CN112287540A - 一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，用以解决现有技术中风电场接入电网时电磁暂态仿真不准确、仿真时间长、效率低的问题。所述风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，采用当前风电场的真实风机控制器及风电机组参数，构建硬件在环的风电场仿真模型及电网仿真模型，根据当前风电场接入电网的真实物理连接及参数，计算电网与风电场接口间的实际线路电抗值，并测试电网平台与风电场平台间的固有延时，对风电场与电网间的电感关系进行离散化，根据离散关系计算电压差并进行系统分割，对电网及风电场仿真模型进行实时校正，并在仿真机中进行实时电磁暂态联合仿真。本发明提高了仿真效率，缩短了仿真时间，提高了仿真的准确性。

Description

一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法
技术领域
本发明属于风电场并网领域，具体涉及一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法。
背景技术
风能是太阳能转化而来的一种清洁能源，风电除了可以满足实时的区域用电需求，也可以通过并网技术进行传输，协调全国的电力供给。与其他能源相比，风电资源丰富、分布广泛，但是输出不稳定，存在波动性、间歇性和电力电子化特征。在风电场接入电力系统时，传统的机电暂态仿真无法满足风电场电力电子器件动作特性的要求。
现有技术中，电网的电磁暂态仿真一般采用单一电网仿真或单一风电场仿真，无法实现多平台精细化的电磁暂态联合仿真，单一的电网仿真方法或单一的风电场仿真方法无法体现风电场与电网间的交互作用影响。同时，现有的仿真方法多为离线仿真，这种仿真方式效率低、速度慢、仿真时间长，对于大规模新能源并网的仿真效果较差，不能真实反映风电场接入电网的实时状态。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，利用真实的物理连接实现风电场与电网的实时、在线联合仿真，可实现大规模的实时仿真，仿真效率高，缩短仿真时间；同时，仿真步长精细，仿真结果准确，真实反映风电场与电网间的动作交互。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明实施例提供了一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，所述电磁暂态联合仿真方法包括如下步骤：
步骤S1，采用当前风电场的真实风机控制器及风电机组参数，构建基于风电场控制器硬件在环的风电场仿真模型，并预留风电场接口；
步骤S2，构建电网仿真模型，并预留电网接口；
步骤S3，根据当前风电场接入电网的真实物理连接及电力传输参数，计算所述风电场仿真模型的风电场接口与所述电网仿真模型的电网接口间的实际线路电抗值L，将t时刻风电场至电网间的电气关系描述为：
L di/dt＝Ug(t)-Uf(t) (1)
式(1)中，i为流过风电场与电网间电感的电流，Ug(t)与Uf(t)分别为t时刻电网仿真模型的电网接口电压及风电场仿真模型的风电场接口电压；
步骤S4，测试电网平台与风电场平台间的固有延时t1，对风电场与电网间的电感关系进行离散化，离散过程通过式(2)进行：
Figure BDA0002747602760000021
式(2)中，t1为实际线路传输的固有延时，t-t1表示固有延时的前一时刻；
步骤S5，计算电感关系离散化后风电场与电网间的电压差，表示为：
Figure BDA0002747602760000022
Figure BDA0002747602760000023
步骤S6，根据离散化的电压差结果对风电场与电网间的线路进行t时刻的系统分割，将离散化后的电压差前三项
Figure BDA0002747602760000024
分入风电场仿真模型中，对风电场仿真模型进行实时校正；
将离散化后的电压差后三项
Figure BDA0002747602760000025
分入电网仿真模型中，对电网仿真模型进行实时校正；
步骤S7，基于t时刻的系统分割，采用实时校正的风电场仿真模型和电网仿真模型，在仿真机中进行实时的电磁暂态联合仿真。
作为本发明的一个优选实施例，所述风电场仿真模型采用当前风电场的真实风电机组主电路、箱式变电站、变压器及相关参数。
作为本发明的一个优选实施例，所述风电场仿真模型的构建，采用RT-LAB软件实现。
作为本发明的一个优选实施例，构建的所述电网仿真模型，包括等值电源、传输线路、变压器及负载。
作为本发明的一个优选实施例，所述电网仿真模型的构建，采用Hypersim软件实现。
作为本发明的一个优选实施例，所述离散后的电压差前三项与后三项分别等效为等效电阻、增益电流和受控电压源。
