CN107947225A - 风储发电系统仿真方法及平台 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及风电技术领域，公开了一种风储发电系统仿真方法及平台。其包括：第一上位机、第一实时仿真机、电机驱动器、电动机、发电机、第二上位机、第二实时仿真机、功率模块以及风储系统；第一上位机用于搭建电动机控制模型，第一实时仿真机用于运行电动机控制模型；第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机依次连接，第一实时仿真机还连接电动机；第二上位机用于搭建储能并网控制模型，第二实时仿真机用于运行储能并网控制模型；电动机、发电机、功率模块依次连接，功率模块还连接第二实时仿真机、风储系统以及电网。本实施方式通过仿真机控制真实设备模拟风储联合发电，从而使得仿真更接近真实的风储发电系统，进而提高仿真的精确度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及风电技术领域，特别涉及一种风储发电系统仿真方法及平台。
背景技术
风能作为无污染的可再生能源，在全球能源互联网的大背景之下成为了重要的可利用能源之一。截止到2014年底，我国累计风电装机容量已经达到11.46GW，风力发电已成为促进能源多样性和实现可持续发展的重要能源。储能技术能够实现能量的存储与释放，风储系统与风机在出口侧结合成为风储联合发电系统，风储联合发电系统可以平抑由于风力发电不稳定所带来的风电功率波动，是解决风电并网的重要手段，有着广阔的发展前景。然而，我国风力发电技术与储能技术相结合而形成的风储联合发电技术起步较晚，如何有效、协调配置风储联合运行系统成为了目前研究的重点。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：传统的风储系统仿真平台一般是用纯数字仿真方式构建，只能从理论或者功能上仿真风储系统工作机理，精确性与复杂程度都与实际的风储系统差距很大。例如，现有技术公开了一种含风光储的综合微电网实验仿真平台，其是一个基于微电网模型的实时数字仿真系统，可以研究风光储综合微电网暂态下的复杂动态行为。但该平台的风机、蓄电池、光伏板等微电网模块以及与之相连接的变流器、变压器、逆变器等均是用现有的微电网数字模型搭建而成，实际微电网中的能量转换损耗、数据传递不一致、并网异常等特殊情况很难复现。因此，现有的风储系统仿真在精确性等方面已经无法研究的实际需求。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种风储发电系统仿真方法及平台，通过仿真机控制真实设备模拟风储联合发电，从而使得仿真更接近真实的风储发电系统，进而提高仿真的精确度。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种风储发电系统仿真平台，包括：第一上位机、第一实时仿真机、电机驱动器、电动机、发电机、第二上位机、第二实时仿真机、功率模块以及风储系统；所述第一上位机通信连接所述第一实时仿真机，所述第一上位机用于搭建电动机控制模型，所述第一实时仿真机用于运行所述电动机控制模型；所述第一实时仿真机、电机驱动器以及所述电动机依次连接，所述第一实时仿真机还连接所述电动机，所述第一实时仿真机还用于采集所述电动机的工作状态信息，并根据采集的所述电动机的工作状态信息实时控制所述电机驱动器驱动所述电动机，以模拟各种工况下的风机；所述第二上位机通信连接所述第二实时仿真机，所述第二上位机用于搭建储能并网控制模型，所述第二实时仿真机用于运行所述储能并网控制模型；所述电动机、发电机、功率模块依次连接，所述功率模块还连接所述第二实时仿真机、风储系统以及电网。
