一种基于FPGA和RTDS联合的光伏电站实时仿真方法及系统与流程

本发明属于电网仿真技术，具体涉及一种基于fpga和rtds联合的光伏电站实时仿真方法及系统。

背景技术：

1、电力系统仿真是电力工程中的重要组成部分，用于模拟和分析电力系统的运行和性能。在过去的几十年中，随着电力系统的复杂性和规模的增长，仿真技术也不断发展和完善。现有的仿真方法包括离线仿真和实时仿真，可以应用于电力系统的设计、分析、优化和故障诊断等方面。

2、随着可再生能源，特别是光伏发电的广泛应用，对这些能源系统的准确仿真变得越来越重要。现有的仿真技术需要处理诸多挑战，例如光伏电池的非线性特性、天气条件的变化、电网与可再生能源系统的复杂交互等。

3、rtds(real-time digital simulator)是一种用于电力系统实时仿真的工具，通过rtds可以在实时或近实时条件下模拟电力系统的操作。然而，rtds在处理某些高度复杂的系统时可能会遇到限制，例如某些高精度或大规模的可再生能源系统仿真。fpga(现场可编程门阵列)是一种可以用于实现数字电路的半导体设备，可以进行高度并行的计算，是实现复杂算法和进行高性能计算的理想选择。

4、目前已有相关研究使用rtds和fpga进行联合仿真，不同的仿真工具或平台被用于模拟不同的系统组件，这种方法可以充分利用各种工具的优势，但是系统之间的交互协同仍存在挑战。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种基于fpga和rtds联合的光伏电站实时仿真方法及系统，通过线路解耦把电网模型分割成可在不同仿真单元上独立运行的部分，大幅度提高仿真的实时性和准确性。

2、本发明提供的一种基于fpga和rtds联合的光伏电站实时仿真方法，包括：

3、构建光伏电站模型；

4、对光伏电站模型进行线路解耦确定解耦点；

5、根据解耦点把光伏电站模型分割为电网模型和光伏场站模型；

6、连接fpga模块和rtds，由fpga模块对光伏场站模型仿真，rtds对电网模型仿真；

7、基于电网模型和光伏场站模型在fpga模块和rtds中进行光伏电站模型的实时联合仿真。

8、进一步地，对光伏电站模型进行线路解耦确定解耦点包括：

9、根据仿真步长确定解耦线路的最小解耦长度；

10、根据最小解耦长度确定光伏电站模型中满足解耦条件的线路；

11、对于满足解耦条件的线路，根据线路的等效电气参数计算线路的发送端信号表示和接收端信号表示；

12、根据各线路的发送端信号表示和接收端信号表示对光伏电站模型的线路进行解耦，确定解耦点。

13、进一步地，根据仿真步长确定解耦线路的最小解耦长度包括：

14、根据光速和仿真步长计算最小解耦长度，有如下表达式：

15、ldecouple＝c×δt

16、其中，ldecouple表示最小解耦长度，c表示光速，δt表示仿真步长。

17、进一步地，根据线路的等效电气参数计算线路的发送端信号表示和接收端信号表示包括：

18、根据线路的等效电气参数计算第一参数，有如下计算过程：

19、z＝zc+r/4

20、

21、其中，z和h表示第一参数，c表示线路的等效电容，r表示线路的等效电阻；

22、根据第一参数和线路的等效电感计算发送端信号表示如下：

23、

24、其中，ish(t)表示t时刻的发送端电流信号，er(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电压信号，es(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电压信号，irh(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电流信号，ish(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电流信号，c表示线路的等效电感；

25、根据第一参数和线路的等效电感计算接收端信号表示如下：

26、

27、其中，irh(t)表示t时刻的接收端电流信号，es(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电压信号，er(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电压信号，ish(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电流信号，irh(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电流信号，c表示线路的等效电感。

28、进一步地，上述方法还包括：

29、分析各解耦点对系统动态和稳态性能的影响，得到分析结果；

30、根据分析结果确定符合解耦要求的解耦点。

31、进一步地，fpga模块与rtds使用aurora协议通信。

32、进一步地，连接fpga模块和rtds包括：

33、根据光伏电站模型确定光纤带宽；

34、使用符合所述光纤带宽的光纤把fpga模块与rtds进行物理连接；

35、根据aurora协议配置fpga模块与rtds的连接端口。

36、本发明提供一种基于fpga和rtds联合的光伏电站实时仿真系统，包括：

37、模型构建单元，被配置为构建光伏电站模型；

38、线路解耦单元，被配置为对光伏电站模型进行线路解耦确定解耦点；

39、模型分割单元，被配置为根据解耦点把光伏电站模型分割为电网模型和光伏场站模型；

40、仿真单元，包括fpga模块和rtds，fgpa模块与rtds通过i/o接口连接，fpga模块对光伏场站模型仿真，rtds对电网模型仿真，仿真单元被配置为基于电网模型和光伏场站模型在fpga模块和rtds中进行光伏电站模型的实时联合仿真。

41、进一步地，线路解耦单元被配置为对光伏电站模型进行线路解耦确定解耦点时，具体执行如下过程：

42、根据仿真步长确定解耦线路的最小解耦长度；

43、根据最小解耦长度确定光伏电站模型中满足解耦条件的线路；

44、对于满足解耦条件的线路，根据线路的等效电气参数计算线路的发送端信号表示和接收端信号表示；

45、根据各线路的发送端信号表示和接收端信号表示对光伏电站模型的线路进行解耦，确定解耦点。

46、进一步地，线路解耦单元执行根据线路的等效电气参数计算线路的发送端信号表示和接收端信号表示时，具体有如下过程：

47、根据线路的等效电气参数计算第一参数，有如下计算过程：

48、z＝zc+r/4

49、

50、其中，z和h表示第一参数，c表示线路的等效电容，r表示线路的等效电阻；

51、根据第一参数和线路的等效电感计算发送端信号表示如下：

52、

53、其中，ish(t)表示t时刻的发送端电流信号，er(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电压信号，es(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电压信号，irh(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电流信号，ish(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电流信号，c表示线路的等效电感；

54、根据第一参数和线路的等效电感计算接收端信号表示如下：

55、

56、其中，irh(t)表示t时刻的接收端电流信号，es(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电压信号，er(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电压信号，ish(t-τ)表示t-τ时刻的发送端电流信号，irh(t-τ)表示t-τ时刻的接收端电流信号，c表示线路的等效电感。

57、从以上的技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

58、本发明提供一种基于fpga和rtds联合的光伏电站实时仿真方法及系统，用于对光伏电站进行实时仿真，根据电站线路结构确定合理的线路解耦点，把光伏电站模型分割成电网模型和光伏场站模型，分割的线路模型可以在不同的仿真工具上独立运行，其中光伏场站模型由fpga模块仿真，电网模型由rtds仿真，fpga模块和rtds集成连接对光伏电站模型进行实时的联合仿真，充分利用fgpa的高并行计算能力，并确保两个仿真工具之间数据交互的高速和低延迟，能大幅提高光伏发电站仿真的效率和精确度，为光伏电站实时仿真提供了一种高效、灵活且精确的解决方案，具有广泛的应用前景和实用价值。