基于改进ITM接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统的制作方法

本发明涉及电力系统仿真领域，尤其涉及一种基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统。

背景技术：

1、随着双碳战略的深入推进，我国风电和光伏发电装机容量持续增长，可再生能源正逐步成为电力系统的重要组成部分，然而，高比例风光出力的随机性、波动性和间歇性特征，对厂网互动模式提出了严峻挑战——风光出力的不确定性加剧了电网频率偏差和功率平衡难度，影响厂网之间电力电量计划的执行精度和实时调控可靠性；采用多仿真平台联合实时仿真是分析风光接入对厂网互动影响的重要手段，通过将新能源场站侧与大电网侧分别在专用实时仿真器上运行并通过接口交互，可在实验室环境中高保真还原风光接入后发电侧与电网侧之间的复杂动态交互过程。

2、现有跨平台联合仿真技术在接口算法层面普遍采用理想变压器法进行电气量耦合，但该算法为条件稳定算法，要求电压输出侧等效阻抗模值小于电流反馈侧等效阻抗模值，而新能源场站侧的等效阻抗随出力水平、并网方式、控制策略切换等运行工况动态变化，极易突破itm算法的固有稳定边界，导致接口处产生数值振荡甚至仿真发散，并且，现有方法中，阻抗补偿法多采用物理侧串联电阻/电感的硬件补偿方式，参数调整灵活性差，前置滤波法采用固定截止频率的低通滤波器，一旦设置过低将牺牲系统带宽，且两者各自独立使用、未形成协同机制，降低了基于阻抗匹配状态实时调节补偿参数的自适应性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统，通过带前置滤波的阻抗补偿itm接口算法与三种工作模式自适应切换机制的协同，将条件稳定的标准itm接口算法提升为全局大范围稳定，有效解决了新能源场站阻抗宽范围动态变化导致的接口数值振荡问题，提升了风光接入厂网互动跨平台联合仿真的稳定性与精度。

2、本发明的技术方案是这样实现的：第一方面，本发明提供了一种基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统，包括：

3、平台构建模块，用于构建包括新能源场站仿真器和大电网仿真器的异构仿真平台，所述新能源场站仿真器用于模拟风电和光伏的动态控制特性，所述大电网仿真器用于模拟大电网的运行特性；

4、数据通信模块，用于在新能源场站侧仿真器和大电网侧仿真器之间建立串行通信链路，并在数据发送前与接收后分别执行字节序翻转与逆向还原，以确保数据传输的一致性；

5、数据交互模块，用于在两侧仿真器的仿真交互界面上，采用改进的itm接口算法进行电气量耦合，将新能源场站仿真器侧等效为受控电流源，大电网仿真器侧等效为受控电压源；所述改进的itm接口算法在电流反馈通道中设置可变截止频率的低通滤波器，并在两侧实时仿真器的数字模型中分别虚拟串联补偿阻抗，通过采样边界电压和电流更新受控源状态，实现两侧电气量的等效物理接口转换与数值稳定交互；

6、时序协同控制模块，用于在联合仿真启动时，控制新能源场站仿真器模型先启动并进行状态初始化，待完成初始化后控制大电网仿真器后启动。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述数据通信模块包括：

8、发送端字节翻转子模块，用于在新能源场站仿真器发送数据前，将待发送数据的原始内存字节序列由小端序翻转为大端序，并将翻转后的字节序列填入通信协议数据帧后发送，所述新能源场站仿真器采用speedgoat实时仿真器构建，其原生字节序为小端序；

9、接收端逆向还原子模块，用于在大电网仿真器接收到数据后，从通信链路接收到的大端序字节流中提取数据，将字节序列恢复为接收端原生的小端序内存布局，并通过类型重解释还原为原始数据类型，所述大电网仿真器采用rtds实时仿真器构建，其原生字节序为小端序，所述通信链路为aurora光纤链路，其传输字节序为大端序。

10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述改进的itm接口算法以仿真步长为周期迭代执行，单步迭代过程为：

11、获取上一仿真步长中新能源场站仿真器侧反馈的端口电流，将上一仿真步长中对应的端口电流经一阶低通滤波后得到滤波电流；

12、以大电网仿真器侧的内部电源电压减去其等效电阻与虚拟补偿电阻之差乘以滤波电流的乘积，计算得到当前步长的端口输出电压；

13、将端口输出电压传输至新能源场站仿真器侧，所述新能源场站仿真器侧根据当前步长的端口输出电压、上一仿真步长的反馈电流、自身等效电阻、自身等效电感、虚拟串联补偿阻抗的电感分量与电阻分量以及联合仿真步长，计算得到当前步长的反馈电流，完成单步迭代。

14、在以上技术方案的基础上，优选的，所述数据交互模块还包括阻抗参数约束子模块，用于约束虚拟串联的补偿阻抗的取值，其中：补偿电感的下限为大电网仿真器侧等效电感与新能源场站仿真器侧等效电感之差的一半，上限为大电网仿真器侧等效电感；补偿电阻的下限根据大电网仿真器侧与新能源场站仿真器侧的等效电阻差以及接口系统等效总延时确定，上限为大电网仿真器侧等效电阻。

