CN103715718A - 网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统源网联合仿真与运行控制技术领域中的一种网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统。包括电源侧仿真子系统、电网侧仿真子系统、规约转换模块和调度子系统；电源侧仿真子系统用于仿真各个机组的工作状态，并根据控制指令和调整参数调整仿真机组的工作状态；电网侧仿真子系统用于生成电网仿真数据，并将控制指令和调整参数转发至电源侧仿真子系统；规约转换模块用于实现数据转换；调度子系统用于生成控制指令并发送至电网侧仿真子系统。本发明可用于模拟大规模风电并网的联合仿真，能够更加真实的反映风电功率变化过程中的电网的频率变化情况，为能量管理系统、广域测量系统、分布式状态估计等在线分析研究提供实时数据源。

Description

网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统

技术领域

本发明属于电力系统源网联合仿真与运行控制技术领域，尤其涉及一种网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统。

背景技术

进入21世纪，我国电力建设速度加快，电力规模不断扩大，电网运行特性日趋复杂；大容量发电机组对电网安全稳定作用更加突出；人们对电能质量的要求越来越高。在这些新形势下，对电源与电网之间的协调性提出了更高要求。源网协调运行控制技术对促进电源与电网协调运行、保障电力系统安全稳定优质经济运行具有重要意义。

风电场并网运行是实现风能大规模利用的有效方式，随机波动的风电功率接入电网容易引起电网频率波动，进而增加电网调频、调压、运行调度等辅助服务负担，造成电网运行成本的增加。另外，当电力系统中接纳的风电机组容量超过一定比例时，风电功率波动将增加电网调频负担，并且当功率波动超出电力系统调峰能力范围时，还将进一步导致电力系统频率越限，严重威胁电力系统的安全运行。此外，风电机组容易受电网扰动而退出运行，当电网发生短路故障时，还将由于风电场退出运行而增加电网有功缺额，进而恶化电网的稳定性。从电网运行的现实及大规模开发风电的长远利益角度来讲，提高风电场输出功率的可控性是目前风力发电技术的重要发展方向。

但风电功率平抑控制是一个涉及各种电源与电网相互作用的动力系统问题，同时，风电功率平抑需要一个过程，在这个过程中，风电功率不断变化的同时（包括稳态、低电压穿越、脱网等），电网的控制中心也在不断进行着中各种控制。目前，尚没有一个合适的仿真工具能够进行这样的过程性的动力系统仿真。

本发明网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统，将包括火电、水电、风电等详细电源仿真与用RTDS进行电磁暂态仿真的电网相结合，形成源网联合仿真系统，并通过与模拟调度中心之间的一、二次系统联合仿真，可用于模拟大规模风电并网给电网带来的各种影响，同时通过建立源网联合仿真系统及其与多级调度控制中心之间的一、二次系统联合仿真，可以更加真实的反映风电功率变化过程中的电网的频率变化情况，由于考虑了AGC控制系统的调节过程，使风电接入的模拟仿真更加真实，为风电接入电网的研究提供了全新的研究手段。同时，该系统可以满足系统级闭环控制研究需要、还可以为能量管理系统EMS、广域测量系统WAMS、分布式状态估计等在线分析算法研究提供实时数据源。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统，在实验室模拟整个动力系统及多级调度中心，提供最真实的现场仿真运行环境，可为一些不便于现场实际测试的软件和算法提供测试平台，为风电接入研究提供新的仿真工具，同时还可以用于源网联合仿真培训。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统，包括电源侧仿真子系统、电网侧仿真子系统、规约转换模块和调度子系统，其特征是所述电源侧仿真子系统和电网侧仿真子系统相连；

所述电网侧仿真子系统与规约转换模块相连；

所述规约转换模块与调度子系统相连；

所述电源侧仿真子系统用于仿真各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场的工作状态，生成基础仿真数据并发送至电网侧仿真子系统；还用于接收电网侧仿真子系统转发的控制指令和调整参数，并根据控制指令和调整参数，调整仿真的各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场的工作状态；

所述电网侧仿真子系统用于接收基础仿真数据，并根据电网的拓扑结构及接收的基础仿真数据计算生成电网仿真数据和调整参数，然后将电网仿真数据发送至规约转换模块；还用于接收规约转换模块发送的控制指令，并将控制指令和调整参数转发至电源侧仿真子系统；

所述规约转换模块用于将电网侧仿真子系统生成的电网仿真数据转换为调度子系统可识别的数据；还用于将调度子系统生成的控制指令转换为电网侧仿真子系统可识别的控制指令；

所述调度子系统用于采集规约转换模块中经过转换的电网仿真数据，并根据经过转换的电网仿真数据生成控制指令，然后将控制指令发送至规约转换模块。

所述电源侧仿真子系统包括火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块、风电场仿真模块和源侧协调服务器；

