風電場仿真機與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【技術領域】中的一種風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口,用于實時數(shù)字仿真器RTDS與風電廠仿真系統(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電廠仿真系統(tǒng)中的風電場詳細仿真模塊相連;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)仿真模塊采集風場接入點的瞬時電壓和風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)了風電場詳細仿真機與RTDS電網(wǎng)聯(lián)合仿真。
【專利說明】風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口
【技術領域】
[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【技術領域】,尤其涉及一種風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電在技術上日趨成熟,而風力發(fā)電成本不斷降低,在各種可再生能源利用中,風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]風電場并網(wǎng)運行是實現(xiàn)風能大規(guī)模利用的有效方式,然而風力的隨機性和間歇性以及機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裝置的誤操作。這將會增加電網(wǎng)調壓、運行調度等輔助服務負擔,造成電網(wǎng)運行成本的增加。在系統(tǒng)頻率方面,風電場的影響取決于風電場容量占系統(tǒng)總容量的比例。當風電場容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時,其輸出功率的隨機波動性對電網(wǎng)頻率的影響會比較顯著,增加電網(wǎng)調頻負擔,影響了電網(wǎng)的電能質量和一些頻率敏感負荷的正常工作。此外,風電機組容易受電網(wǎng)擾動而退出運行,當電網(wǎng)發(fā)生短路故障時,還將由于風電場退出運行而增加電網(wǎng)有功缺額,進而惡化電網(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)風電的長遠利益角度來講,提高風電場輸出功率的可控性是目前風力發(fā)電技術的重要發(fā)展方向。但風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,風電功率平抑需要一個過程,在這個過程中,風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行著中各種控制。目前,尚沒有一個合適的仿真工具能夠進行這樣的過程性的動力系統(tǒng)仿真。
[0005]風電廠仿真系統(tǒng)是面向連續(xù)工業(yè)過程仿真的集模塊設計、開發(fā)、組態(tài)、調試、實時運行、維護、修改、擴充、數(shù)據(jù)庫(模塊)管理、網(wǎng)絡通訊以及整個系統(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,可對風力發(fā)電中的風模塊、風力機模塊、傳動鏈模塊、發(fā)電機模塊、變流器模塊等主要模塊以及各種輔助模塊進行仿真。
[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均配有開關量和模擬量輸入輸出通道,這些通道可供RTDS和外部物理設備連接,實現(xiàn)物理和數(shù)字混合仿真,對控制設備和保護裝置進行測試。
[0007]為此,可以考慮在風電廠仿真系統(tǒng)中構建大規(guī)模風電場詳細仿真模型,用于仿真風電場工作情況,在實時數(shù)字仿真器RTDS上搭建等值后包含風電場的交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模型,用于仿真包含風電場交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)的工作情況,從而實現(xiàn)風電功率平抑的過程仿真。而這時,為了實現(xiàn)大規(guī)模風電場詳細仿真模型的數(shù)據(jù)與包含風電場的交直流系統(tǒng)的電網(wǎng)仿真模型的數(shù)據(jù)之間的交互,需要設計一種自定義接口。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的目的在于,提供一種風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口,將風電場詳細電源仿真與用RTDS進行電磁暫態(tài)仿真的電網(wǎng)相結合,形成風電場與RTDS電網(wǎng)聯(lián)合仿真系統(tǒng),為大規(guī)模風電并網(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)明提出的技術方案是,一種風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口,用于實時數(shù)字仿真器RTDS與風電廠仿真系統(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電廠仿真系統(tǒng)中的風電場詳細仿真模塊相連;
[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)送至風電場詳細仿真模塊;所述下行數(shù)據(jù)包括風場接入點開關狀態(tài)、風場接入點線電壓、風電場實際出力、AGC指令和同步信號;