15、在以上技术方案的基础上，优选的，所述补偿阻抗的取值与滤波器截止频率的取值还共同满足综合稳定条件：

16、电感稳定条件为大电网仿真器侧等效电感小于新能源场站仿真器侧等效电感与两倍补偿电感之和，再加上新能源场站仿真器侧等效电阻与补偿电阻之和除以滤波器截止角频率；

17、电阻稳定条件为：计算新能源场站仿真器侧等效电阻与两倍补偿电阻之和，得到第一分量；计算大电网仿真器侧等效电感与新能源场站仿真器侧等效电感之和乘以两倍再除以接口系统等效总延时，得到第二分量；计算新能源场站仿真器侧等效电阻与补偿电阻之和除以滤波器截止角频率后乘以两倍再除以接口系统等效总延时，得到第三分量；将第一分量、第二分量与第三分量相加，得到综合阻抗阈值；所述大电网仿真器侧等效电阻小于综合阻抗阈值。

18、在以上技术方案的基础上，优选的，所述数据交互模块还包括模式自适应切换子模块，用于根据系统阻抗匹配状态对补偿阻抗与滤波器截止频率进行调节；其中：

19、定义综合阻抗比为大电网仿真器侧等效电感与新能源场站仿真器侧等效电感之比和大电网仿真器侧等效电阻与新能源场站仿真器侧等效电阻之比两者中的较大值；

20、当综合阻抗比小于第一预设阈值时，系统处于正常模式，补偿电感取值为零、补偿电阻取值为零，滤波器截止频率保持最高值；

21、当综合阻抗比大于或等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，系统处于预警模式，所述补偿电感取值为综合阻抗比减去第一预设阈值的差值除以第二预设阈值减去第一预设阈值的差值，再与补偿电感最大值的乘积；所述补偿电阻取值为综合阻抗比减去第一预设阈值的差值除以第二预设阈值减去第一预设阈值的差值，再与补偿电阻最大值的乘积；滤波器截止频率取值为滤波器截止频率最高值减去滤波器截止频率最高值与最低值之差，再乘以综合阻抗比减去第一预设阈值的差值除以第二预设阈值减去第一预设阈值的差值的积；

22、当综合阻抗比大于或等于第二预设阈值时，系统处于临界模式，补偿电感取最大值，补偿阻抗取最大值，滤波器截止频率取最低值。

23、在以上技术方案的基础上，优选的，所述补偿电感的最大值为大电网仿真器侧等效电感乘以第一安全系数；补偿电阻的最大值为大电网仿真器侧等效电阻乘以第二安全系数；滤波器截止频率的最低值为系统最高有效仿真频率乘以带宽保持系数。

24、在以上技术方案的基础上，优选的，所述时序协同控制模块还包括步长同步子模块，用于在联合仿真运行阶段以预设固定步长运行，通过步长协商与时钟对齐动态匹配两侧仿真步长。

25、第二方面，本发明还提供了一种基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真方法，采用基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统所实现，包括依以下步骤：

26、构建包括新能源场站仿真器和大电网仿真器的异构仿真平台，所述新能源场站仿真器用于模拟风电和光伏的动态控制特性，所述大电网仿真器用于模拟大电网的运行特性；

27、在新能源场站侧仿真器和大电网侧仿真器之间建立串行通信链路，并在数据发送前与接收后分别执行字节序翻转与逆向还原，以确保数据传输的一致性；

28、在两侧仿真器的仿真交互界面上，采用改进的itm接口算法进行电气量耦合，将新能源场站仿真器侧等效为受控电流源，大电网仿真器侧等效为受控电压源；所述改进的itm接口算法在电流反馈通道中设置可变截止频率的低通滤波器，并在两侧实时仿真器的数字模型中分别虚拟串联补偿阻抗，通过采样边界电压和电流更新受控源状态，实现两侧电气量的等效物理接口转换与数值稳定交互；

29、在联合仿真启动时，控制新能源场站仿真器模型先启动并进行状态初始化，待完成初始化后控制大电网仿真器后启动。

30、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统的功能。

31、本发明的基于改进itm接口算法的风光厂网互动异构协同仿真系统相对于现有技术具有以下有益效果：

32、（1）通过平台构建、数据通信、数据交互、时序协同四层模块的协同，构建了从物理链路、数据解析、数值计算到时序控制的完整技术闭环，解决了风光接入厂网互动跨平台联合仿真中数据解析一致性、接口数值振荡与时序协同问题，提升了风光接入厂网互动跨平台联合仿真的稳定性与精度；

33、（2）通过在数字模型中分别串联虚拟正负阻抗以扩大稳定裕度，并在反馈电流通道中引入可变截止频率低通滤波以抑制高频残余振荡，两者通过补偿阻抗与滤波截止频率的联合调节，将条件稳定提升为全局大范围稳定，抑制了接口界面的代数环振荡与数值发散；

34、（3）通过建立基于电感匹配与电阻匹配综合指标的自动调节机制，当两侧阻抗匹配良好时，不施加任何补偿与滤波，完整保留仿真带宽；当阻抗接近稳定边界时，补偿量随失衡程度线性增加、滤波强度同步线性增强，实现平滑过渡；当阻抗已越过稳定边界时，补偿与滤波均切换至最大工作状态，全力保障数值稳定，该机制使接口算法在全工况下兼顾稳定性与仿真精度，使接口算法在新能源场站阻抗宽范围动态变化的全工况条件下均能保持数值稳定，消除了接口界面的数值振荡风险。