據(jù)接口，用于實現(xiàn)其與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。由于常規(guī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口通常通道數(shù)不足，精度不同，為實現(xiàn)RTDS與EMS之間基于以太網(wǎng)的系統(tǒng)級閉環(huán)，RTDS系統(tǒng)側(cè)數(shù)據(jù)輸入輸出通過RTDS/GTNET卡實現(xiàn)。

可選地，網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)通過GTFPGA接口卡與協(xié)調(diào)服務(wù)器連接。

可選地，網(wǎng)側(cè)RTDS系統(tǒng)通過GTNET接口卡與EMS和AGC調(diào)度系統(tǒng)連接。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。