一种风电机组电磁暂态仿真方法及系统与流程

本发明涉及用于新能源发电仿真领域，具体涉及一种风电机组电磁暂态仿真方法及系统。

背景技术：

目前现有的弱电网特高压直流送出系统的风电机组故障穿越控制策略、电压耐受能力及无功/电压控制策略对直流送出能力有较大的制约，直流送端电网薄弱、支撑能力不足，直流换相失败、闭锁等故障容易引起大量风电机组连锁脱网。由于风电机组、风电基地动态无功补偿装置调压特性复杂、控制目标分散、缺乏协调控制，实际电网中风电基地整体呈现与常规电源相反的调压特性，电网适应性不强。

针对以上问题，亟需通过分析风电机组动态特性，提出优化控制策略，提升弱电网特高压直流输电送端风电基地稳定水平。有利用建立风电场及控制系统模型仿真验证其性能，但仿真结果误差较大；还有利用现场实测曲线考核风电场并网性能，但测试方法受现场条件的限制，无法验证会工况下风电场功率控制系统性能。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的弱送端电网特高压直流与大型风电基地协调运行问题，本发明提供一种风电机组电磁暂态仿真方法。

本发明提供的技术方案是：

一种风电机组电磁暂态仿真方法，所述方法包括：

获取变流器资料；

基于所述变流器资料和预先构建的风电机组电磁暂态模型设置仿真试验得到风电机组电磁暂态特性；

所述预先构建的风电机组电磁暂态模型为：由动态链接库模型构建的纯数字风电机组电磁暂态模型。

优选的，所述风电机组电磁暂态模型的构建包括：

基于控制硬件仿真实验构建控制在环模型；

基于所述控制在环模型构建动态链接库模型；

进行型式试验、控制在环模型和动态链接库模型的校核，当校核通过后将所述动态链接库模型设为风电机组电磁暂态模型。

优选的，所述基于控制硬件仿真实验构建控制在环模型包括：

s101：构建初始控制在环模型；

s102：进行型式试验与初始控制在环模型校核；

s103：校核通过则完成控制在环模型的构建，否则修改模型参数执行步骤s102。

优选的，所述s101：构建初始控制在环模型，包括：

基于采集到的变流器资料搭建fpga模型；

所述fpga模型实现离线运行，否则修改fpga模型；

基于所述fpga模型搭建cpu模型；

所述cpu模型实现离线运行，否则修改cpu模型。

优选的，所述进行型式试验与控制在环模型校核，包括：

由所述风电机组控制硬件在环模型、风电机组变流器控制器和实时仿真器构成风电机组控制硬件在环电磁暂态仿真平台，基于所述仿真平台进行低电压穿越和高电压穿越仿真试验，并记录仿真曲线；

由同型号风电机组在相同工况下完成的现场型式试验得到的风电机组特性曲线与所述仿真曲线进行校核；

通过不断修正风电机组控制硬件在环模型参数直到误差在预设范围内时停止修正。

优选的，所述基于所述控制在环模型构建动态链接库模型，包括：

s201：构建初始动态链接库模型；

s202：进行控制在环与初始动态链接库模型校核；

s203：校核通过则完成动态链接库模型的构建，否则修改模型参数执行步骤s202。

优选的，所述构建初始动态链接库模型，包括：

基于控制在环模型添加纯数字控制器模块替代真实控制器；

将风电机组变流器控制器程序编译、修改成符合动态链接库模型规范的源代码植入所述纯数字控制器模块中；

将所述纯数字控制器模块源代码生成可用于cpu实时仿真器在线运行的库文件；

在线运行调试动态链接库模型保证加载的库文件运行特性与源代码模型运行特性一致。

优选的，所述s202：进行控制在环与初始动态链接库模型校核，包括：

基于风电机组动态链接库模型和实时仿真器搭建纯数字cpu实时仿真平台，基于所述纯数字cpu实时仿真平台进行低电压穿越和高电压穿越仿真试验，得到动态链接库模型仿真曲线；