本发明的实施方式还提供了一种风储发电系统仿真平台的搭建方法，包括：将第一上位机与第一实时仿真机通信连接；其中，所述第一上位机用于搭建电动机控制模型，所述第一实时仿真机用于运行所述电动机控制模型；将第二上位机与第二实时仿真机通信连接；其中，所述第二上位机用于搭建储能并网控制模型，所述第二实时仿真机用于运行所述储能并网控制模型；将所述第一实时仿真机、电机驱动器、电动机依次连接，并连接所述第一实时仿真机与所述电动机；其中，所述第一实时仿真机还用于采集所述电动机的工作状态信息，并根据采集的所述电动机的工作状态信息实时控制所述电机驱动器驱动所述电动机，以模拟各种工况下的风机；将所述电动机与发电机、功率模块依次连接，并将所述功率模块与所述第二实时仿真机、风储系统以及电网连接。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机模拟各种工况下的真实风机，并通过发电机、功率模块、风储系统以及第二实时仿真机模拟电能的储能以及并网功能，从而不仅可以动态模拟风机在各种工况下的运行特性，使得平台内的数据与真实风储发电系统的数据更一致，而且通过采用第一实时仿真机替代电动机控制系统中的控制器，第二实时仿真机替代实际风储系统中的控制器，还可以在不同工况下快速构建风储发电系统的拓扑结构以及控制策略原型，从而为风储系统的理论研究和数据验证提供快速的强有力的平台支撑。
另外，所述第二实时仿真机与所述功率模块之间采用光纤通信连接。从而可以保证通信的实时性。
另外，所述功率模块包括：滤波器、变流器以及逆变器；所述滤波器、变流器以及逆变器依次连接。
另外，所述电动机包括：永磁同步电机。
另外，所述电机驱动器集成有电机保护装置。从而可以防止电动机损坏。
另外，所述第二实时仿真机集成有通信模块、保护模块、信号处理模块以及信号调制模块。从而可以快速搭建风储系统的拓扑结构。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式的风储发电系统仿真平台的结构示意图；
图2是根据本发明第一实施方式的风储发电系统仿真平台的搭建方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种风储发电系统仿真平台。本实施方式的风储发电系统仿真平台包括：第一上位机、第一实时仿真机、电机驱动器、电动机、发电机、第二上位机、第二实时仿真机、功率模块以及风储系统。第一上位机通信连接第一实时仿真机，第一上位机用于搭建电动机控制模型，第一实时仿真机用于运行电动机控制模型。第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机依次连接，第一实时仿真机还连接电动机，第一实时仿真机还用于采集电动机的工作状态信息，并根据的电动机的工作状态信息实时控制电机驱动器驱动电动机，以模拟各种工况下的风机。第二上位机通信连接第二实时仿真机，第二上位机用于搭建储能并网控制模型，第二实时仿真机用于运行储能并网控制模型。电动机、发电机、功率模块依次连接，功率模块还连接第二实时仿真机、风储系统以及电网。本发明实施方式相对于现有技术而言，通过第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机模拟各种工况下的真实风机，并通过发电机、功率模块、风储系统以及第二实时仿真机模拟电能的储能以及并网功能，从而不仅可以动态模拟风机在各种工况下的运行特性，使得平台内的数据与真实风储发电系统的数据更一致，而且通过采用第一实时仿真机替代电动机控制系统中的控制器，第二实时仿真机替代实际风储系统中的控制器，还可以在不同工况下快速构建风储发电系统的拓扑结构以及控制策略原型，从而为风储系统的理论研究和数据验证提供快速的强有力的平台支撑。下面对本实施方式的风储发电系统仿真平台的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施方式中的风储发电系统仿真平台如图1所示，包括：第一上位机、第一实时仿真机、电机驱动器、电动机、发电机、第二上位机、第二实时仿真机、功率模块以及风储系统。