[0011]所述風電場詳細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)包括風電場實時有功功率、風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)仿真模塊采集風場接入點的瞬時電壓和風場接入點的瞬時相角,再根據(jù)風場接入點的瞬時電壓、風場接入點的瞬時相角、風電場實時有功功率和風電場實時無功功率,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)明提供的風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口,可應用于源網(wǎng)聯(lián)合仿真及其與多級調度閉環(huán)控制系統(tǒng)中,將風電場詳細電源仿真與用RTDS進行電磁暫態(tài)仿真的電網(wǎng)相結合,實現(xiàn)風電場詳細仿真機與RTDS電網(wǎng)聯(lián)合仿真的同時,可以準確的反映并跟隨風電場詳細仿真機的功率變化;另外,本發(fā)明還可用于模擬大規(guī)模風電并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來的各種影響,為大規(guī)模風電并網(wǎng)過程的研究提供了實時仿真工具,為包含風電場的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是風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口結構示意圖;
[0015]圖2是大規(guī)模風電場仿真機與RTDS仿真器的接口實現(xiàn)方法流程圖;
[0016]圖3是RTDS電網(wǎng)仿真模型送給風電場詳細仿真模型的數(shù)據(jù)表;
[0017]圖4是風電場詳細仿真模型送給RTDS電網(wǎng)仿真模型的數(shù)據(jù)表;
[0018]圖5是蒙西電網(wǎng)為原型的風電場詳細仿真機與RTDS電網(wǎng)模塊聯(lián)合仿真系統(tǒng)啟動流程圖;
[0019]圖6是風電場自定義接口三相系統(tǒng)測試圖;
[0020]圖7是風電場自定義接口的實際出力數(shù)據(jù)表;
[0021]圖8是風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]下面結合附圖,對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調的是,下述說明僅僅是示例性的,而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。
[0023]實施例1
[0024]圖1是風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口結構示意圖。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電場詳細仿真模塊相連。
[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)送至風電場詳細仿真模塊。下行數(shù)據(jù)包括風場接入點開關狀態(tài)、風場接入點線電壓、風電場實際出力、AGC指令和同步信號。
[0026]風電場詳細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)包括風電場實時有功功率、風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)仿真模塊采集風場接入點的瞬時電壓和風場接入點的瞬時相角,再根據(jù)風場接入點的瞬時電壓、風場接入點的瞬時相角、風電場實時有功功率和風電場實時無功功率,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]基于上述結構,風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口的搭建過程是:
[0029]步驟1:在風電廠仿真系統(tǒng)中構建大規(guī)模風電場詳細仿真模塊。
[0030]風電場詳細仿真模塊是利用服務器機群來實現(xiàn)數(shù)百個風電機組的仿真,仿真對象包括風模塊、風力機模塊、傳動鏈模塊、發(fā)電機模塊、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)電機本體模塊、發(fā)電機調速器模塊、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)模塊、發(fā)電機電力系統(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)模風電場詳細仿真模塊與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)模風電場仿真機與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)模風電場詳細仿真模塊的實時變化的有功功率和無功功率轉換成瞬時電流值,接入RTDS實時仿真器。圖2是大規(guī)模風電場仿真機與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換成瞬時電流值的方法包括:
[0035]步驟Al:自定義接口接收風電場詳細仿真模塊發(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,設定初始采集時刻t。
[0038]子步驟A202:采集風電場接入點的當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,
【權利要求】
1.一種風電場仿真機與RTDS仿真器的自定義接口,用于實時數(shù)字仿真器RTDS與風電廠仿真系統(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電廠仿真系統(tǒng)中的風電場詳細仿真模塊相連; 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)送至風電場詳細仿真模塊;所述下行數(shù)據(jù)包括風場接入點開關狀態(tài)、風場接入點線電壓、風電場實際出力、AGC指令和同步信號; 所述風電場詳細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)包括風電場實時有功功率、風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)仿真模塊采集風場接入點的瞬時電壓和風場接入點的瞬時相角,再根據(jù)風場接入點的瞬時電壓、風場接入點的瞬時相角、風電場實時有功功率和風電場實時無功功率,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