所述火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块和风电场仿真模块分别与源侧协调服务器相连；

所述源侧协调服务器与电网侧仿真子系统相连；

所述火电机组仿真模块用于仿真各个火电机组的工作状态，生成各个火电机组的基础仿真数据，并将各个火电机组的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个火电机组的控制指令和各个火电机组的调整参数，并根据各个火电机组的控制指令和各个火电机组的调整参数，调整仿真的各个火电机组的工作状态；

所述各个火电机组的基础仿真数据包括各个火电机组的同步信号、各个火电机组的机械功率参考值、各个火电机组的励磁电压参考值和各个火电机组的出口开关指令；

所述各个火电机组的控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令和各个火电机组的自动发电控制指令；

所述各个火电机组的调整参数包括各个火电机组的实际有功出力、各个火电机组的机端开关状态、各个火电机组的机端线电压和各个火电机组的转速；

所述抽水蓄能水电机组仿真模块用于仿真各个抽水蓄能水电机组的工作状态，生成各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据，并将各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个抽水蓄能水电机组的调整参数，并根据各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个抽水蓄能水电机组的调整参数，调整仿真的抽水蓄能水电机组的工作状态；

所述各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据包括各个抽水蓄能水电机组的同步信号、各个抽水蓄能水电机组的机械功率参考值、各个抽水蓄能水电机组的励磁电压参考值和各个抽水蓄能水电机组的出口开关指令；

所述各个抽水蓄能水电机组的控制指令包括各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令和各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令；

所述各个抽水蓄能水电机组的调整参数包括各个抽水蓄能水电机组的实际有功出力、各个抽水蓄能水电机组的机端开关状态、各个抽水蓄能水电机组的机端线电压和各个抽水蓄能水电机组的转速；

所述风电场仿真模块用于仿真各个风电场的工作状态，生成各个风电场的基础仿真数据，并将各个风电场的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数，并根据各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数，调整仿真的风电场的工作状态；

所述各个风电场的基础仿真数据包括各个风电场的同步信号、各个风电场的有功功率指令、各个风电场的无功功率指令和各个风电场的接入开关指令；

所述各个风电场的控制指令包括各个风电场的自动发电控制指令；

所述各个风电场的调整参数包括各个风电场的接入开关状态、各个风电场的实际有功出力和各个风电场的接入点线电压；

所述源侧协调服务器用于协调火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块和风电场仿真模块与电网侧仿真子系统之间的通讯。

所述电网侧仿真子系统包括光纤通讯接口卡GTFPGA、火电机组仿真模块接口单元、抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元、风电场仿真模块接口单元、交直流电网仿真模块和以太网通讯接口卡GTNET；

所述光纤通讯接口卡GTFPGA与协调服务器通过光纤相连；

所述火电机组仿真模块接口单元、抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元和风电场仿真模块接口单元分别与光纤通讯接口卡GTFPGA和交直流电网仿真模块相连；

所述交直流电网仿真模块与以太网通讯接口卡GTNET和光纤通讯接口卡GTFPGA相连；

所述以太网通讯接口卡GTNET与规约转换模块通过以太网相连；

所述光纤通讯接口卡GTFPGA用于为仿真的各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场提供数据传输通道，包括接收各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据和各个风电场的基础仿真数据，以及发送各个火电机组的控制指令、各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的调整参数、各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数至源侧协调服务器；

所述火电机组仿真模块接口单元用于将各个火电机组的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块；

所述抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元用于将各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块；

所述风电场仿真模块接口单元用于将各个风电场的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块；

所述交直流电网仿真模块用于利用各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据和各个风电场的基础仿真数据，根据交直流电网拓扑结构计算获得电网仿真数据以及各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的调整参数和各个风电场的调整参数，并将电网仿真数据发送至以太网通讯接口卡GTNET；还用于接收各个火电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个风电场的控制指令，并将各个火电机组的控制指令、各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的调整参数、各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数发送至光纤通讯接口卡GTFPGA；

所述电网仿真数据包括各个火电机组的有功功率、各个火电机组的无功功率、各个火电机组的机端开关状态、各个抽水蓄能水电机组的有功功率、各个抽水蓄能水电机组的无功功率、各个抽水蓄能水电机组的机端开关状态、各个风电场的有功功率、各个风电场的无功功率、各个风电场的机端开关状态、母线电压、线路有功潮流、线路无功潮流、线路有功负荷和线路无功负荷；

所述以太网通讯接口卡GTNET用于将电网仿真数据发送至规约转换模块；还用于接收规约转化模块发送的经过转换的各个火电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个风电场的控制指令。

所述调度子系统包括数据采集与监视模块、自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块；

所述数据采集与监视模块与规约转换模块相连；

所述自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块分别与数据采集与监视模块相连；

所述数据采集与监视模块用于采集规约转换模块中经过转换的电网仿真数据并发送至自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块；还用于将自动电压控制指令和自动发电控制指令发送至规约转换模块；

所述自动电压控制模块用于根据经过转换的电网仿真数据生成自动电压控制指令，并发送至数据采集与监视模块；

所述自动发电控制模块用于根据经过转换的电网仿真数据生成自动发电控制指令，并发送至数据采集与监视模块；

所述自动电压控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令和各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令；

