大型风电机组实时运行控制联合仿真平台及其构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风力发电技术领域，具体地，设及一种大型风电机组实时运行控制联 合仿真平台及其构建方法。
【背景技术】
[0002] 完整的风电整机运行控制模型包括气动机械模型和电气部分模型。常用电力系统 仿真软件中采用的气动机械模型不够详细。GHBladed是一款用于风机气动和机械计算的 专业风机设计软件，但是其电气部分模型较为简单，无法计及变流器动态，且电气模型的可 拓展性较差。
[0003]RTDS仿真平台，全称为实时数字仿真仪巧ealTimeDigitalSimulator)，是一种 专口设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，比较适合建立精确、详细的风电机组 电气部分模型。
[0004] 目前尚少见考虑详细风电机组模型的实时联合仿真平台，在Bladed中建立风电 机组机械部分和气动部分模型，在RTDS中建立风电机组电气部分的模型，通过PLC实现二 者之间的变量交互和通讯，从而建立基于RTDS与Bladed的风电机组实时运行控制联合仿 真平台，所建立的联合仿真平台可W充分发挥二者的优势，使得风机整机运行控制模型可 W实时运行，且更加详细、完整。
[0005] 目前已有的联合仿真方案采用Bladed与Matlab的联合仿真，该方案采用命名管 道技术、Matl油E：ngine技术设计出交互软件，使得GHBladed和Matl油能够同步对风力 发电机进行仿真，进一步扩展了GHBladed的分析功能，方便了外部控制器的设计。（参见 刘兴华，敬维，林威.GHBladed和Matl油的交互软件设计及风力发电机的独立变奖控制器 仿真研究，中国电机工程学报，2013,V0L33 (22) : 83-90)
[0006] 但上述现有技术的缺点是提供的是非实时的联合仿真平台，无法对主控和变流器 控制器进行硬件在环验证，另外其电气模型仍然不是详细模型，无法精确描述电磁暂态响 应，无法应用于新型拓扑结构和复杂电网情况的模拟。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大型风电机组实时运行控制联 合仿真平台及其构建方法，可用于风机主控和变流器控制器的硬件在环测试，能应用于新 型拓扑结构和复杂电网情况的模拟。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台构建 方法，所述方法为：在Bladed中建立风电机组机械部分和气动部分模型，在RTDS(实时数字 仿真仪）中建立风电机组电气部分的模型；RTDS是实时运行的，计算机性能足够的条件下 Bladed内置的硬件测试模块（GHHardwareTest模块）可W保证Bladed实时运行，Bladed 与RTDS之间通过化C(可编程逻辑控制器）进行变量交互和通讯，实现完整的闭环控制。
[0010] 优选地，所述方法中，Bladed通过其计算机载体的w太网网口与化c的w太网组 件通过基于TCP^P的ADS协议进行通讯；PLC与RTDS通过各自的10板卡通过模拟电信号 进行通讯，实现了整个联合仿真平台数据的实时的双向通讯。
[0011] 进一步的，所述方法中，通讯用数据流为；Bladet硬件测试模块、化C、RTDS之间 依次为双向流动。硬件测试模块作为Bladed与PLC之间的硬件接口，可实现Bladed与化C 之间的数据交换；RTDS与PLC之间通过各自A0、AI互连，通过模拟电信号进行通讯。
[0012] 优选地，所述方法中，闭环控制为；完整的传动链的模型（包括发电机转子的运动 方程）建立在Bladed中，Bladed中的发电机实时转速《g通过PLC传递给RTDS后，直接 作为RTDS中发电机的转速输入；RTDS中发电机实时转矩Tg通过通讯传递给Bladed，直接 作为Bladed中当前的发电机转矩，从而形成完整的闭环控制。
[0013] 根据本发明的一个方面，提供一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台，所 述平台包括安装有Bladed软件的计算机、实时数字仿真仪（RID巧和可编程逻辑控制器 (PLC)，其中；
[0014] 所述安装有Bladed软件的计算机，用于在Bladed中建立风电机组机械部分和气 动部分模型；所述Bladed软件中自带硬件测试模块（GHHardwareTest模块），硬件测试模 块保证Bladed实时运行，并集成了多种通讯协议，是Bladed与其它设备数据交换的接口， 借助于細HardwareTest模块，Bladed与PLC通讯并最终实现与RTDS通讯；
[0015]所述实时数字仿真仪（RTDS)，用于建立风电机组电气部分的模型和变流器及变奖 控制模型，其配套的GTA0和GTAI板卡通过模拟电信号与PLC通讯并最终实现与RTDS通 讯；
[0016] 所述PLC用于通讯，将ADS协议传过来的Bladed的数据信号转化为化CA0卡上 经过标定的模拟电信号，并将化CAI卡接收得到的标定的模拟电信号转化为数据信号；
[0017] 上述RTDS是实时运行的，计算机性能足够的条件下Bladed内置的硬件测试模块 可W保证Bladed实时运行，Bladed与RTDS之间通过PLC进行实时的变量交互和通讯，实 现完整的闭环控制，且整个平台是实时运行的。
[0018] 优选地，所述安装有Bladed软件的计算机，其中Bladed软件包括两部分；
[0019] Bladed计算主模块，其包括内建的风速模型和气动及机械部分模型，气动及机械 部分模型包括风力机叶片、风力机气动模型、传动系统模型和塔架、机舱等机械部分模型；
[0020] Bladed自带的GH化rdwareTest模块，该模块能够调用计算机的W太网网口进行 通讯，计算机W太网网口与PLC的W太网网口之间通过网线和交换机互联，并W基于TCP/ IP的TwincatADS协议的方式进行通信。
[0021] 进一步的，所述細HardwareTest模块与PLC之间至少包含W下基本通讯变量： 奖距角给定0 *(从PLC到Bladed)、发电机实时转矩Tg(从PLC到Bladed)、发电机实时转 速《g(从Bladed到化C)、风速V,(从Bladed到化C)、输出电功率P(从Bladed到化C)。 需要说明的是，W上变量是构成联合仿真平台所需的基本变量，有特殊应用需要时可W增 加其他的通讯变量。
[0022]优选的，所述Bladed内部的基本的数据流向是；GH化rdwareTest模块通信接 口从PLC接收到的奖距角指令0*传递给Bladed计算主模块的风力机叶片，GHHardware Test模块通信接口从PLC接收到的发电机实时转矩Tg传递给Bladed计算主模块中传动系 统模型的发电机质量块，GHHardwareTest模块接收来自Bladed计算主模块的风速V,、输 出电功率P和发电机实时转速《S，接收到的数据信号通过ADS通讯协议传至化C，由PLC将 数据信号转化为模拟电信号与RTDS通讯。
[0023] 进一步的，所述RTDS中包括S部分；
[0024] 电气部分主电路，包括发电机、变流器及其保护电路、滤波器、变压器、线路、电网 模型；该电气部分主电路用于真实模拟风电机组的电气部分，电气部分主电路所关注节点 处的电流、电压信号可供采集并传给变流器及变奖控制模块，同时主电路