CN114995190B - 一种风电机组全链路实时仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风电机组全链路实时仿真系统及仿真方法，其仿真系统包括：实时数字仿真器、风机模拟装置、风电机组主控制系统、风电机组变流器控制保护装置。本申请提供的仿真系统增加了风电机组主控系统与风速模拟装置，考虑到风电机组主控系统以及风速等因素对故障穿越特性的影响，可以最真实地反映实际风电机组的故障穿越特性，使得仿真结果更加准确，可以帮助更好地掌握风电机组的并网性能。

Description

一种风电机组全链路实时仿真系统及仿真方法

技术领域

本申请涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电机组全链路实时仿真系统及仿真方法。

背景技术

随着全球环境恶化的大环境下，人们对清洁能源的需求日益凸显，我国也投入了大量资源推动新能源技术的发展，其中，风力发电技术便是其中一项重要发展项目。

为研究风电机组变流器的故障穿越特性，测试风电机组的故障穿越特性是否满足国家标准要求，建立风电机组变流器控制保护装置硬件在环的实时仿真系统是最有效的方法之一。已有的实时仿真系统主要基于RTDS、RTLAB等实时数字仿真器，通过相应的接口装置接入风电机组变流器控制保护装置，构成一个闭环的仿真系统。具体如图1所示，但是，目前的仿真方法仅仅考虑了变流器控制保护装置，没有考虑到风电机组主控系统以及风速等因素对故障穿越特性的影响，导致基于实时仿真平台研究出来的故障穿越特性与现场存在差异，无法真实反应现场实际运行的风电机组故障穿越特性。

发明内容

本申请提供了一种风电机组全链路实时仿真系统及仿真方法，用于解决现有的实时仿真平台研究出来的故障穿越特性与现场存在差异，无法真实反应现场实际运行的风电机组故障穿越特性的技术问题。

为解决上述的技术问题，本申请第一方面提供了一种风电机组全链路实时仿真系统，其特征在于，包括：实时数字仿真器、风机模拟装置、风电机组主控制系统、风电机组变流器控制保护装置；

所述实时数字仿真器与所述风电机组变流器控制保护装置通信连接，其中，所述实时数字仿真器中搭载有风电机组一次模型，用于向所述风电机组变流器控制保护装置发送电压、电流和开关状态信息，所述风电机组变流器控制保护装置用于向实时数字仿真器发送PWM脉冲等信息；

所述风机模拟装置与所述实时数字仿真器双向通信连接，其中，所述风机模拟装置用于向实时数字仿真器发送特定风速条件下的机械功率信息，所述实时数字仿真器用于向风机模拟软件反馈风电机组转速信息；

所述风机模拟装置与所述风电机组主控制系统通信连接，其中，所述风速模拟装置中搭载有风速模拟工具，用于生成风速信息再将所述风速信息发送给所述风电机组主控制系统，使得所述风电机组主控制系统将接收到的所述风速信息转化为有功功率指令；

所述风电机组主控制系统与所述风电机组变流器控制保护装置通信连接，其中，所述风电机组主控制系统用于将所述有功功率指令发送给所述风 电机组变流器控制保护装置。

优选地，所述实时数字仿真器与所述风电机组变流器控制保护装置间具 体通过物理IO接口板卡通信连接。

优选地，所述风机模拟装置与所述风电机组主控制系统间具体通过物理IO接口板卡通信连接。

优选地，所述风电机组主控制系统与所述风电机组变流器控制保护装置间基于Modbus TCP/IP协议通信连接。

同时，本申请第二方面提供了一种风电机组全链路实时仿真方法，应用于如本申请第一方面提供的风电机组全链路实时仿真系统，包括：

通过风机模拟装置设置风速信息，由所述风机模拟装置基于所述风速信息生成机械功率信息；

由所述风机模拟装置将将所述风速信息发送给风电机组主控制系统，使得所述风电机组主控制系统将接收到的所述风速信息转化为有功功率指令，再由所述风电机组主控制系统将所述有功功率指令发送给风电机组变流器控制保护装置；

由所述风机模拟装置将所述机械功率信息发送至所述实时数字仿真器，使得所述实时数字仿真器基于所述机械功率信息模拟特定风速工况下的电压跌落工况和电压抬高工况，以测试风电机组的故障穿越特性。