由与所述动态链接库模型的同型号的校核后的风电机组控制硬件在环模型进行试验得到控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线进行校核；

将所述控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线与所述动态链接库模型仿真曲线进行校核，不断修正所述风电机组动态链接库模型的系统参数和控制参数，直到在允许的误差范围内时停止修正。

优选的，所述进行型式试验、控制在环模型和动态链接库模型的校核，当校核通过后将所述动态链接库模型设为风电机组电磁暂态模型，包括：

通过风电机组行型式试验得到的特性曲线、控制在环模型得到的仿真曲线以及动态链接库模型得到的仿真曲线进行校核，在允许的误差范围内三线合一，则所述动态链接库模型作为风电机组电磁暂态模型。

一种风电机组电磁暂态仿真系统，所述系统，包括：

获取模块：用于获取变流器资料；

试验模块：用于基于所述变流器资料和预先构建的风电机组电磁暂态模型设置仿真试验得到风电机组电磁暂态特性；

所述预先构建的风电机组电磁暂态模型为：由动态链接库模型构建的纯数字风电机组电磁暂态模型。11、如权利要求10所述的一种风电机组电磁暂态仿真系统，其特征在于，所述试验模块，包括：控制在环模型构建子模块和动态链接库模型构建子模块构建；

所述控制在环模型构建子模块，包括：

s101：构建初始控制在环模型；

s102：进行型式试验与初始控制在环模型校核；

s103：校核通过则完成控制在环模型的构建，否则修改模型参数执行步骤s102：

所述动态链接库模型构建子模块，包括：

s201：构建初始动态链接库模型；

s202：进行控制在环与初始动态链接库模型校核；

s203：校核通过则完成动态链接库模型的构建，否则修改模型参数执行步骤s202；

优选的，所述控制在环模型构建子模块，还包括第一校验单元：

由所述风电机组控制硬件在环模型、风电机组变流器控制器和实时仿真器构成风电机组控制硬件在环电磁暂态仿真平台，基于所述仿真平台进行低电压穿越和高电压穿越仿真试验，并记录仿真曲线；

由同型号风电机组在相同工况下完成的现场型式试验得到的风电机组特性曲线与所述仿真曲线进行校核；

通过不断修正风电机组控制硬件在环模型参数直到误差在预设范围内时停止修正。

优选的，所述动态链接库模型构建子模块，还包括第二校验单元：

基于风电机组动态链接库模型和实时仿真器搭建纯数字cpu实时仿真平台，基于所述纯数字cpu实时仿真平台进行低电压穿越和高电压穿越仿真试验，得到动态链接库模型仿真曲线；

由与所述动态链接库模型的同型号的校核后的风电机组控制硬件在环模型进行试验得到控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线进行校核；

将所述控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线与所述动态链接库模型仿真曲线进行校核，不断修正所述风电机组动态链接库模型的系统参数和控制参数，直到在允许的误差范围内时停止修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种风电机组电磁暂态仿真方法，所述方法包括：获取变流器资料；基于所述变流器资料和预先构建的风电机组电磁暂态模型设置仿真试验得到风电机组电磁暂态特性；所述预先构建的风电机组电磁暂态模型为：由动态链接库模型构建的纯数字风电机组电磁暂态模型。通过本发明提供的技术方案建立风电场及控制系统模型仿真准确验证风电机组的电磁暂态特性，解决了仿真结果误差较大的问题。