所述自动发电控制指令包括各个火电机组的自动发电控制指令、各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令和各个风电场的自动发电控制指令；

所述高级应用模块用于根据经过转换的电网仿真数据进行高级应用分析，包括网络拓扑分析、状态估计、静态安全分析、调度员潮流计算、无功/电压优化、安全约束调度、网损计算、短路电流计算和负荷预报。

所述调度子系统之间通过广域网模拟器相连。

本发明提出的网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统，可以更加真实的反映风电功率变化过程中的电网的频率变化情况，由于考虑了AGC控制系统的调节过程，使风电接入的模拟仿真更加真实，为风电接入电网的研究提供了全新的研究手段；同时，该系统可以满足源网协调，多级协调控制（厂站级、区域调度级、大区调度级）的系统级闭环控制研究需要、还可以为能量管理系统EMS、广域测量系统WAMS、分布式状态估计等在线分析算法研究提供实时数据源。

附图说明

图1是网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统结构示意图；

图2是蒙西电网为原型的网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统构建方法流程图；

图3是蒙西电网为原型的网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统源、网、调度交互数据示意图；

图4是火电、水电、风电场详细仿真机的初始出力及AGC指令表；

图5是增加库仑风电场的出力后火电、水电、风电场详细仿真机的出力及AGC指令表。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

图1是网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统结构示意图。如图1所示，本发明提供的网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统包括：电源侧仿真子系统、电网侧仿真子系统、规约转换模块和调度子系统。其中，电源侧仿真子系统和电网侧仿真子系统相连，电网侧仿真子系统与规约转换模块相连，规约转换模块与调度子系统相连。

电源侧仿真子系统用于仿真各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场的工作状态，生成基础仿真数据并发送至电网侧仿真子系统；还用于接收电网侧仿真子系统转发的控制指令和调整参数，并根据控制指令调整仿真的各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场的工作状态。

电网侧仿真子系统用于接收基础仿真数据，并根据电网拓扑结构及接收的基础仿真数据计算生成电网仿真数据和调整参数，然后将电网仿真数据发送至规约转换模块；还用于接收规约转换模块发送的控制指令，并将控制指令和调整参数转发至电源侧仿真子系统。

规约转换模块用于将电网侧仿真子系统生成的电网仿真数据转换为调度子系统可识别的数据；还用于将调度子系统生成的控制指令转换为电网侧仿真子系统可识别的控制指令。

调度子系统用于采集规约转换模块中经过转换的电网仿真数据，并根据经过转换的电网仿真数据生成控制指令，然后将控制指令发送至规约转换模块。

具体地，电源侧仿真子系统包括火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块、风电场仿真模块和源侧协调服务器。其中，火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块和风电场仿真模块分别与源侧协调服务器相连，源侧协调服务器与电网侧仿真子系统相连。

火电机组仿真模块用于仿真各个火电机组的工作状态，生成各个火电机组的基础仿真数据，并将各个火电机组的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个火电机组的控制指令和各个火电机组的调整参数，并根据各个火电机组的控制指令和各个火电机组的调整参数，调整仿真的各个火电机组的工作状态。各个火电机组的基础仿真数据包括各个火电机组的同步信号、各个火电机组的机械功率参考值、各个火电机组的励磁电压参考值和各个火电机组的出口开关指令。各个火电机组的控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令和各个火电机组的自动发电控制指令。各个火电机组的调整参数包括各个火电机组的实际有功出力、各个火电机组的机端开关状态、各个火电机组的机端线电压和各个火电机组的转速。

抽水蓄能水电机组仿真模块用于仿真各个抽水蓄能水电机组的工作状态，生成各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据，并将各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个抽水蓄能水电机组的调整参数，并根据各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个抽水蓄能水电机组的调整参数，调整仿真的抽水蓄能水电机组的工作状态。各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据包括各个抽水蓄能水电机组的同步信号、各个抽水蓄能水电机组的机械功率参考值、各个抽水蓄能水电机组的励磁电压参考值和各个抽水蓄能水电机组的出口开关指令。各个抽水蓄能水电机组的控制指令包括各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令和各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令。各个抽水蓄能水电机组的调整参数包括各个抽水蓄能水电机组的实际有功出力、各个抽水蓄能水电机组的机端开关状态、各个抽水蓄能水电机组的机端线电压和各个抽水蓄能水电机组的转速。

风电场仿真模块用于仿真各个风电场的工作状态，生成各个风电场的基础仿真数据，并将各个风电场的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数，并根据各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数，调整仿真的风电场的工作状态。各个风电场的基础仿真数据包括各个风电场的同步信号、各个风电场的有功功率指令、各个风电场的无功功率指令和各个风电场的接入开关指令。各个风电场的控制指令包括各个风电场的自动发电控制指令。各个风电场的调整参数包括各个风电场的接入开关状态、各个风电场的实际有功出力和各个风电场的接入点线电压；