优选地，所述特定风速工况具体包括大风工况与小风工况。

从以上技术方案可以看出，本申请的技术方案具有以下优点：

本申请提供的仿真系统增加了风电机组主控系统与风速模拟装置，考虑到风电机组主控系统以及风速等因素对故障穿越特性的影响，可以最真实地反映实际风电机组的故障穿越特性，使得仿真结果更加准确，可以帮助更好地掌握风电机组的并网性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有的风电机组变流器控制保护装置硬件在环的实时仿真系统示意图。

图2为本申请提供的一种风电机组全链路实时仿真系统的架构示意图。

图3为本申请提供的一种风电机组全链路实时仿真方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种风电机组全链路实时仿真系统及仿真方法，用于解决现有的实时仿真平台研究出来的故障穿越特性与现场存在差异，无法真实反应现场实际运行的风电机组故障穿越特性的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图2，本申请实施例提供了一种风电机组全链路实时仿真系统，其特征在于，包括：实时数字仿真器A、风机模拟装置B、风电机组主控制系统C、风电机组变流器控制保护装置D；

实时数字仿真器A与风电机组变流器控制保护装置D通信连接，其中，实时数字仿真器A中搭载有风电机组一次模型，用于向风电机组变流器控制保护装置D发送电压、电流和开关状态信息，风电机组变流器控制保护装置D用于向实时数字仿真器A发送PWM脉冲等信息；

风机模拟装置B与实时数字仿真器A双向通信连接，其中，风机模拟装置B用于向实时数字仿真器A发送特定风速条件下的机械功率信息，实时数字仿真器A用于向风机模拟软件反馈风电机组转速信息；

风机模拟装置B与风电机组主控制系统C通信连接，其中，风速模拟装置中搭载有风速模拟工具，用于生成风速信息再将风速信息发送给风电机组主控制系统C，使得风电机组主控制系统C将接收到的风速信息转化为有功功率指令；

风电机组主控制系统C与风电机组变流器控制保护装置D通信连接，其中，风电机组主控制系统C用于将有功功率指令发送给风电机组变流器控制保护装置D。

进一步地，实时数字仿真器A与风电机组变流器控制保护装置D间具体通过物理IO接口板卡E通信连接。

进一步地，风机模拟装置B与风电机组主控制系统C间具体通过物理IO接口板卡E通信连接。

进一步地，风电机组主控制系统C与风电机组变流器控制保护装置D间基于ModbusTCP/IP协议通信连接。

需要说明的是，本申请通过建立风电机组全链路混合实时仿真系统，该系统包括：实时数字仿真器A、风机模拟装置B、风电机组主控制系统C、风电机组变流器控制保护装置D。

其中，本系统中各个组成部分间的连接关系为：实时数字仿真器A通过物理IO接口板卡E连接风电机组变流器控制保护装置D；风机模拟软件与实时数字仿真器A连接；风电机组主控制系统C物理IO接口板卡E与风机模拟软件连接；风电机组主控制系统C与风电机组变流器控制保护装置D连接。

其中，风机模拟软件通过广播通信方式与实时数字仿真器A连接，风机模拟软件向实时数字仿真器A发送机械功率信息，使得实时数字仿真器A根据该机械功率信息进行风电机组工况模拟，同时，实时数字仿真器A向风机模拟软件反馈仿真过程中的风电机组转速信息。

实时数字仿真器A向风电机组变流器控制保护装置D发送电压、电流和开关状态信息，风电机组变流器控制保护装置D根据接收到的电压、电流和开关状态信息，按照预设的风电机组变流器控制保护程序，向实时数字仿真器A反馈用于控制风电机组一次模型的PWM脉冲等信息。

风机模拟软件可以模拟风电机组气动部分和机械部分，通过模拟各种风速特性，风电机组主控制系统C将接受到的风速信息转化为有功功率指令，并将有功功率指令发送到风电机组变流器控制保护装置D，以完成风电机组 变流器控制保护装置D的控制保护功能设置。

本实施例提供的仿真系统增加了风电机组主控系统与风速模拟装置，考虑到风电机组主控系统以及风速等因素对故障穿越特性的影响，可以最真实地反映实际风电机组的故障穿越特性，使得仿真结果更加准确，可以帮助更好地掌握风电机组的并网性能。