其中，第一上位机用于搭建电动机控制模型，第二上位机用于搭建储能并网控制模型，具体地，电动机控制模型以及储能并网控制模型均可以基于MATLAB搭建，其中，第一上位机用于将搭建的电动机控制模型自动生成可在第一实时仿真机中运行的机器语言，第二上位机用于将搭建的储能并网控制模型自动生成可在第二实时仿真机中运行的机器语言，并分别下载到第一实时仿真机以及第二实时仿真机中运行。本实施方式对于电机控制模型以及储能并网控制模型均不作具体限制。因此，当用户需要验证不同的风机控制策略或者储能并网控制策略时，可以快速搭建风机控制模型(即电动机控制模型)以及储能并网控制模型。本实施方式中，第一上位机可以通过局域网连接第一实时仿真机，第二上位机可以通过局域网连接第二实时仿真机，本实施方式对上位机和实时仿真机之间的连接方式不作具体限制。
本实施方式中，第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机依次连接，第一实时仿真机还连接电动机，从而组成风机模拟系统，用于模拟各种工况下的风机。具体地，第一实时仿真机用于采集电动机的工作状态信息，并根据采集的电动机的工作状态信息实时控制电机驱动器驱动电动机，以模拟各种工况下的风机。其中，电动机可以采用永磁同步电机，本实施方式对于电动机不作具体限制。电动机的工作状态信息例如包括：电动机的位置信息、转速信息等。本实施方式中，通过第一实时仿真机替代了电动机控制系统中的控制器，可以采用双闭环控制回路、变频调速方式，动态、实时地控制电动机，从而可模拟风机在各种工况下可靠稳定运转。在实际应用中，电机驱动器中还可以集成电机保护装置，从而可以保证电动机稳定可靠地运行。
本实施方式中，电动机、发电机、功率模块依次连接，功率模块还连接第二实时仿真机、风储系统以及电网。这样，通过第二实时仿真机、功率模块、发电机、风储系统以及电网组成电能储能、并网模拟系统。具体地，功率模块与第二实时仿真机之间采用光纤通信连接组成一套完整的储能并网控制系统，为了将第二实时仿真机的数字信号与功率模块的功率信号相隔离，本实施方式中，第二实时仿真机以及功率模块为相互独立的两个装置，并通过光纤连接。本实施方式中，功率模块可以包括：滤波器、变流器以及逆变器等的功率器件，其中滤波器、变流以及逆变器依次连接，滤波器的输入端连接发电机的输出端，逆变器的输出端连接风储系统以及电网。功率模块用于采集电网侧以及风储系统的电压、电流等模拟量信息，并传送给第二实时仿真机，实现闭环控制。其中，功率模块的各个器件可以通过第二实时仿真机进行配置，从而使得功率模块可以运行于多种工作模式(例如逆变模式、整流模式或升压模式等)，在直流微电网拓扑结构变化时，可以避免重复修改、调试物理等效模拟设备等繁杂操作。本实施方式通过第二实时仿真机以及功率模块组成的功率级实时仿真机替代实际微电网系统中的风储系统控制器以及功率设备，从而可以在各种工况下快速构建风储系统相应的功率电路以及储能并网控制模型，同时亦可保证仿真数据与真实风储系统数据的一致性与可靠性。
本实施方式中，第二实时仿真机集成有通信模块、保护模块、信号处理模块以及信号调制模块等，从而可以快速完成风储发电系统仿真平台的搭建，确保该仿真平台运行安全可靠，使得用户可以节省大量的平台搭建时间。
本实施方式与现有技术相比，通过第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机模拟各种工况下的真实风机，并通过发电机、功率模块、风储系统以及第二实时仿真机模拟电能的储能以及并网功能，从而不仅可以动态模拟风机在各种工况下的运行特性，使得平台内的数据与真实风储发电系统的数据更一致，而且通过采用第一实时仿真机替代电动机控制系统中的控制器，第二实时仿真机替代实际风储系统中的控制器，还可以在不同工况下快速构建风储发电系统的拓扑结构以及控制策略原型，因此，本实施方式不仅可以缩短风储系统控制器的研发周期，而且可以明显减小实验仿真与实际系统运行的差距，从而为风储系统的理论研究和数据验证提供快速的强有力的平台支撑。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明的第二实施方式涉及一种风储发电系统仿真平台的搭建方法。如图2所示，本实施方式的风储发电系统仿真平台的搭建方法包括步骤201至步骤204。