源侧协调服务器用于协调火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块和风电场仿真模块与电网侧仿真子系统之间的通讯。

电网侧仿真子系统包括光纤通讯接口卡GTFPGA、火电机组仿真模块接口单元、抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元、风电场仿真模块接口单元、交直流电网仿真模块和以太网通讯接口卡GTNET。光纤通讯接口卡GTFPGA与协调服务器通过光纤相连，火电机组仿真模块接口单元、抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元和风电场仿真模块接口单元分别与光纤通讯接口卡GTFPGA和交直流电网仿真模块相连。交直流电网仿真模块与以太网通讯接口卡GTNET和光纤通讯接口卡GTFPGA相连。以太网通讯接口卡GTNET与规约转换模块通过以太网相连。

光纤通讯接口卡GTFPGA用于为仿真的各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场提供数据传输通道，包括接收各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据和各个风电场的基础仿真数据，以及发送各个火电机组的控制指令、各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的调整参数、各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数至源侧协调服务器。

火电机组仿真模块接口单元用于将各个火电机组的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块。

抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元用于将各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块。

风电场仿真模块接口单元用于将各个风电场的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块。

所述交直流电网仿真模块用于利用各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据和各个风电场的基础仿真数据，根据交直流电网拓扑结构计算获得电网仿真数据以及各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的调整参数和各个风电场的调整参数，并将电网仿真数据发送至以太网通讯接口卡GTNET；还用于接收各个火电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个风电场的控制指令，并将各个火电机组的控制指令、各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的调整参数、各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数发送至光纤通讯接口卡GTFPGA。电网仿真数据包括各个火电机组的有功功率、各个火电机组的无功功率、各个火电机组的机端开关状态、各个抽水蓄能水电机组的有功功率、各个抽水蓄能水电机组的无功功率、各个抽水蓄能水电机组的机端开关状态、各个风电场的有功功率、各个风电场的无功功率、各个风电场的机端开关状态、母线电压、线路有功潮流、线路无功潮流、线路有功负荷和线路无功负荷。

以太网通讯接口卡GTNET用于将电网仿真数据发送至规约转换模块；还用于接收规约转化模块发送的经过转换的各个火电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个风电场的控制指令。

调度子系统包括数据采集与监视模块、自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块。数据采集与监视模块与规约转换模块相连，自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块分别与数据采集与监视模块相连。

数据采集与监视模块用于采集规约转换模块中经过转换的电网仿真数据并发送至自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块；还用于将自动电压控制指令和自动发电控制指令发送至规约转换模块。

自动电压控制模块用于根据经过转换的电网仿真数据生成自动电压控制指令，并发送至数据采集与监视模块。

自动发电控制模块用于根据经过转换的电网仿真数据生成自动发电控制指令，并发送至数据采集与监视模块。

自动电压控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令和各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令。

自动发电控制指令包括各个火电机组的自动发电控制指令、各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令和各个风电场的自动发电控制指令。

高级应用模块用于根据经过转换的电网仿真数据进行高级应用分析，包括网络拓扑分析、状态估计、静态安全分析、调度员潮流计算、无功/电压优化、安全约束调度、网损计算、短路电流计算和负荷预报等。

所述电网侧仿真子系统还可以包括非详细发电机组仿真模块，该非详细发电机组仿真模块与交直流电网仿真模块相连。非详细发电机组是指除了火电机组、抽水蓄能水电机组和风电机组以外的发电机组。

非详细发电机组仿真模块用于仿真各个非详细发电机组的工作状态，生成各个非详细发电机组的基础仿真数据，并将各个非详细发电机组的基础仿真数据发送至交直流电网仿真模块；还用于接收各个非详细发电机组的控制指令，并根据各个非详细发电机组的控制指令，调整仿真的各个非详细发电机组的工作状态。各个非详细发电机组的控制指令包括各个非详细发电机组的自动电压控制指令和各个非详细发电机组的自动发电控制指令。

当电网侧仿真子系统包括非详细发电机组仿真模块时，交直流电网仿真模块用于根据各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据、各个风电场的基础仿真数据和各个非详细发电机组的基础仿真数据，计算获得电网仿真数据并发送至以太网通讯接口卡GTNET；并且，交直流电网仿真模块还用于将各个非详细发电机组的自动电压控制指令和各个非详细发电机组的自动发电控制指令发送至非详细发电机组仿真模块。此时，自动电压控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令、各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令和各个非详细发电机组的自动电压控制指令。自动发电控制指令包括各个火电机组的自动发电控制指令、各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令、各个风电场的自动发电控制指令和各个非详细发电机组的自动发电控制指令。

各个调度子系统之间设置广域网模拟器，用于实现调度子系统之间的数据通讯。

上述系统的构建过程如下：

在已有电厂仿真系统上构建火电、水电、风电场的详细仿真模块，在实时数字仿真器RTDS上搭建等值后的实际交直流电网仿真模块，利用能量管理系统EMS，建立与RTDS电网仿真模块一致的通过广域网模拟器相连的多级调度控制系统。开发源侧详细仿真机与网侧RTDS的数据接口软件与模型，开发网侧RTDS与调度EMS的数据接口软件与模型，构建涵盖多种电源、详细电网、多级控制中心之间的源网联合仿真及其与多级调度闭环控制系统，整个系统分为三大部分：

