源网联合实时仿真系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统中区域电网与各类电源间的实时仿真技术领域，具体而言，涉及一种源网联合实时仿真系统。

背景技术：

面对化石能源日益枯竭、环境污染、气候变化等人类共同的难题，大力开发利用风能、太阳能、生物质能等新能源，提升传统能源利用效率，已成为世界各国的基本共识和应对策略。作为国际化旅游城市，海南省对节能减排和环境保护有着更高的要求。截至2015年底，海南省风电总装机容量已达到31.1万千瓦，占总装机容量的5.3％。“十二五”期间，海南电网公司将投入250亿元加速海南电网建设，同时加快解决新能源、可再生能源、分布式综合供能系统有效接入电网的技术和经济政策问题，重点推动海上风电开发利用，预计到“十二五”末海南电网清洁能源发电装机比例将达50％以上。

目前，海南省已建有华能文昌风电场、东方感城风电场、东方风电场、儋州峨蔓风电场、中海油四更风电场等5个风电项目，海上风电预计可开发装机约500万千瓦。在太阳能发电方面，目前海南省已建有临高县20MW光伏并网示范工程，东方广坝50MW太阳能发电项目等多个大型光伏电站，临高县20MW光伏并网示范工程和东方广坝50MW太阳能发电项目均已经建成并网因此，风力发电与太阳能发电作为海南省目前主要的新能源发电型式，具有广阔的发展前景。

然而，以风电、太阳能发电为代表的新能源电力具有随机波动性、不确定性以及反调峰特性，而且这些特性随季节、气候、局部气象/地理条件等因素的变化而不同。特别是海南以旅游业为主，没有大型工业，负荷主要以居民用电负荷为主，这种负荷特性与风电的出力特性间的不一致性，即反调峰特性更为突出。同时，频率稳定问题是困扰海南电网运行的一个问题。而且海南受地理位置影响，易遭受飓风等极端天气的侵袭，这极易造成风电、光电等新能源电源的出力骤变，加剧频率稳定问题。因此，新能源电力规模化并网将对海南电网的运行控制提出了新的挑战。

目前，国内外已有很多针对新能源特性和电力系统分析控制方法的理论研究。但是，现有的电力系统仿真平台仅考虑电网的电磁暂态特性，尚没有能够统一考虑各种电源控制响应特性的全动力过程仿真平台，因此对于电网中新能源的接入量对电网安全稳定运行的影响很难给出切合实际的定量化分析结论。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种源网联合实时仿真系统，以至少解决相关技术中的电力系统仿真平台无法有效模拟各类电网及各类发电机组故障的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种源网联合实时仿真系统，包括：源侧仿真机集群、协调服务器、网侧实时数字仿真仪RTDS系统、电网能量管理系统EMS、自动发电控制AGC调度系统，其中，

所述源侧仿真机集群中的每个源侧仿真机分别与所述协调服务器连接；所述协调服务器与所述网侧RTDS系统连接；所述网侧RTDS系统分别与所述EMS和所述AGC调度系统连接；所述EMS与所述AGC调度系统建立通讯连接。

可选地，所述源侧仿真机集群包括以下至少之一：

一个或多个风电机组仿真机、一个或多个火电机组仿真机、一个或多个水电机组仿真机、一个或多个核电机组仿真机、一个或多个光伏发电机组仿真机。

可选地，所述风电机组仿真机包括：风模型模块、风力机模型模块、传动链模型模块、发电机模型模块、变流器模型模块。

可选地，所述火电机组仿真机包括：机组动态模型模块和协调控制系统，其中，

所述机组动态模型模块包括：锅炉动态单元、汽轮机动态单元、发电机动态单元；

所述协调控制系统包括：锅炉主控模块、汽机主控模块、汽轮机数字电液控制DEH模块、频差校正模块。

可选地，所述水电机组仿真机包括：AGC模块、电子调节器模块、执行机构模块、引水和泄水模块、水轮发电机组模块和测量模块。

可选地，所述核电机组仿真机包括：中子动态模型模块、堆芯燃料及冷却剂温度模型模块、一回路冷却剂管道模型模块、蒸汽发生器模型模块、冷却剂泵模型模块、反应堆功率控制系统模型模块、汽轮机模型模块、汽机调速器模型模块。

可选地，所述光伏发电机组仿真机包括：光伏电池组模型模块、直流-直流DC-DC模块、直流-交流DC-AC模块、滤波升压模块、逆变器控制模块和最大功率跟踪MPPT模块。

可选地，所述网侧RTDS系统通过GTFPGA接口卡与所述协调服务器连接。

可选地，所述网侧RTDS系统通过GTNET接口卡与所述EMS和所述AGC调度系统连接。

通过本实用新型，采用由源侧仿真机集群、协调服务器、网侧实时数字仿真仪RTDS系统、电网能量管理系统EMS、自动发电控制AGC调度系统构成的源网联合实时仿真系统，一方面通过源侧仿真机集群实现了各类发电机组的仿真，另一方面结合网侧RTDS系统实现了电网侧仿真。通过源网联合仿真，解决了相关技术中的电力系统仿真平台无法有效模拟各类电网及各类发电机组故障的问题，可以实现源、网、多级调度中心之间的全景式联合仿真，为大规模新能源并网后电网调度新机制的研究提供了条件。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的源网联合实时仿真系统的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的火电机组仿真机的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的水电机组仿真机的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的核电机组仿真机的结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的光伏发电机组仿真机的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种源网联合实时仿真系统。图1是根据本实用新型实施例的源网联合实时仿真系统的结构框图，如图1所示，该系统包括：源侧仿真机集群1、协调服务器2、网侧实时数字仿真仪RTDS系统3、电网能量管理系统EMS 4、自动发电控制AGC调度系统5，其中，

