隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的快速增長(zhǎng)，風(fēng)電的滲透率越來越高，而其出力的隨機(jī)性、不確定性和間歇性導(dǎo)致系統(tǒng)的功率波動(dòng)進(jìn)一步擴(kuò)大，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了諸多新的挑戰(zhàn)?？紤]到風(fēng)電送出的實(shí)際情況，搭建一套考慮大規(guī)模分布式風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)直流外送并網(wǎng)精準(zhǔn)并且有效的測(cè)試與驗(yàn)證平臺(tái)，可以方便的開展關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃、消納能力、次同步振蕩、虛擬同步及優(yōu)化調(diào)度等問題的深入研究，探索“源–網(wǎng)–荷”靈活互動(dòng)與自主交互模式，解決大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)友好并網(wǎng)的問題。

該系統(tǒng)方案結(jié)合了科梁公司RT-LAB及Hypersim兩大旗艦實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，其中借助HyperSim強(qiáng)大的大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真能力和優(yōu)勢(shì)以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)直流及特高壓直流輸電，而借助RT-LAB特有及專業(yè)的電力電子仿真能力模擬大規(guī)模分布式風(fēng)電場(chǎng)，考慮合適的解耦位置，兩者通過高速光纖通訊進(jìn)行自然解耦，從而完成大規(guī)模分布式風(fēng)力發(fā)電經(jīng)直流外送并入大電網(wǎng)場(chǎng)景的精準(zhǔn)而有效的實(shí)時(shí)仿真模擬，開展系統(tǒng)級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)問題研究。

組成與原理

該系統(tǒng)分為RT-LAB及Hypersim兩大仿真平臺(tái)，各個(gè)仿真平臺(tái)主要包括多核CPU、多FGPA擴(kuò)展及開發(fā)主機(jī)。其中CPU為主要的計(jì)算單元，可以完成較大規(guī)模新能源風(fēng)場(chǎng)模型、傳統(tǒng)直流及特高壓直流模型的計(jì)算、CAN通訊、串口通訊、TCP/IP、IEC61850通訊等多種不同的通訊實(shí)現(xiàn)，而FPGA具備高速的硬件計(jì)算能力，主要負(fù)責(zé)一些高精度的模型計(jì)算、高速的IO及光纖通訊管理，CPU與FPGA采用了高速的PCIe總線進(jìn)行實(shí)時(shí)的通訊，同時(shí)也可以通過該總線擴(kuò)展一些PCIe擴(kuò)展裝置。各自的開發(fā)主機(jī)則完成不同平臺(tái)的模型開發(fā)、離線驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)管理、數(shù)據(jù)管理及模型運(yùn)行監(jiān)控等。

此兩大平臺(tái)基于由OPAL-RT開發(fā)的同一套硬件平臺(tái)，可以方便的實(shí)現(xiàn)兩大仿真平臺(tái)的互聯(lián)，同時(shí)也可以單獨(dú)的完成各自的仿真任務(wù)。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

功能與規(guī)格

該應(yīng)用方案包括的主要設(shè)備、功能及主要指標(biāo)如下表所示。

其中RT-LAB側(cè)OP5607可以根據(jù)需要仿真風(fēng)場(chǎng)詳細(xì)值的臺(tái)數(shù)而配置不同的數(shù)量。一臺(tái)Dolphin轉(zhuǎn)換機(jī)可以最多擴(kuò)展8臺(tái)OP5607，如果需要仿真更多風(fēng)機(jī)詳細(xì)值模型也可以配置多個(gè)Dolphin轉(zhuǎn)換機(jī)。

應(yīng)用方案

該應(yīng)用方式為采用詳細(xì)值風(fēng)場(chǎng)模型，模擬大規(guī)模分布式風(fēng)力發(fā)電通過特高壓直流輸電并入大電網(wǎng)的場(chǎng)景。為了更加精確的模擬該場(chǎng)景，采用了RT-LAB與HYPERSIM聯(lián)合仿真的方案，如此可以充分的利用各自在電力電子領(lǐng)域和電力系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)單一平臺(tái)無法或者很難精確模擬的場(chǎng)景，與此同時(shí)為了獲得更加可靠的仿真精度與結(jié)果，系統(tǒng)采用了接入多臺(tái)風(fēng)機(jī)控制器和傳統(tǒng)直流控制保護(hù)裝置的半實(shí)物仿真方案。該應(yīng)用方案系統(tǒng)具有層次清晰、擴(kuò)展性強(qiáng)、功能具體等諸多優(yōu)勢(shì)，并且通過聯(lián)合仿真，可以對(duì)實(shí)際中很多難以解決或描述的問題進(jìn)行更為精確的仿真分析和研究。

圖2 大規(guī)模分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用示意圖