（1）电源仿真。

在电厂仿真系统上（STAR-90图形化仿真支撑系统）建立火电机组、抽水蓄能水电机组、风电场详细仿真模块。另有部分发电机采用非详细仿真机模块，在RTDS上搭建。各种源侧详细仿真机和非详细仿真机都能够通过接收调度自动发电控制AGC指令、自动电压控制AVC指令，调节火电机组、水电机组、风电场的有功、无功出力，并作用于RTDS电网仿真模型，与电网侧进行联合仿真。

其中，电厂仿真系统（STAR-90图形化仿真支撑系统）是面向连续工业过程仿真的集模型设计、开发、组态、调试、实时运行、维护、修改、扩充、数据库（模型）管理、网络通讯以及整个系统运行和管理于一体的大型专业集群化的支撑系统软件。

火电机组详细仿真模块，仿真对象包括锅炉汽水系统、风烟系统、制粉燃烧系统、汽轮机本体以及调速控制系统。

抽水蓄能水电机组详细仿真模块，仿真对象包括水泵水轮机本体及相关辅助设备、调速系统、油系统、冷却水系统、上库进/出水口闸门、尾水事故闸门和压缩空气系统。

风电场详细仿真模块，利用服务器机群来实现数百个风电机组的仿真，仿真对象包括风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、变流器模块等主要模块以及各种辅助模块。

非详细仿真机模块，仿真对象包括锅炉控制系统模型，汽轮机控制系统模型，发电机控制系统模型。

（2）电网仿真及接口模型构建。

（2.1）对实际系统使用BPA（PSD-BPA，一种运用于大型电网系统的分析工具软件）进行动态等值，在RTDS的软件平台RSCAD上搭建等值后的交直流系统的电网仿真模块，包括：发电机本体模型、发电机调速器模型、发电机励磁系统模型、发电机电力系统稳定器模型，母线模型、变压器模型、交流输电线路模型、直流系统模型、负荷模型，断路器模型以及所需运行控制模型。

（2.2）在RTDS上建立非详细仿真发电机模型，包括锅炉、汽轮机、发电机的控制系统模型，可以通过RTDS与调度系统的接口，接收自动发电控制AGC指令。

（2.3）在RTDS上安装以太网通讯接口卡GTNET，通过GTNET-DNP协议实现RTDS网络数据通讯，经过规约转换模块实现DNP与IEC104之间的协议转换，与调度系统EMS进行数据交换。在RSCAD中搭建数据输入输出接口GTNET_DNP模块，确定RTDS与EMS的交互信息，在RTDS中配置GTNET_DNP点映射文件，其中RTDS与EMS的交互信息是指模拟输入量AI、模拟输出量AO、二进制输入量BI、二进制输出量BO，分别对应EMS的遥测、遥调、遥信、遥控信息。具体包括RTDS送给EMS的发电机功率、发电机的机端开关状态、母线电压（线电压）、线路潮流、负荷值等遥测、遥信信息，EMS系统（包括自动发电控制AGC系统，自动电压控制AVC系统和高级应用系统）送给RTDS的遥调、遥控指令。

(2.4)确定RTDS与源侧详细仿真机的交互信息，搭建RTDS与火电仿真机、RTDS与水电仿真机、RTDS与风电场仿真机之间的接口模型，实现RTDS电网模型与火电、水电、风电机组详细仿真机的逻辑接口。

（2.5）在RTDS上安装光纤通讯接口卡GTFPGA，确定RTDS与源侧详细仿真机所有交互信息的点号，在RSCAD中搭建数据输入输出接口GTFPGA模块，通过光纤通讯实现RTDS电网模型与源侧详细仿真机服务器之间的快速通讯接口。

（3）调度系统仿真

（3.1）建立与源网联合仿真系统对应的多级模拟控制中心，具体为：按照预设的不同电网管辖区域，在能量管理系统EMS（Open3000）中绘制与RTDS等值模型对应的厂站接线图，通过节点入库，将整个电力网络的物理节点按照其连接关系录入到数据库中，形成网络物理模型。完成SCADA中各设备表电气参数的录入，可利用来自RTDS电网和电源仿真机的实时仿真量测数据进行状态估计、调度员潮流等计算。

（3.2）不同的模拟控制中心之间通过广域网模拟器在主网段进行连接，模拟现实中的分布于各地的控制中心间的广域网通讯环境，广域网模拟器由多个路由器和交换机构成。

（3.3）配置不同的模拟控制中心的前置系统FES的网络运行参数，包括FES中的通道表、通讯厂站表、前置遥测定义表、前置遥信信息表中的参数的配置；

（3.4）在不同的模拟控制中心，建立自动发电控制（AGC）系统，自动电压控制（AVC）系统，配置AGC、AVC系统的量测信息；建立AGC、AVC监视信息表，实现AGC、AVC系统与源网联合仿真系统（电源详细仿真机与RTDS电网仿真构成）之间的系统级闭环控制。