2、本发明提供的技术方案可以准确分析新能源基地风电机组暂态运行特性，从而提出合理的新能源并网设备运行控制策略，提升高比例新能源电网的安全稳定运行水平。

附图说明

图1为本发明的一种风电机组电磁暂态方法的流程示意图；

图2为本发明的风电机组控制在环仿真系统连接示意图；

图3为本发明的风电机组控制硬件在环仿真建模流程图；

图4为本发明的动态链接库建模流程图；

图5为本发明的基于风电机组电磁暂态模型管理流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

本发明提出了一种风电机组电磁暂态仿真方法如图1所示，所述方法包括：

获取变流器资料；

基于所述变流器资料和预先构建的风电机组电磁暂态模型设置仿真试验得到风电机组电磁暂态特性；

所述预先构建的风电机组电磁暂态模型为：由动态链接库模型构建的纯数字风电机组电磁暂态模型。

本发明以风电机组型式试验与控制在环模型校核、控制在环与动态链接库模型校核、型式试验控制在环动态链接库三线校核三个内容为主要步骤，提出了一种基于控制硬件在环的风电机组电磁暂态方法，具体流程如图5所述：

(1)风电机组型式试验与控制硬件在环模型校核

①风电机组控制硬件在环仿真建模如图2所示：

在控制硬件在环(chil，control-hardware-in-the-loop)仿真试验中，以仿真模型替代了实际设备或环境，该模型通过接口与真实的控制器一起构成了闭环测试系统，对难以建立数学模型的部件可保留在闭环系统中，如此即可在实验室环境下完成对控制器的测试，并可开展极限测试、故障测试及在实际的环境下费用高昂或不能开展的测试等。

风电机组控制硬件在环仿真建模工作主要包括前期电机组变流器资料的搜集、fpga模型和cpu模型的搭建与修改、实现风电机组控制硬件在环模型的在线运行，流程如图3所示：

②型式试验与控制硬件在环模型校核

依托风电机组整机厂商提供的和现场运行同型号的风电机组变流器控制器、实时仿真器和本节①中风电机组控制硬件在环模型，搭建完成风电机组控制硬件在环电磁暂态仿真平台，开展低电压穿越和高电压穿越仿真试验，并记录仿真曲线。在此仿真过程中，要求控制器的控制策略及控制参数和现场运行机组完全一致。随后，利用同型号风电机组在相同工况下完成的现场型式试验的低电压穿越和高电压穿越特性测试曲线，与控制硬件在环仿真特性曲线进行对比，开展风电机组控制硬件在环电磁暂态模型校核。在校核过程中，需要不断对风电机组电磁暂态模型参数进行修正，最终实现控制在环仿真曲线与型式特性曲线误差满足要求。

(2)控制在环与动态链接库模型校核

①动态链接库建模方法

动态链接库采用控制源代码加密与封装技术，实现了纯数字cpu模型代替控制硬件在环模型，具有投资小、受硬件条件约束少、系统仿真模型易于扩充、各种元件参数容易调节、可模拟各种极端和复杂运行环境和工作条件下的系统动态行为等特点。纯数字cpu实时仿真平台系统包括上位机开发平台和cpu实时仿真器，其中上位机开发平台用于搭建实时仿真对象模型，cpu实时仿真器用于实时仿真计算。

动态链接库建模主要工作包括：

1.在控制硬件在环模型基础上添加纯数字控制器模块替代真实控制器；

2.将风电机组变流器控制器程序编译、修改成符合动态链接库模型规范的源代码植入纯数字控制器模块中；

3.将纯数字控制器模块源代码生成可用于cpu实时仿真器在线运行的库文件；

4.在线运行调试动态链接库模型保证加载的库文件运行特性与源代码模型运行特性一致，具体流程如图4所示：

②控制在环与动态链接库模型校核

依托风电机组变流器动态链接库模型和实时仿真器，完成风电机组电磁暂态模型的纯数字cpu实时仿真平台搭建，开展风电机组动态链接库模型的低电压穿越和高电压穿越仿真试验，并记录特性曲线。之后，利用生成该动态链接库模型的同型号风电机组控制硬件在环试验特性曲线，通过修正模型的系统参数和控制参数，实现动态链接库模型和控制硬件在环模型仿真特性曲线误差满足要求，完成动态链接库模型的校核。