作为本发明的一个优选实施例，步骤S7电磁暂态联合仿真，电网电磁暂态实时仿真系统利用Hypersim软件编译下载到OP5600实时仿真机中实时运行，将所述风电场电磁暂态实时仿真系统利用RT-LAB软件编译下载到另一台OP5600实时仿真机，连接风机真实控制系统实时运行；将两台OP5600实时仿真机分别连接两台OP5607仿真机，两台5607仿真机间通过光纤进行通讯和数据传输。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明能够实现风电场接入电网的联合电磁暂态仿真，仿真规模可以做大且仿真为实时仿真，仿真为实时运行，提高了仿真效率，仿真速度快，极大的缩短仿真时间；
2、本发明采用真实风机控制系统和实际风机参数模拟风电场，能够详细模拟真实风电场动作特性，风电场仿真模型更精准，仿真步长精细，提高了仿真结果的准确性；
3、本发明利用真实的物理连接实现风电场与电网的联合仿真，精准、真实地反应电网与风电场间的动作交互影响，可对电网故障分析进行精准的预测、判断及定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式提供的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法流程图；
图2为本发明实施方式中构建的风电场仿真模型结构示意图；
图3为本发明实施方式中构建的电网仿真模型结构示意图；
图4为本发明实施方式中电压差校正项的等效电路示意图；
图5为本发明实施方式中t时刻联合仿真的仿真机连接关系图。
具体实施方式
下面通过参考示范性实施例，并结合附图，对本发明技术问题、技术方案和优点进行详细阐明。以下所述示范性实施例仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非在这里进行定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施方式提供了一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，模拟风电场采用实际风机参数和真实风机控制系统硬件在环方式，模型分割利用风电场与电网真实连接线路电抗，在离散化分割后的均分模型中进行电磁暂态仿真，仿真过程实时反映接入电网状态，仿真步长精细，仿真模型准确，在提高仿真准确性的前提下，提高仿真效率，缩短仿真时间，实现多平台联合电磁暂态仿真。
如图1所示，本实施方式所提供的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，包括如下步骤：
步骤S1，采用当前风电场的真实风机控制器及风电机组参数，构建基于风电场控制器硬件在环的风电场仿真模型，并预留风电场接口。
图2所示为本步骤所构建的风电场仿真模型结构示意图。如图2所示，所述风电场仿真模型采用当前风电场的真实风电机组主电路、箱式变电站、主变压器及相关参数。
本步骤中所述模型构建，可采用现有的风电场仿真模型构建硬件及软件实现，如RT-LAB软件。
步骤S2，构建电网仿真模型，并预留电网接口。
如图3所示，构建的所述电网仿真模型，包括等值电源、传输线路、变压器及负载。本步骤中所述电网仿真模型的构建，也采用现有硬件及软件实现，如Hypersim软件。
步骤S3，根据当前风电场接入电网的真实物理连接及电力传输参数，计算所述风电场仿真模型的电网接口与所述电网仿真模型的风电场接口间的实际线路电抗值L，将t时刻风电场至电网间的电气关系描述为：
L di/dt＝Ug(t)-Uf(t) (1)
式(1)中，i为流过风电场与电网间电感的电流，Ug(t)与Uf(t)分别为t时刻电网仿真模型的电网接口电压及风电场仿真模型的风电场接口电压。
步骤S4，测试电网平台与风电场平台间的固有延时t1，对风电场与电网间的电感关系进行离散化，离散过程通过式(2)进行：
Figure BDA0002747602760000051
式(2)中，t1为实际线路传输延时，t-t1表示前一时刻。
步骤S5，计算电感关系离散化后风电场与电网间的电压差，表示为：
Figure BDA0002747602760000052
Figure BDA0002747602760000053
步骤S6，根据离散化的电压差结果对风电场与电网间的线路进行系统分割，将离散化后的电压差前三项
Figure BDA0002747602760000054
分入风电场仿真模型中，对风电场仿真模型进行实时校正；
将离散化后的电压差后三项
Figure BDA0002747602760000055
分入电网仿真模型中，对电网仿真模型进行实时校正。
如图4所示，本步骤中，所述前三项与后三项分别等效为等效电阻、增益电流和受控电压源。
步骤S7，基于t时刻的系统分割，采用实时校正的风电场仿真模型和电网仿真模型，在仿真机中进行实时的电磁暂态联合仿真。
本步骤中的联合仿真，是基于同一物理连接的风电机组参数，分别进行的风电场仿真和电网仿真，两个仿真过程分开、同时进行，仿真速度快，效率高；且可以实现仿真步长的精细化，提高仿真准确性。