步骤201：将第一上位机与第一实时仿真机通信连接。
其中，第一上位机用于搭建电动机控制模型，第一实时仿真机用于运行电动机控制模型。
步骤202：将第二上位机与第二实时仿真机通信连接。
其中，第二上位机用于搭建储能并网控制模型，第二实时仿真机用于运行储能并网控制模型。
步骤203：将第一实时仿真机、电机驱动器、电动机依次连接，并连接第一实时仿真机与电动机。
其中，第一实时仿真机还用于采集电动机的工作状态信息，并根据采集的电动机的工作状态信息实时控制电机驱动器驱动电动机，以模拟各种工况下的风机。
步骤204：将电动机与发电机、功率模块依次连接，并将功率模块与第二实时仿真机、风储系统以及电网连接。
本实施方式对于步骤201至步骤204之间的执行顺序不作具体限制，在执行完成上述步骤之后即可得到风储联合发电仿真平台。
本实施方式与现有技术相比，通过第一实时仿真机、电机驱动器以及电动机模拟各种工况下的真实风机，并通过发电机、功率模块、风储系统以及第二实时仿真机模拟电能的储能以及并网功能，从而不仅可以动态模拟风机在各种工况下的运行特性，使得平台内的数据与真实风储发电系统的数据更一致，而且通过采用第一实时仿真机替代电动机控制系统中的控制器，第二实时仿真机替代实际风储系统中的控制器，还可以在不同工况下快速构建风储发电系统的拓扑结构以及控制策略原型，从而为风储系统的理论研究和数据验证提供快速的强有力的平台支撑。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (7)
1.一种风储发电系统仿真平台，其特征在于，包括：第一上位机、第一实时仿真机、电机驱动器、电动机、发电机、第二上位机、第二实时仿真机、功率模块以及风储系统；
所述第一上位机通信连接所述第一实时仿真机，所述第一上位机用于搭建电动机控制模型，所述第一实时仿真机用于运行所述电动机控制模型；
所述第一实时仿真机、电机驱动器以及所述电动机依次连接，所述第一实时仿真机还连接所述电动机，所述第一实时仿真机还用于采集所述电动机的工作状态信息，并根据采集的所述电动机的工作状态信息实时控制所述电机驱动器驱动所述电动机，以模拟各种工况下的风机；
所述第二上位机通信连接所述第二实时仿真机，所述第二上位机用于搭建储能并网控制模型，所述第二实时仿真机用于运行所述储能并网控制模型；
所述电动机、发电机、功率模块依次连接，所述功率模块还连接所述第二实时仿真机、风储系统以及电网。
2.根据权利要求1所述的风储发电系统仿真平台，其特征在于，所述第二实时仿真机与所述功率模块之间采用光纤通信连接。
3.根据权利要求1所述的风储发电系统仿真平台，其特征在于，所述功率模块包括：滤波器、变流器以及逆变器；
所述滤波器、变流器以及逆变器依次连接。
4.根据权利要求1所述的风储发电系统仿真平台，其特征在于，所述电动机包括：永磁同步电机。
5.根据权利要求1所述的风储发电系统仿真平台，其特征在于，所述电机驱动器集成有电机保护装置。
6.根据权利要求1所述的风储发电系统仿真平台，其特征在于，所述第二实时仿真机集成有通信模块、保护模块、信号处理模块以及信号调制模块。
7.一种风储发电系统仿真平台的搭建方法，其特征在于，包括：
将第一上位机与第一实时仿真机通信连接；其中，所述第一上位机用于搭建电动机控制模型，所述第一实时仿真机用于运行所述电动机控制模型；
将第二上位机与第二实时仿真机通信连接；其中，所述第二上位机用于搭建储能并网控制模型，所述第二实时仿真机用于运行所述储能并网控制模型；
将所述第一实时仿真机、电机驱动器、电动机依次连接，并连接所述第一实时仿真机与所述电动机；其中，所述第一实时仿真机还用于采集所述电动机的工作状态信息，并根据采集的所述电动机的工作状态信息实时控制所述电机驱动器驱动所述电动机，以模拟各种工况下的风机；
将所述电动机与发电机、功率模块依次连接，并将所述功率模块与所述第二实时仿真机、风储系统以及电网连接。
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