一种大规模新能源半物理仿真系统

1.本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种大规模新能源半物理仿真系统。


背景技术：

2.随着双碳目标的提出，大规模新能源开发将成为未来构建新型电力系统、实现双碳目标的必然路径。大规模新能源接入交流电网后，由于风能和光能的随机性和波动性，以及风电与光伏机组无惯量、弱阻尼的特征，会对电网造成较大的功率和频率扰动；此外，变流器与电网相互作用会导致宽频振荡等新兴稳定性问题，造成机组跳闸乃至设备损坏，危及电网的安全稳定运行，亟需建立相关仿真平台，研究大规模新能源接入电网后对电网带来的影响。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提出了一种大规模新能源半物理仿真系统。
4.一种大规模新能源半物理仿真系统，所述系统包括新能源发电场模拟平台、电网模拟平台、控制保护平台、储能系统模拟平台；
5.所述新能源发电场模拟平台基于rt-lab的数字仿真平台实现，与电网模拟平台、控制保护平台、储能系统模拟平台相连接，实现新能源场站设备和35kv至500kv电网的数字化仿真模拟；
6.所述电网模拟平台基于rtds的数字仿真平台实现，与新能源发电场模拟平台、控制保护平台、储能系统模拟平台相连接，实现500kv汇集站出口处至电网主干网的数字化仿真模拟；
7.所述控制保护平台是与实际的新能源场站相一致的控保设备，作为硬件在环的实物部分，与新能源发电场模拟平台、电网模拟平台相连接，进行数字仿真联合实现控制硬件在环测试，用于对系统控保策略进行验证、控保装置进行测试；
8.所述储能系统模拟平台是储能系统功率硬件在环仿真平台，与新能源发电场模拟平台、电网模拟平台相连接，实现储能系统功率硬件在环测试，用于储能系统入网检测和储能模型精准度验证。
9.所述新能源发电场模拟平台参数可调，结构可调，以实现新能源发电场站的仿真模拟。
10.所述电网模拟平台参数可调，结构可调，以实现大电网的仿真模拟。
11.所述储能系统模拟平台是将实际的储能系统通过dc/dc连接到储能变流器直流母线侧，再通过功率放大器与新能源发电场模拟平台、电网模拟平台连接。
12.所述储能系统包括多种储能形式模拟。
13.所述多种储能形式包括全钒液流、飞轮、超级电容、磷酸铁锂电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系钠离子电池。
14.所述功率放大器为具有2
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100kw的功率放大容量。
15.所述直流母线为通过1台100kw pcs建立的统一公共直流母线。
16.所述大规模新能源半物理仿真系统还包括管控模拟平台，所述管控模拟平台基于地理信息平台构建，通过接口获取新能源发电场模拟平台的模拟数据，依托可视化模型实现数据展示、综合管控及关系管理。
17.所述新能源发电场模拟平台为全部数字模型化，或者所述新能源发电场模拟平台一部分数字模型化一部分物理实物。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
19.本发明提出了一种大规模新能源半物理仿真系统，通过仿真模拟系统，针对大规模新能源场站的系统稳态/动态/暂态特性、关键设备技术参数、控保策略，以及大规模新能源和储能接入对电力系统的影响进行仿真试验、研究与技术培训。本发明提出的技术方案实现了在脱离实际的电力系统的情况下，对新能源电力系统的仿真。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的新能源电力仿真模拟系统架构图。
