考虑风电系统低压穿越的变流器集群运行优化系统的制作方法

1.本发明涉及的是一种能源互联网领域的技术，具体是一种风电系统变流器集群运行的优化系统。


背景技术：

2.随着风电容量占电网总输电容量的比例的提高，在数字仿真中采用精确的模型能够对控制策略进行验证，通过实时仿真能够很快的验证海上风电集群并网里的一些控制策略，同时也能够针对不同规模的风机集群以及海上风电并网与储能协同运行进行仿真。半实物仿真又称为硬件在环回路仿真(hils)，是指在条件允许的情况下尽可能在仿真回路中接入实物。以实体取代相应部分的数学模型，这样更接近实际情况，从而得到更确切的消息。这种仿真实验将对象实体的动态特性通过建立数学模型、编程在计算机上运行。由于回路中接入实物，因此对仿真过程有“实时实地”的要求。即半实物仿真不仅需要实时运行，还要在相应的模拟环境下运行。半实物仿真通常是在模型里搭建被控对象，然后外接控制器实物，测试控制器的性能及验证控制器的功能。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术无法同时控制多台w-pet集群运行时的运行模式以及无法进行系统低电压穿越能力仿真测试的不足，提出一种风电系统变流器集群运行的优化系统，建立w-pet集群运行优化模型，采用多台两端口风电变流器集群的系统结构，并针对该系统提出协调控制策略，实现集群系统的高效和高可靠运行。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种风电系统变流器集群运行的优化系统，包括：依次连接的综自模块、风电变流器(w-pet)集群控制模块和w-pet控制器，其中：综自模块接收外部电网信息并输出调度信息至w-pet集群控制模块，w-pet集群控制模块输出w-pet控制信号至w-pet控制器并根据多时间尺度以实现局域网内的功率平衡和波动平抑，w-pet控制器根据w-pet各端口与外界电网交互功率、电压电流等电气量信息，进行集群系统总体效率最优化处理，得到w-pet各端口功率输出最优参考值，通过控制模块发出指令。
6.所述的外部电网信息包括：w-pet集群控制模块与外部电网之间的交换功率、电压和频率。
7.所述的多时间尺度包括：第一时间尺度依据负荷侧直流母线电压和交流母线频率，通过下垂控制以调整局域网内部负荷的功率；第二时间尺度通过分布式电源的功率自适应控制，局域网内部的分布式电源根据子网母线的交流频率或直流电压调整出力；第三时间尺度通过w-pet集群控制模块优化w-pet集群每个端口的控制参数以实现不同负载频率下w-pet最优能效时的功率分配；第四时间尺度通过w-pet集群控制模块平抑接入单个w-pet的功率波动。
8.所述的第一时间尺度和第二时间尺度协同控制局域网内部层面以实现对系统的
功率波动进行平抑。
9.所述的平抑接入单个w-pet的功率波动包括：通过集中规模化集成接入新能源和不同w-pet集群直接的互联互济、通过实时监测各个w-pet集群内新能源和负荷出力并调节w-pet集群间的互济功率参考值，实现对单个mw-pet集群端口功率波动平抑。
10.所述的互联互济是指：mw-pet各个集群之间互相连接，依据新能源出力和负荷水平，实时优化计算，调整mw-pet端口控制模式和功率参考值大小，实现mw-pet各个集群之间的功率互济。
11.所述的调节mw-pet集群间的互济功率参考值，依据综合自动化系统采集mw-pet集群系统运行数据，理论优化计算出第i台mw-pet的第j个端口传输有功功率值。
12.本发明涉及一种基于上述系统的能源互联网中电能路由器集群运行的优化方法，依据实测w-pet端口在不同负载率下的效率曲线，建立w-pet端口负载率-效率动态模型，依据最大集群系统总效率优化目标，设置优化变量和约束条件，得到多台mw-pet集群系统运行优化模型，得出w-pet各端口控制参数参考值，从而实现对电能路由器集群的工作性能优化。
13.所述的最大集群系统总效率是指：最大化的集群总效率其中：a为判断w-pet端口功率正向流动系数，功率流向正向时为1，负向时为0，b为判断w-pet端口功率反向流动系数，功率流向正向时为0，负向时为-1，p为w-pet端口流过的功率值，i表示第i台w-pet，最大值为m，j为w-pet的端口号，最大值为n，第i台w-pet的第j个端口的w-pet端口效率其中：x
ij
＝|p
ij
|/s
n,ij
，f
﹢
(x
ij
)为端口功率流向与正方向一致时的端口运行效率，f-(x
ij
)为端口功率流向与正方向相反时的端口运行效率，s
n,ij
为第i台w-pet的第j个端口额定容量。
14.所述的优化变量为w-pet的端口功率，即(n-1)(m-1)个p
ij
，其中：n为w-pet端口数，m为w-pet台数。
15.所述的约束条件，即设置每台w-pet的每个端口的功率平衡方程，具体为：每台w-pet的功率平衡方程为其中：ni为第i台w-pet的端口数，η
ij
为第i台w-pet的第j个端口效率，p
ij
为η
ij
为第i台w-pet的第j个端口传输有功，p
ij
＞0表示实际功率为w-pet内部母线流出端口方向，p
ij
＜0表示实际功率为w-pet端口流入内部母线方向；每个端口的功率平衡方程为其中：lj为第j个端口的净负荷，m为集群中并联的w-pet台数。技术效果
16.本发明通过w-pet集群运行的优化系统以及主动协调控制实现灵活电能路由和高