如图5所示，本步骤中电网电磁暂态实时仿真系统利用Hypersim软件编译下载到OP5600实时仿真机中实时运行，将所述风电场电磁暂态实时仿真系统利用RT-LAB软件编译下载到另一台OP5600实时仿真机，连接风机真实控制系统实时运行；将两台OP5600实时仿真机分别连接两台OP5607仿真机，两台5607仿真机间通过光纤进行通讯和数据传输，提高了仿真效率。
由以上可以看出，本发明实施方式提供的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，仿真为实时运行，提高了仿真效率，仿真速度快，极大的缩短仿真时间；能够详细真实地模拟真实风电场动作特性，风电场仿真模型更精准，仿真步长精细，提高了仿真结果的准确性；同时，利用真实的物理连接实现风电场与电网的联合仿真，精准、真实地反应电网与风电场间的动作交互影响，可对电网故障进行精准的预测、判断、分析及定位。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不受限于以上所公开的示范性实施例，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，在本发明揭露的技术范围做出的若干改进和润饰、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。

Claims (7)

1.一种风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，所述电磁暂态联合仿真方法包括如下步骤：
步骤S1，采用当前风电场的真实风机控制器及风电机组参数，构建基于风电场控制器硬件在环的风电场仿真模型，并预留风电场接口；
步骤S2，构建电网仿真模型，并预留电网接口；
步骤S3，根据当前风电场接入电网的真实物理连接及电力传输参数，计算所述风电场仿真模型的风电场接口与所述电网仿真模型的电风接口间的实际线路电抗值L，将t时刻风电场至电网间的电气关系描述为：
L di/dt＝Ug(t)-Uf(t) (1)
式(1)中，i为流过风电场与电网间电感的电流，Ug(t)与Uf(t)分别为t时刻电网仿真模型的电网接口电压和风电场仿真模型的风电场接口电压；
步骤S4，测试电网平台与风电场平台间的固有延时t1，对风电场与电网间的电感关系进行离散化，离散过程通过式(2)进行：
Figure FDA0002747602750000011
式(2)中，t1为实际线路传输的固有延时，t-t1表示固有延时的前一时刻；
步骤S5，计算电感关系离散化后风电场与电网间的电压差，表示为：
Figure FDA0002747602750000012
步骤S6，根据离散化的电压差结果对风电场与电网间的线路进行t时刻的系统分割，将离散化后的电压差前三项
Figure FDA0002747602750000013
分入风电场仿真模型中，对风电场仿真模型进行实时校正；
将离散化后的电压差后三项
Figure FDA0002747602750000014
分入电网仿真模型中，对电网仿真模型进行实时校正；
步骤S7，基于t时刻的系统分割，采用实时校正的风电场仿真模型和电网仿真模型，在仿真机中进行实时的电磁暂态联合仿真。
2.根据权利要求1所述的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，所述风电场仿真模型采用当前风电场的真实风电机组主电路、箱式变电站、变压器及相关参数。
3.根据权利要求2所述的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，所述风电场仿真模型的构建，采用RT-LAB软件实现。
4.根据权利要求1所述的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，构建的所述电网仿真模型，包括等值电源、传输线路、变压器及负载。
5.根据权利要求4所述的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，所述电网仿真模型的构建，采用Hypersim软件实现。
6.根据权利要求1所述的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，所述离散后的电压差前三项与后三项分别等效为等效电阻、增益电流和受控电压源。
7.根据权利要求1所述的风电场接入电网的电磁暂态联合仿真方法，其特征在于，步骤S7电磁暂态联合仿真，电网电磁暂态实时仿真系统利用Hypersim软件编译下载到OP5600实时仿真机中实时运行，将所述风电场电磁暂态实时仿真系统利用RT-LAB软件编译下载到另一台OP5600实时仿真机，连接风机真实控制系统实时运行；将两台OP5600实时仿真机分别连接两台OP5607仿真机，两台5607仿真机间通过光纤进行通讯和数据传输。
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