22.图2为本发明的储能系统模拟平台连接图。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，本发明实施例所提出的一种大规模新能源半物理仿真系统包括新能源发电场模拟平台(图1上的rt-lab仿真系统)、电网模拟平台(图1上的rtds仿真系统)、控制保护平台(图1上的控保系统屏柜)、储能系统模拟平台(图1上的储能系统)；所述新能源发电场模拟平台基于rt-lab的数字仿真平台实现，与电网模拟平台、控制保护平台、储能系统模拟平台相连接，实现新能源场站设备和35kv至500kv电网的数字化仿真模拟；所述电网模拟平台基于rtds的数字仿真平台实现，与新能源发电场模拟平台、控制保护平台、储能系统模拟平台相连接，实现 500kv汇集站出口处至电网主干网的数字化仿真模拟；所述控制保护平台是与实际的新能源场站相一致的控保设备，作为硬件在环的实物部分，与新能源发电场模拟平台、电网模拟平台相连接，进行数字仿真联合实现控制硬件在环测试，用于对系统控保策略进行验证、控保装置进行测试；所述储能系统模拟平台是储能系统功率硬件在环仿真平台，与新能源发电场模拟平台、电网模拟平台相连接，实现储能系统功率硬件在环测试，用于储能系统入网检测和储能模型精准度验证。
25.所述新能源发电场模拟平台为基于rt-lab的数字仿真子平台：主要完成新能源发电场设备和35kv至500kv电网的数字化仿真；主要用来对新能源发电场设备和35kv～500kv
汇集站电网的数字化仿真建模(基于 matlab仿真平台)，建立一套参数可调，结构可调，配比可调的数字化新能源发电场，以实现新能源发电场站的仿真模拟。
26.所述新能源发电场模拟平台的硬件配置包括：rt-lab仿真主机、接口 i/o板卡、i/o板卡、多机同步及通讯设备、图腾机柜套件和仿真主机/主控机。软件配置包括：rt-lab 30仿真授权，通讯协议(支持1000个浮点型数据的通讯)。所述新能源发电场模拟平台仿真模拟的模型包括：新能源及储能升压一体化站模型、新能源电站模型(每个电站各1套新能源机组模型、1套储能模型、1套汇集电网模型)。
27.所述电网模拟平台为基于rtds的数字仿真子平台：主要完成500kv 汇集站出口处至电网主干网的数字化仿真；完成了500kv汇集站出口处至电网主干网的数字化仿真建模(基于pscad仿真平台)，建立一套参数可调，结构可调，配比可调的数字化外部大电网，以实现大电网的仿真模拟，主要是线路、变压器等效模型。
28.所述电网模拟平台硬件配置包括：rtds仿真主机、novacor chassis 实时仿真主机、支持四个光口用于aurora通信协议接口板卡、gtai卡、 gtao卡、gtdi卡、gtdo卡、高压接口板卡。所述电网模拟平台软件配置：rtds节点仿真授权、aurora协议端口授权。所述电网模拟平台仿真模拟的模型包括：交流220kv及500kv电网模型。
29.所述控制保护平台与新能源发电场模拟平台和电网模拟平台连接，以仿真模拟新能源发电场中控制策略和保护策略的执行情况。所述执行情况包括对控制策略、保护策略进行验证和控制保护平台进行测试。所述控制保护平台采用与实际新能源发电场中一样的继电保护屏柜。
30.具体的，继电保护屏柜是与实际的新能源场站相一致的控保设备，作为硬件在环的实物部分，与rt-lab和rtds数字仿真联合实现控制硬件在环测试，用于对系统控保策略进行验证、控保装置进行测试。新能源发电场继电保护屏柜采用与实际新能源发电场中一样的继电保护屏柜，将 rt-lab、rtds数字模型与新能源发电场继电保护屏柜连接，可以真实模拟测试新能源发电场中控制策略和保护策略的执行情况，进而可以用于对系统控保策略进行验证、控保装置进行测试，也可以提高仿真分析研究与实际工程条件的吻合程度。
31.所述控制保护平台的实物配置包括：全场站各环节继电控保设备，全场站各环节继电保护屏柜(包括35kv汇集站控保屏柜、线路控保屏柜、 220kv汇集站控保屏柜、线路控保屏柜、500kv汇集站控保屏柜)。
