大型風電機組實時運行控制聯(lián)合仿真平臺及其構(gòu)建方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及風力發(fā)電技術(shù)領域，具體地，設及一種大型風電機組實時運行控制聯(lián) 合仿真平臺及其構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 完整的風電整機運行控制模型包括氣動機械模型和電氣部分模型。常用電力系統(tǒng) 仿真軟件中采用的氣動機械模型不夠詳細。GHBladed是一款用于風機氣動和機械計算的 專業(yè)風機設計軟件，但是其電氣部分模型較為簡單，無法計及變流器動態(tài)，且電氣模型的可 拓展性較差。
[0003]RTDS仿真平臺，全稱為實時數(shù)字仿真儀巧ealTimeDigitalSimulator)，是一種 ?？谠O計用于研究電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)現(xiàn)象的裝置，比較適合建立精確、詳細的風電機組 電氣部分模型。
[0004] 目前尚少見考慮詳細風電機組模型的實時聯(lián)合仿真平臺，在Bladed中建立風電 機組機械部分和氣動部分模型，在RTDS中建立風電機組電氣部分的模型，通過PLC實現(xiàn)二 者之間的變量交互和通訊，從而建立基于RTDS與Bladed的風電機組實時運行控制聯(lián)合仿 真平臺，所建立的聯(lián)合仿真平臺可W充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，使得風機整機運行控制模型可 W實時運行，且更加詳細、完整。
[0005] 目前已有的聯(lián)合仿真方案采用Bladed與Matlab的聯(lián)合仿真，該方案采用命名管 道技術(shù)、Matl油E：ngine技術(shù)設計出交互軟件，使得GHBladed和Matl油能夠同步對風力 發(fā)電機進行仿真，進一步擴展了GHBladed的分析功能，方便了外部控制器的設計。（參見 劉興華，敬維，林威.GHBladed和Matl油的交互軟件設計及風力發(fā)電機的獨立變獎控制器 仿真研究，中國電機工程學報，2013,V0L33 (22) : 83-90)
[0006] 但上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點是提供的是非實時的聯(lián)合仿真平臺，無法對主控和變流器 控制器進行硬件在環(huán)驗證，另外其電氣模型仍然不是詳細模型，無法精確描述電磁暫態(tài)響 應，無法應用于新型拓撲結(jié)構(gòu)和復雜電網(wǎng)情況的模擬。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種大型風電機組實時運行控制聯(lián) 合仿真平臺及其構(gòu)建方法，可用于風機主控和變流器控制器的硬件在環(huán)測試，能應用于新 型拓撲結(jié)構(gòu)和復雜電網(wǎng)情況的模擬。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種大型風電機組實時運行控制聯(lián)合仿真平臺構(gòu)建 方法，所述方法為：在Bladed中建立風電機組機械部分和氣動部分模型，在RTDS(實時數(shù)字 仿真儀）中建立風電機組電氣部分的模型；RTDS是實時運行的，計算機性能足夠的條件下 Bladed內(nèi)置的硬件測試模塊（GHHardwareTest模塊）可W保證Bladed實時運行，Bladed 與RTDS之間通過化C(可編程邏輯控制器）進行變量交互和通訊，實現(xiàn)完整的閉環(huán)控制。
[0010] 優(yōu)選地，所述方法中，Bladed通過其計算機載體的w太網(wǎng)網(wǎng)口與化c的w太網(wǎng)組 件通過基于TCP^P的ADS協(xié)議進行通訊；PLC與RTDS通過各自的10板卡通過模擬電信號 進行通訊，實現(xiàn)了整個聯(lián)合仿真平臺數(shù)據(jù)的實時的雙向通訊。
[0011] 進一步的，所述方法中，通訊用數(shù)據(jù)流為；Bladet硬件測試模塊、化C、RTDS之間 依次為雙向流動。硬件測試模塊作為Bladed與PLC之間的硬件接口，可實現(xiàn)Bladed與化C 之間的數(shù)據(jù)交換；RTDS與PLC之間通過各自A0、AI互連，通過模擬電信號進行通訊。