实施例2

以蒙西电网为例，对本发明做进一步说。等值后的蒙西电网共有31个525KV节点，63个230KV节点（含7个风电场接入点），47台发电机。图2是蒙西电网为原型的网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统构建方法流程图。其具体步骤如下：

步骤1：在电厂仿真系统（STAR-90图形化仿真支撑系统）上分别搭建1000MW、600MW、300MW火电机组详细仿真模块，3台火电机组分别以蒙西电网中EQG085、蒙岱海G1、蒙达旗G5为原型。其中EQG085为外网等值机，选用广东潮州电厂一台1000MW机组的数据。3台火电机组详细仿真模型的仿真对象分别包括锅炉汽水系统、风烟系统、制粉燃烧系统、汽轮机本体以及调速控制系统。

步骤2：在电厂仿真系统（STAR-90图形化仿真支撑系统）上搭建6台200MW抽水蓄能水电机组详细仿真模块，以蒙西万家寨抽水蓄能站的蒙万家G1、蒙万家G2、蒙万家G3、蒙万家G4、蒙万家G5、蒙万家G6为原型。6台抽水蓄能水电机组详细仿真模块的仿真对象分别包括水泵水轮机本体及相关辅助设备、调速系统、油系统、冷却水系统、上库进/出水口闸门、尾水事故闸门、压缩空气系统。

步骤3：在电厂仿真系统（STAR-90图形化仿真支撑系统）上搭建风电场仿真模块，利用11台服务器仿真1000MW级风电场，11台服务器可以自由组合灵活接入蒙西7个230kV风电场接入点，7个风电场接入点分别为蒙库仑、蒙旗台、蒙温都、蒙兴广、蒙中节、蒙德胜、蒙唐乌。风电场详细仿真模型的仿真对象包括风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、变流器模块等主要模块以及各种辅助模块。

步骤4：在RTDS上建立等值后蒙西电网的除上述详细仿真模块以外的所有发电机模块，这部分发电机作为非详细仿真模块，包括锅炉、汽轮机、发电机的控制系统模型，同样可接收来自调度系统的AGC/AVC控制指令。

步骤5：对蒙西电网原型实际系统使用BPA进行动态等值，在实时数字仿真器RTDS的软件平台RSCAD上搭建蒙西31个525kV节点，63个230kV节点的电网仿真模块，详细搭建发电机本体模型、发电机调速器模型、发电机励磁系统模型、发电机电力系统稳定器模型、母线模型、变压器模型、交流输电线路模型、负荷模型，断路器模型以及所需运行控制模型，一共占用6个RACK（机箱）。

步骤6：在RTDS上安装3个以太网通讯接口卡GTNET，通过GTNET-DNP协议实现RTDS网络数据通讯，经过DNP与IEC104之间的协议转换，分别与两级不同的调度系统EMS进行数据交换；3个GTNET卡分别与RACK1、4、5相连，在RSCAD的RACK1、4、5中搭建数据输入输出接口GTNET_DNP模块，RACK2、3、6中搭建与GTNET_DNP配套使用的串行器模块，根据确定的RTDS与两级EMS的交互信息，在RTDS中配置GTNET_DNP点映射文件。RTDS与EMS的交互信息是指模拟输入量AI、模拟输出量AO、二进制输入量BI、二进制输出量BO，分别对应EMS的遥测、遥调、遥信、遥控信息，RTDS与EMS的具体交互信息如图3所示。

步骤7：确定RTDS与源侧3台火电、6台水电、11个风电场详细仿真机的交互信息，具体内容如图3所示。在RSCAD上搭建RTDS与火电仿真机、RTDS与水电仿真机、RTDS与风电场仿真机之间的接口模型，实现RTDS电网模型中的火电、水电、风电机组详细仿真机的逻辑接口。

步骤8：在RTDS上安装光纤通讯接口卡GTFPGA，确定RTDS与源侧3台火电、6台水电、11个风电场详细仿真机所有交互信息的点号，在RSCAD中搭建数据输入输出接口GTFPGA模块，通过光纤通讯实现RTDS电网模型与源侧详细仿真机服务器之间的快速通讯接口。

步骤9：按照预设的不同电网管辖区域，在EMS（Open3000）中绘制蒙西电网等值模型对应的厂站接线图（蒙西等值电网共包含87个厂站），通过节点入库，将整个电力网络的物理节点按照其连接关系录入到数据库中，形成网络物理模型；完成SCADA中各设备表电气参数的录入。

步骤10：将不同的模拟控制中心之间通过广域网模拟器在主网段进行连接，模拟现实中的分布于各地的控制中心间的广域网通讯环境，其中广域网模拟器由多个路由器和交换机构成。