效能量管理，制定运行策略并下发给集群内的w-pet，实现容错切换、n-1负荷转移、w-pet端口重新投入，提升系统总运行效率2％。
附图说明
17.图1为本发明的系统示意图；
18.图2为实施例中海上风电并网半实物仿真架构图；
19.图3为实施例中两台w-pet的均分负载与集群优化最优负载效率曲线对比图。
具体实施方式
20.如图1所示，本实施例涉及一种w-pet集群运行的优化系统，包括：依次连接的综自模块、w-pet集群控制模块和用于执行指令实现w-pet各端口稳定运行的w-pet控制器，其中：综自模块向w-pet集群发送每个集群端口组的总功率或者电压控制参数，向可控电源发送功率控制参数，以实现功率优化控制、电压动态控制、频率二次调节、系统故障后恢复；w-pet集群控制模块由在高压交流电网上设置的多台能够即插即用的mw-pet组成，其端口接入能源采集设备、交流负荷和直流负荷，通过主动协调控制实现灵活电能路由和高效能量管理，制定运行策略并下发给集群内的w-pet，实现容错切换、n-1负荷转移、w-pet端口重新投入。
21.所述的能源包括：风、光、储能(电)。
22.本实施例通过上述系统进行优化，具体通过：实测w-pet端口在不同负载率下的效率曲线，建立w-pet端口负载率-效率动态模型，计算最大集群系统总效率、优化变量和约束条件，得到多台mw-pet集群系统运行优化模型，实现w-pet系统集群的优化。
23.所述的最大集群系统总效率是指：最大化的集群总效率其中：a为判断w-pet端口功率正向流动系数，功率流向正向时为1，负向时为0，b为判断w-pet端口功率反向流动系数，功率流向正向时为0，负向时为-1，p为w-pet端口流过的功率值，i表示第i台w-pet，最大值为m，j为w-pet的端口号，最大值为n，第i台w-pet的第j个端口的w-pet端口效率其中：x
ij
＝|p
ij
|/s
n,ij
，f
﹢
(x
ij
)为端口功率流向与正方向一致时的端口运行效率，f-(x
ij
)为端口功率流向与正方向相反时的端口运行效率，s
n,ij
为第i台w-pet的第j个端口额定容量。
24.所述的优化变量为w-pet的端口功率，即(n-1)(m-1)个p
ij
，其中：n为w-pet端口数，m为w-pet台数。
25.所述的约束条件，即设置每台w-pet的每个端口的功率平衡方程，具体为：每台w-pet的功率平衡方程为其中：ni为第i台w-pet的端口数，η
ij
为第i台w-pet的第
j个端口效率，p
ij
为η
ij
为第i台w-pet的第j个端口传输有功，p
ij
＞0表示实际功率为w-pet内部母线流出端口方向，p
ij
＜0表示实际功率为w-pet端口流入内部母线方向；每个端口的功率平衡方程为其中：lj为第j个端口的净负荷，m为集群中并联的w-pet台数。
26.如图2所示，本实施例针对海上风机并网性能测试，通过交流电网模拟故障验证风机低电压穿越的特性；交流电网、变压器及开关通过rt-lab搭建的模型来进行模拟；op5600仿真机通过io端口与控保装置进行通信。在模型中通过故障模块设置故障特性，在交流电网发生故障时，造成并网点电压跌落，故障电流变大，此在实时仿真机中通过io端口将此电气信号传送到功放，风电场通过信号采集装置发送给风电机组的控制器，其内部通过低电压控制策略调节，使风电场机组不脱网运行，并在故障切除后整个电力系统能够正常稳定运行。
27.对于低电压穿越试验，模型中通过设置故障触发模块和故障施加模块即可创造出低电压故障的环境，通过调节故障施加模块里的电阻，可调节电压跌落的范围；通过故障设置模块可以设置故障的类型，故障的持续时间等；通过调整故障施加模块所放的位置，可做多个故障点的故障类型。通过故障设置模块和故障模块可以为创造低电压穿越的试验环境，为低电压穿越试验提供试验环境，对低电压穿越策略进行验证。
28.经过具体实际实验，交流电网模型和风电场模型由高性能、高精度的rt-lab实时仿真平台进行模拟，rt-lab仿真平台中一个核可以模拟仿真6台风机，通过i/o端口和aurora通信接口将数据传给真实控制器，与真实的控制器之间实现通信。实施例中的端口负载率效率曲线依据w-pet生产厂家实测效率曲线获得，通过实测两两端口间空载时的效率曲线，求解得到w-pet单端口负载率效率曲线(负载率从0-100％，每10％一个间隔)，通过曲线拟合获得负载率-效率曲线数学模型。
29.本方法在多台多端口w-pet集群运行后，在任何新能源出力和负荷水平工况下，均能够得到最优负荷分配方案，使得集群系统的效率在优化后较负荷平均分担时的水平有显著提升，如图3所示，表示的是2台w-pet负载功率均分和集群寻优系统效率曲线对比图。
30.与现有技术相比，本方法通过主动协调控制实现灵活电能路由和高效能量管理，制定运行策略并下发给集群内的w-pet，实现容错切换、n-1负荷转移、w-pet端口重新投入，提升系统总运行效率2％。
31.实现对海上风电电力系统输出特性的关键指标和系统保护特性的检测和记录；同时，对于海上风电发电特性、发电效率及输出电能质量等关键问题进行研究，研究基于交流电网-风电场平台联合仿真方法及实时仿真技术，建立兼容硬件在环的联合仿真应用平台。基于该联合仿真平台，研究电网工况对风电场运行性能影响及风电机组并网特性评估技术，并实现工程应用。
32.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。