[0012] 優(yōu)選地，所述方法中，閉環(huán)控制為；完整的傳動鏈的模型（包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子的運動 方程）建立在Bladed中，Bladed中的發(fā)電機實時轉(zhuǎn)速《g通過PLC傳遞給RTDS后，直接 作為RTDS中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速輸入；RTDS中發(fā)電機實時轉(zhuǎn)矩Tg通過通訊傳遞給Bladed，直接 作為Bladed中當前的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，從而形成完整的閉環(huán)控制。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種大型風電機組實時運行控制聯(lián)合仿真平臺，所 述平臺包括安裝有Bladed軟件的計算機、實時數(shù)字仿真儀（RID巧和可編程邏輯控制器 (PLC)，其中；
[0014] 所述安裝有Bladed軟件的計算機，用于在Bladed中建立風電機組機械部分和氣 動部分模型；所述Bladed軟件中自帶硬件測試模塊（GHHardwareTest模塊），硬件測試模 塊保證Bladed實時運行，并集成了多種通訊協(xié)議，是Bladed與其它設備數(shù)據(jù)交換的接口， 借助于細HardwareTest模塊，Bladed與PLC通訊并最終實現(xiàn)與RTDS通訊；
[0015]所述實時數(shù)字仿真儀（RTDS)，用于建立風電機組電氣部分的模型和變流器及變獎 控制模型，其配套的GTA0和GTAI板卡通過模擬電信號與PLC通訊并最終實現(xiàn)與RTDS通 訊；
[0016] 所述PLC用于通訊，將ADS協(xié)議傳過來的Bladed的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為化CA0卡上 經(jīng)過標定的模擬電信號，并將化CAI卡接收得到的標定的模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號；
[0017] 上述RTDS是實時運行的，計算機性能足夠的條件下Bladed內(nèi)置的硬件測試模塊 可W保證Bladed實時運行，Bladed與RTDS之間通過PLC進行實時的變量交互和通訊，實 現(xiàn)完整的閉環(huán)控制，且整個平臺是實時運行的。
[0018] 優(yōu)選地，所述安裝有Bladed軟件的計算機，其中Bladed軟件包括兩部分；
[0019] Bladed計算主模塊，其包括內(nèi)建的風速模型和氣動及機械部分模型，氣動及機械 部分模型包括風力機葉片、風力機氣動模型、傳動系統(tǒng)模型和塔架、機艙等機械部分模型；
[0020] Bladed自帶的GH化rdwareTest模塊，該模塊能夠調(diào)用計算機的W太網(wǎng)網(wǎng)口進行 通訊，計算機W太網(wǎng)網(wǎng)口與PLC的W太網(wǎng)網(wǎng)口之間通過網(wǎng)線和交換機互聯(lián)，并W基于TCP/ IP的TwincatADS協(xié)議的方式進行通信。
[0021] 進一步的，所述細HardwareTest模塊與PLC之間至少包含W下基本通訊變量： 獎距角給定0 *(從PLC到Bladed)、發(fā)電機實時轉(zhuǎn)矩Tg(從PLC到Bladed)、發(fā)電機實時轉(zhuǎn) 速《g(從Bladed到化C)、風速V,(從Bladed到化C)、輸出電功率P(從Bladed到化C)。 需要說明的是，W上變量是構(gòu)成聯(lián)合仿真平臺所需的基本變量，有特殊應用需要時可W增 加其他的通訊變量。
[0022]優(yōu)選的，所述Bladed內(nèi)部的基本的數(shù)據(jù)流向是；GH化rdwareTest模塊通信接 口從PLC接收到的獎距角指令0*傳遞給Bladed計算主模塊的風力機葉片，GHHardware Test模塊通信接口從PLC接收到的發(fā)電機實時轉(zhuǎn)矩Tg傳遞給Bladed計算主模塊中傳動系 統(tǒng)模型的發(fā)電機質(zhì)量塊，GHHardwareTest模塊接收來自Bladed計算主模塊的風速V,、輸 出電功率P和發(fā)電機實時轉(zhuǎn)速《S，接收到的數(shù)據(jù)信號通過ADS通訊協(xié)議傳至化C，由PLC將 數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號與RTDS通訊。
[0023] 進一步的，所述RTDS中包括S部分；
[0024] 電氣部分主電路，包括發(fā)電機、變流器及其保護電路、濾波器、變壓器、線路、電網(wǎng) 模型；該電氣部分主電路用于真實模擬風電機組的電氣部分，電氣部分主電路所關注節(jié)點 處的電流、電壓信號可供采集并傳給變流器及變獎控制模塊，同時主電路