步骤11：配置不同的模拟控制中心的前置系统FES的网络运行参数，包括FES中的通道表、通讯厂站表、前置遥测定义表、前置遥信信息表中的参数的配置。

步骤12：在不同的模拟控制中心，建立自动发电控制（AGC）系统，自动电压控制（AVC）系统，配置AGC、AVC系统的量测信息；建立AGC、AVC监视信息表，实现AGC、AVC系统与源网联合仿真系统（电源详细仿真机与RTDS电网仿真构成）之间的系统级闭环控制。

网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统性能测试如下：

以蒙西电网为原型的网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统的启动步骤为：启动源侧3台火电、6台抽水蓄能水电、7个风电场的11台风电详细仿真机；启动RTDS电网侧蒙西电网仿真模型；运行电源侧与电网侧的接口软件与模型；通过源侧及网侧同步信号的确认实现源侧详细仿真机与RTDS电网仿真模型的同步及数据交互；启动EMS调度系统，运行自动发电控制（AGC）系统、自动电压控制（AVC）系统；运行规约转换程序实现RTDS与EMS的数据交互；从而形成源、网、调度的系统级闭环控制。

在3台火电、5台抽水蓄能水电（蒙万家G6抽水蓄能水电机停机）、7个风电场详细仿真机的初始出力及EMS送给源侧详细仿真机的AGC指令如图4所示情况下，此时蒙西电网中的其余非详细仿真机不参与调节，在风电场详细仿真模型中模拟增大蒙库仑风电场的风速，增加库仑风电场的出力，经AGC恒定联络线交换功率FTC控制方式对3台火电、5台抽水蓄能水电机组进行调节，得到3台火电、5台抽水蓄能水电，7个风电场详细仿真机的出力及EMS送给源侧详细仿真机的AGC指令如图5所示。由图可知，当库仑风电场的出力增加297.12MW时，3台火电详细仿真机的出力减少119.9MW，5台抽水蓄能水电详细仿真机的出力减少184.9MW，火电、水电机组的出力共减少304.8MW。由此可见，网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统可以模拟火电、水电机组以及风电场的外特性，具有火电、水电、风电多源互补，源网协调的功能，可用于研究大规模风电并网，为计及风电场的能量管理系统的开发打好基础。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种网源联合仿真及其多级调度闭环控制系统，包括电源侧仿真子系统、电网侧仿真子系统、规约转换模块和调度子系统，其特征是所述电源侧仿真子系统和电网侧仿真子系统相连；

所述电网侧仿真子系统与规约转换模块相连；

所述规约转换模块与调度子系统相连；

所述电源侧仿真子系统用于仿真各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场的工作状态，生成基础仿真数据并发送至电网侧仿真子系统；还用于接收电网侧仿真子系统转发的控制指令和调整参数，并根据控制指令和调整参数，调整仿真的各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场的工作状态；

所述电网侧仿真子系统用于接收基础仿真数据，并根据电网的拓扑结构及接收的基础仿真数据计算生成电网仿真数据，然后将电网仿真数据发送至规约转换模块；还用于接收规约转换模块发送的控制指令，并将控制指令和调整参数转发至电源侧仿真子系统；

所述规约转换模块用于将电网侧仿真子系统生成的电网仿真数据转换为调度子系统可识别的数据；还用于将调度子系统生成的控制指令转换为电网侧仿真子系统可识别的控制指令；

所述调度子系统用于采集规约转换模块中经过转换的电网仿真数据，并根据经过转换的电网仿真数据生成控制指令，然后将控制指令发送至规约转换模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述电源侧仿真子系统包括火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块、风电场仿真模块和源侧协调服务器；

所述火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块和风电场仿真模块分别与源侧协调服务器相连；

所述源侧协调服务器与电网侧仿真子系统相连；

所述火电机组仿真模块用于仿真各个火电机组的工作状态，生成各个火电机组的基础仿真数据，并将各个火电机组的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个火电机组的控制指令和各个火电机组的调整参数，并根据各个火电机组的控制指令和各个火电机组的调整参数，调整仿真的各个火电机组的工作状态；

所述各个火电机组的基础仿真数据包括各个火电机组的同步信号、各个火电机组的机械功率参考值、各个火电机组的励磁电压参考值和各个火电机组的出口开关指令；

所述各个火电机组的控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令和各个火电机组的自动发电控制指令；

所述各个火电机组的调整参数包括各个火电机组的实际有功出力、各个火电机组的机端开关状态、各个火电机组的机端线电压和各个火电机组的转速；

所述抽水蓄能水电机组仿真模块用于仿真各个抽水蓄能水电机组的工作状态，生成各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据，并将各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个抽水蓄能水电机组的调整参数，并根据各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个抽水蓄能水电机组的调整参数，调整仿真的抽水蓄能水电机组的工作状态；

所述各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据包括各个抽水蓄能水电机组的同步信号、各个抽水蓄能水电机组的机械功率参考值、各个抽水蓄能水电机组的励磁电压参考值和各个抽水蓄能水电机组的出口开关指令；

所述各个抽水蓄能水电机组的控制指令包括各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令和各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令；