以上内容为本申请提供的一种风电机组全链路实时仿真系统的一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种风电机组全链路实时仿真方法的一个实施例的详细说明。

请参阅图3，本申请第二个实施例提供了一种风电机组全链路实时仿真方法，应用于如本申请第一个实施例提供的风电机组全链路实时仿真系统，其方法包括：

步骤101、通过风机模拟装置设置风速信息，由风机模拟装置基于风速信息生成机械功率信息；

步骤102、由风机模拟装置将将风速信息发送给风电机组主控制系统，使得风电机组主控制系统将接收到的风速信息转化为有功功率指令，再由风电机组主控制系统将有功功率指令发送给风电机组变流器控制保护装置；

步骤103、由风机模拟装置将机械功率信息发送至实时数字仿真器，使得实时数字仿真器基于机械功率信息模拟特定风速工况下的电压跌落工况和电压抬高工况，以测试风电机组的故障穿越特性。

需要说明的是，首先，基于上一个实施例提及的风电机组全链路混合实时仿真系统，本实施例提供了与该系统对应的仿真方法，该方法的运行逻辑为：

首先，运行风电机组全链路混合实时仿真系统；

然后，在风机模拟装置中的风机模拟软件中设置一组风速信息，包括大风工况和小风工况；

在实时数字仿真器中模拟大风工况下的电压跌落和电压抬高工况，模拟小风工况下的电压跌落和电压抬高工况，测试风电机组的故障穿越特性。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理 解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部 分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本 质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种风电机组全链路实时仿真方法，其特征在于，所述方法基于一种 风电机组全链路实时仿真系统实施，所述风电机组全链路实时仿真系统，包 括：实时数字仿真器、风机模拟装置、风电机组主控制系统、风电机组变流 器控制保护装置，其中：

所述实时数字仿真器与所述风电机组变流器控制保护装置通信连接，其 中，所述实时数字仿真器中搭载有风电机组一次模型，用于向所述风电机组 变流器控制保护装置发送电压、电流和开关状态信息，所述风电机组变流器 控制保护装置用于向实时数字仿真器发送PWM脉冲等信息；

所述风机模拟装置与所述实时数字仿真器双向通信连接，其中，所述风 机模拟装置用于向实时数字仿真器发送特定风速条件下的机械功率信息，所 述实时数字仿真器用于向风机模拟软件反馈风电机组转速信息；

所述风机模拟装置与所述风电机组主控制系统通信连接，其中，所述风 速模拟装置中搭载有风速模拟工具，用于生成风速信息再将所述风速信息发 送给所述风电机组主控制系统，使得所述风电机组主控制系统将接收到的所 述风速信息转化为有功功率指令；

所述风电机组主控制系统与所述风电机组变流器控制保护装置通信连 接，其中，所述风电机组主控制系统用于将所述有功功率指令发送给所述风 电机组变流器控制保护装置；

该方法包括以下步骤：

通过风机模拟装置设置风速信息，由所述风机模拟装置基于所述风速信 息生成机械功率信息；

由所述风机模拟装置将将所述风速信息发送给风电机组主控制系统，使 得所述风电机组主控制系统将接收到的所述风速信息转化为有功功率指令， 再由所述风电机组主控制系统将所述有功功率指令发送给风电机组变流器控 制保护装置；

由所述风机模拟装置将所述机械功率信息发送至所述实时数字仿真器， 使得所述实时数字仿真器基于所述机械功率信息模拟特定风速工况下的电压 跌落工况和电压抬高工况，以测试风电机组的故障穿越特性。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组全链路实时仿真方法，其特征在 于，所述特定风速工况具体包括大风工况与小风工况。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组全链路实时仿真方法，其特征在 于，所述实时数字仿真器与所述风电机组变流器控制保护装置间具体通过物 理IO接口板卡通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组全链路实时仿真方法，其特征在 于，所述风机模拟装置与所述风电机组主控制系统间具体通过物理IO接口板 卡通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组全链路实时仿真方法，其特征在 于，所述风电机组主控制系统与所述风电机组变流器控制保护装置间基于 ModbusTCP/IP协议通信连接。

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