另外，在搭建纯数字cpu实时仿真平台时，应考虑支持运算能力的并行分布，这样配合仿真器上的i/o设备，能够在多台仿真器上扩展模型，以仿真器为单位模拟系统中互相关联的各个单独的子系统，为风电基地大规模联合仿真工作提供必要的扩展条件。

(3)型式试验控制在环动态链接库三线校核

将(1)、(2)步骤中得到的风电机组型式特性曲线、控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线以及动态链接库模型仿真曲线三根曲线进行校核，在允许的误差范围内三线合一，则该动态链接库模型就是本发明最终提供的基于控制硬件在环的风电机组电磁暂态仿真分析所需的纯数字cpu模型，该模型特性高度切合实际风电机组特性，能够在可接受的误差范围内真实反映风电机组电磁暂态特性。

本发明提供的基于控制硬件在环的风电机组电磁暂态方法，为风电机组电磁暂态建模工作提供了指导依据。

本发明以风电机组型式试验曲线为基准，先后完成风电机组控制硬件在环和动态链接库的模型校核工作，得到风电机组电磁暂态纯数字cpu模型。

该模型能够准确验证风电机组的电磁暂态特性、模拟现场实际运行工况、复现现场实际运行故障，同时起到了现场机组原型控制器在实时仿真平台留样的作用；另外，风电机组变流器的控制硬件在环模型和动态链接库模型可灵活设置更多工况，验证风电机组运行特性，成为现场型式试验的有益补充。

依托本发明提供的风电机组动态链接库模型，能够实现模型的规模化管理，进一步完成风电场等值建模以及风电基地实时仿真系统的搭建工作，为建设精准、可靠、经济的大型新能源基地和电网的联合仿真平台提供技术支撑，有助于快速、准确地解决大型新能源基地并网运行问题。

实施例2：

基于上述方法的同一构思提供一种风电机组电磁暂态仿真系统，所述系统，包括：

获取模块：用于获取变流器资料；

试验模块：用于基于所述变流器资料和预先构建的风电机组电磁暂态模型设置仿真试验得到风电机组电磁暂态特性；

所述预先构建的风电机组电磁暂态模型为：由动态链接库模型构建的纯数字风电机组电磁暂态模型。

所述试验模块，包括：控制在环模型构建子模块和动态链接库模型构建子模块构建；

所述控制在环模型构建子模块，包括：

s101：构建初始控制在环模型；

s102：进行型式试验与初始控制在环模型校核；

s103：校核通过则完成控制在环模型的构建，否则修改模型参数执行步骤s102：

所述动态链接库模型构建子模块，包括：

s201：构建初始动态链接库模型；

s202：进行控制在环与初始动态链接库模型校核；

s203：校核通过则完成动态链接库模型的构建，否则修改模型参数执行步骤s202；

所述控制在环模型构建子模块，还包括第一校验单元：

由所述风电机组控制硬件在环模型、风电机组变流器控制器和实时仿真器构成风电机组控制硬件在环电磁暂态仿真平台，基于所述仿真平台进行低电压穿越和高电压穿越仿真试验，并记录仿真曲线；

由同型号风电机组在相同工况下完成的现场型式试验得到的风电机组特性曲线与所述仿真曲线进行校核；

通过不断修正风电机组控制硬件在环模型参数直到误差在预设范围内时停止修正。

所述动态链接库模型构建子模块，还包括第二校验单元：

基于风电机组动态链接库模型和实时仿真器搭建纯数字cpu实时仿真平台，基于所述纯数字cpu实时仿真平台进行低电压穿越和高电压穿越仿真试验，得到动态链接库模型仿真曲线；

由与所述动态链接库模型的同型号的校核后的风电机组控制硬件在环模型进行试验得到控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线进行校核；

将所述控制硬件在环电磁暂态模型仿真曲线与所述动态链接库模型仿真曲线进行校核，不断修正所述风电机组动态链接库模型的系统参数和控制参数，直到在允许的误差范围内时停止修正。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。