所述各个抽水蓄能水电机组的调整参数包括各个抽水蓄能水电机组的实际有功出力、各个抽水蓄能水电机组的机端开关状态、各个抽水蓄能水电机组的机端线电压和各个抽水蓄能水电机组的转速；

所述风电场仿真模块用于仿真各个风电场的工作状态，生成各个风电场的基础仿真数据，并将各个风电场的基础仿真数据发送至电网侧仿真子系统；还用于接收各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数，并根据各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数，调整仿真的风电场的工作状态；

所述各个风电场的基础仿真数据包括各个风电场的同步信号、各个风电场的有功功率指令、各个风电场的无功功率指令和各个风电场的接入开关指令；

所述各个风电场的控制指令包括各个风电场的自动发电控制指令；

所述各个风电场的调整参数包括各个风电场的接入开关状态、各个风电场的实际有功出力和各个风电场的接入点线电压；

所述源侧协调服务器用于协调火电机组仿真模块、抽水蓄能水电机组仿真模块和风电场仿真模块与电网侧仿真子系统之间的通讯。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是所述电网侧仿真子系统包括光纤通讯接口卡GTFPGA、火电机组仿真模块接口单元、抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元、风电场仿真模块接口单元、交直流电网仿真模块和以太网通讯接口卡GTNET；

所述光纤通讯接口卡GTFPGA与协调服务器通过光纤相连；

所述火电机组仿真模块接口单元、抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元和风电场仿真模块接口单元分别与光纤通讯接口卡GTFPGA和交直流电网仿真模块相连；

所述交直流电网仿真模块与以太网通讯接口卡GTNET和光纤通讯接口卡GTFPGA相连；

所述以太网通讯接口卡GTNET与规约转换模块通过以太网相连；

所述光纤通讯接口卡GTFPGA用于为仿真的各个火电机组、抽水蓄能水电机组和风电场提供数据传输通道，包括接收各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据和各个风电场的基础仿真数据，以及发送各个火电机组的控制指令、各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的调整参数、各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数至源侧协调服务器；

所述火电机组仿真模块接口单元用于将各个火电机组的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块；

所述抽水蓄能水电机组仿真模块接口单元用于将各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块；

所述风电场仿真模块接口单元用于将各个风电场的基础仿真数据转换为交直流电网仿真模块可识别的数据，并发送至交直流电网仿真模块；

所述交直流电网仿真模块用于利用各个火电机组的基础仿真数据、各个抽水蓄能水电机组的基础仿真数据和各个风电场的基础仿真数据，根据交直流电网拓扑结构计算获得电网仿真数据以及各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的调整参数和各个风电场的调整参数，并将电网仿真数据发送至以太网通讯接口卡GTNET；还用于接收各个火电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个风电场的控制指令，并将各个火电机组的控制指令、各个火电机组的调整参数、各个抽水蓄能水电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的调整参数、各个风电场的控制指令和各个风电场的调整参数发送至光纤通讯接口卡GTFPGA；

所述电网仿真数据包括各个火电机组的有功功率、各个火电机组的无功功率、各个火电机组的机端开关状态、各个抽水蓄能水电机组的有功功率、各个抽水蓄能水电机组的无功功率、各个抽水蓄能水电机组的机端开关状态、各个风电场的有功功率、各个风电场的无功功率、各个风电场的机端开关状态、母线电压、线路有功潮流、线路无功潮流、线路有功负荷和线路无功负荷；

所述以太网通讯接口卡GTNET用于将电网仿真数据发送至规约转换模块；还用于接收规约转化模块发送的经过转换的各个火电机组的控制指令、各个抽水蓄能水电机组的控制指令和各个风电场的控制指令。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征是所述调度子系统包括数据采集与监视模块、自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块；

所述数据采集与监视模块与规约转换模块相连；

所述自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块分别与数据采集与监视模块相连；

所述数据采集与监视模块用于采集规约转换模块中经过转换的电网仿真数据并发送至自动电压控制模块、自动发电控制模块和高级应用模块；还用于将自动电压控制指令和自动发电控制指令发送至规约转换模块；

所述自动电压控制模块用于根据经过转换的电网仿真数据生成自动电压控制指令，并发送至数据采集与监视模块；

所述自动发电控制模块用于根据经过转换的电网仿真数据生成自动发电控制指令，并发送至数据采集与监视模块；

所述自动电压控制指令包括各个火电机组的自动电压控制指令和各个抽水蓄能水电机组的自动电压控制指令；

所述自动发电控制指令包括各个火电机组的自动发电控制指令、各个抽水蓄能水电机组的自动发电控制指令和各个风电场的自动发电控制指令；

所述高级应用模块用于根据经过转换的电网仿真数据进行高级应用分析，包括网络拓扑分析、状态估计、静态安全分析、调度员潮流计算、无功/电压优化、安全约束调度、网损计算、短路电流计算和负荷预报。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的系统，其特征是所述调度子系统之间通过广域网模拟器相连。

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