源侧仿真机集群1中的每个源侧仿真机分别与协调服务器2连接；协调服务器2与网侧RTDS系统3连接；网侧RTDS系统3分别与EMS 4和AGC调度系统5连接；EMS 4与AGC调度系统5建立通讯连接。

上述系统利用源侧仿真机集群1的火电、风电、抽水蓄能等源侧仿真机可以模拟实际机组的动态特性，网侧RTDS系统3提供实际电网的建模和仿真平台，EMS 4和自动发电控制AGC调度系统5可以模拟多级调度中心。通过上述系统可以实现源、网、多级调度中心之间的全景式联合仿真，为大规模新能源并网后电网调度新机制的研究提供条件。

RTDS系统具有高度并行计算能力、可扩展性和多种数据接口使其在大电网运行分析和闭环测试实验等方面具有前景，但由于模型差异、规模限制等因素，RTDS仿真模型一般来说是针对实际系统按照一定规则简化之后的等值系统。因此，可以结合现有RTDS硬件资源，首先在考虑保留电网动态特性的前提下，确定电网的保留区域及网架结构，进行网架部分的等值，外网部分则以无穷大电源的形式接入。然后再在RTDS仿真平台上进行实际电网等值系统的建模仿真，并通过修改参数、元件选型等操作，建立上述的网侧RTDS系统3，保证RTDS的仿真输出与实际电网保持一致。

EMS 4和AGC调度系统5在本实施例中作为模拟控制中心，接收来自网侧RTDS系统3的实时仿真数据。为实现RTDS仿真数据的分厂站接收和存储，可以在EMS 4上搭建实际电网等值系统的网络模型，包含搭建网络结构、设备元件参数的录入、厂站数据通道参数的设置等，并执行后续EMS计算模型的调整和验证，从而结合高级应用软件，为调度员做出正确的决策提供保障。

可选地，源侧仿真机集群1包括但不限于以下至少之一：一个或多个风电机组仿真机、一个或多个火电机组仿真机、一个或多个水电机组仿真机、一个或多个核电机组仿真机、一个或多个光伏发电机组仿真机。

可选地，风电机组仿真机包括：风模型模块、风力机模型模块、传动链模型模块、发电机模型模块、变流器模型模块。

例如，风电机组仿真采用分布式仿真机机群设计。在风力发电场中核心对象为风电机组，风电机组中根据功能不同分为以下模型：风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、变流器模块；除主要模块之外，还可以有各种辅助模块。

风电机组以风作为原动力，风速直接决定了风电机组的动态特性。在该仿真系统中，为了较精确描述风能的随机性和间歇性的特点，仿真系统中用四种成分来模拟：基本风、阵风、渐变风和随机风。也可从风电场SIS数据读取接口数据，使风电仿真机可以模拟实际的风力变化。

图2是根据本实用新型实施例的火电机组仿真机的结构示意图，如图2所示，可选地，火电机组仿真机包括：机组动态模型模块和协调控制系统，其中，机组动态模型模块包括：锅炉动态单元、汽轮机动态单元、发电机动态单元；协调控制系统包括：锅炉主控模块、汽机主控模块、汽轮机数字电液控制DEH模块、频差校正模块。

火电机组仿真机上建立的火电机组仿真模型是基于简化的非线性控制模型，实现机组的主要动态特性以及控制方案的模拟。与简单调速器模块相比，本实施例提供的火电机组仿真模型增加了机、炉动态特性，更能真实的反映机组的调节特性。仿真模型可以实现机组的正常运行、以及快速甩负荷等工况的模拟。

图3是根据本实用新型实施例的水电机组仿真机的结构示意图，如图3所示，可选地，水电机组仿真机包括：AGC模块、电子调节器模块、执行机构模块、引水和泄水模块、水轮发电机组模块和测量模块。电子调节器和执行机构构成水轮机调速器，电子调节器接收机组频率、功率和AGC系统的负荷给定信号并在内部实现频率和功率闭环调节，执行机构按一定特性将电子调节器的输出转换成主接力器行程偏差，从而控制机组功率、转速。

图4是根据本实用新型实施例的核电机组仿真机的结构示意图，如图4所示，可选地，核电机组仿真机包括：中子动态模型模块、堆芯燃料及冷却剂温度模型模块、一回路平均温度模型模块、蒸汽发生器模型模块、热线温度模型模块、冷线温度模型模块、反应堆功率控制系统模型模块、汽机模型模块、汽机调速器模型模块。

图5是根据本实用新型实施例的光伏发电机组仿真机的结构示意图，如图5所示，可选地，光伏发电机组仿真机包括：光伏电池组模型模块、直流-直流DC-DC模块、直流-交流DC-AC模块、滤波升压模块、逆变器控制模块和最大功率跟踪MPPT模块。光伏发电机组的输入为光照强度和温度，可以手动设置，也可以采用光伏电厂的实际数据作为输入，使光伏仿真机可以模拟实际光照和温度情况下的功率输出变化。

光伏发电机组仿真模型涉及到变步长的问题。电力电子元件为小步长元件(步长2μs)，太阳能电池模型和三相交流电源都属于大步长元件(步长50μs)，连接需要进行步长变换。

RTDS提供多种数据接口，用于实现其与外设之间的数据交换。由于常规的数模转换接口通常通道数不足，精度不同，为实现RTDS与EMS之间基于以太网的系统级闭环，RTDS系统侧数据输入输出通过RTDS/GTNET卡实现。

可选地，网侧RTDS系统通过GTFPGA接口卡与协调服务器连接。

可选地，网侧RTDS系统通过GTNET接口卡与EMS和AGC调度系统连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。