32.继电保护的功能配置包括：线路及母线保护(线路主保护方式纵差保护、后备为距离和零序保护、母线配置母差保护)，安全自动装置(频率、电压紧急控制)，调度自动化及远动(agc、avc、远动信息模拟)。
33.所述储能系统模拟平台是将实际的储能系统通过dc/dc连接到储能变流器直流母线侧，再通过功率放大器与新能源发电场模拟平台、电网模拟平台连接。所述对储能系统进行仿真模拟包括储能系统入网检测和储能模型精准度验证。
34.具体的，如图1所示，所述储能系统模拟平台中实际的储能系统通过 dc/dc连接到储能变流器直流母线侧，再通过功率放大器与数字仿真平台连接，实现储能系统功率硬件在环测试，用于储能系统入网检测和储能模型精准度验证。所述数字仿真平台包括新能源发电场模拟平台和电网模拟平台。
35.进一步的，如图2所示，通过储能动态模拟和功率放大器构成多场景、多工况的储
能电网模拟运行环境，进行储能系统关键参数辨识、关键指标检测，以及储能接入电网系统各类工况特性分析、各类调控策略仿真。
36.所述储能系统与功率放大器和新能源发电场模拟平台、电网模拟平台的连接关系如图2所示，储能系统通过pcs集装箱和动力配电系统与功率放大器连接，然后再通过功率放大器与新能源发电场模拟平台和电网模拟平台连接。
37.其中功率放大器的配置包括2
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100kw功率放大容量，具备电能回收功能，任意波形功率放大调制能力，允许直流、交流30hz～100hz频率的三相或单相波形功率放大，允许采用rt-lab和rtds数字实时仿真输出做任意波形调制功率放大，模拟电网暂态过程。
38.储能动态模拟装置的配置包括7路储能模拟，全钒液流、飞轮、超级电容、磷酸铁锂电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系钠离子电池共7 种储能形式，每种储能一个模拟支路，共7路；公共直流母线及pcs，7 种储能均采用直流接入方式，经1台100kw pcs集装箱建立的统一公共直流母线，逆变汇入交流并网点，支持多种充放电方式、功率四象限运行(调频、调峰控制策略)、自动并网功能、自动并网功能、预充电功能、孤岛检测功能、v/f可设定功能、与储能动模控制箱通讯控制功能；各储能出口并网dc/dc，7种储能均经dc/dc变换器接入直流母线，各储能间通过 dc/dc进行电压均衡控制各类储能工作特性不同，通过dc/dc可对各储能独立进行投退、试验和维护。
39.进一步的，所述系统还包括管控模拟平台，所述管控模拟平台基于地理信息平台构建，通过接口获取检测系统的模拟数据，依托可视化模型实现数据展示、综合管控及关系管理。具体的，基于地理信息平台构建新能源发电场及设备3d模型，通过数据库接口获取检测系统中模拟平台的数据，依托可视化模型实现数据展示、综合管控及关系管理三大功能。
40.进一步的，所述新能源发电场模拟平台为全部数字模型化，或者所述新能源发电场模拟平台一部分数字模型化一部分物理实物。
41.新能源发电场模拟平台主要完成对大规模新能源发电场的数字模型化，即采用各类设备的数字模型搭建一套完整的新能源发电场。可以全部数字模型化，也可以一部分数字模型化，一部分物理实物设备(物理实物设备种类取决于模型的复杂程度，搭建模型的成本，以及模型搭建后的准确度)。
42.电网模拟平台主要是针对新能源发电场接入的主干网进行模型搭建，仿真计算新能源发电场接入电网后，对电网的影响。电网模拟平台通常都采用数字模型来搭建。
43.新能源发电场模拟平台与电网模拟平台的交互仿真研究可以聚焦在中低压配网侧，可实现源网荷储协调控制研究，交互研究更着重研究其控制策略，也可从策略(即需求)反推设备的功能。
44.虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例所记载的技术方案进行的修改或者对其中部分技术特征进行的等同替换，均在本发明的保护范围内。