一种仿真测试系统及仿真测试方法与流程

1.本技术实施例涉及新能源技术领域，特别涉及一种仿真测试系统及仿真测试方法。


背景技术：

2.随着新能源在电网中的占比越来越大，电网的调峰、调频压力及安全运行风险不断增大，则对新能源场站及机组的性能要求也越来越高，例如，我国新能源并网相关标准gb/t19963《风电场接入电力系统技术规定》中要求新能源并网相关标准要求风电场应配置有功功率控制系统，具备有功功率调节能力；风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力；同时，在gb/t 19964《光伏发电站接入电力系统技术规定》中要求光伏发电站应配置有功功率控制系统，具备有功功率连续平滑调节的能力，同时能够参与系统有功功率控制；通过110(66)kv及以上电压等级接入电网的光伏发电站应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力等等。因此，为了保证电网的安全稳定运行，需要不同场站控制器协作对电网中各设备的运行进行控制。
3.不同场站控制器之间存在大量数据交互及相互配合，且系统中可再生能源存在随机性和波动性，使整体系统变得更为复杂。因此，实际工程开始前，如何对场站中的不同控制器及算法进行全面、有效测试变得十分重要。场站控制器的测试方法有：(1)使用信号发生器产生激励信号发送给控制器，并观测控制器的开环响应情况；(2)将控制器接入真实运行的新能源场站，在新能源场站中对控制器进行测试。但是上述两种测试方法均存在测试不够全面、不够灵活，以及人力财力成本花费高的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种场站控制器的仿真测试系统及方法，可以提升场站控制器的测试效率、测试的全面性和测试的灵活性，并降低测试成本。
5.为解决上述技术问题，本技术的实施例提供了一种仿真测试系统，包括：上位机、仿真器和场站控制器，所述上位机与所述仿真器连接，所述仿真器与所述场站控制器连接；所述上位机用于构建用于表征场站中各机组的仿真模型，并将构建完成的所述仿真模型发送至所述仿真器；所述仿真器包括主板，所述主板用于根据预设工况运行所述仿真模型，并将所述仿真模型的仿真参数实时发送至所述场站控制器；所述场站控制器用于根据预设的各所述机组的标准参数，对所述仿真参数进行调整，并将经调整得到的目标参数发送至所述仿真器；所述主板还用于根据所述目标参数调整所述仿真模型，并运行调整后的所述仿真模型。
6.本技术的实施例还提供了一种仿真测试方法，应用于上述仿真测试系统，包括以下步骤：根据预设工况运行预先构建的用于表征场站中各机组的仿真模型，并实时获取所述仿真模型的仿真参数；根据预设的各所述机组的标准参数，对所述仿真参数进行调整，得到目标参数根据所述目标参数调整所述仿真模型，并运行调整后的所述仿真模型。
7.本技术实施例相对于现有技术而言，仿真测试系统包括上位机、仿真器和场站控制器，上位机与仿真器连接，仿真器与场站控制器连接，通过上位机构建用于表征场站中各机组的仿真模型，并将仿真模型发送至仿真器，仿真器包括主板，主板可以实时运行各机组的仿真模型，即模拟场站中各机组的运行过程，并将仿真模型的仿真参数实时发送至场站控制器中，由于场站控制器中预设有各机组的运行的标准参数，因此场站控制器能够在仿真模型的仿真参数不能维持各机组正常运行的情况下，通过标准参数对仿真参数进行调整，得到目标参数，并将目标参数发送至仿真器中，使得主板根据目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型，以使得仿真模型稳定运行。本技术通过半实物仿真方式模拟场站中各机组的运行，可以更高效率地完成场站控制器的测试，并且仿真模型可以模拟各种工况下的机组的运行状态，因此测试的全面性和灵活性更高。
8.另外，所述仿真器还包括通讯板卡，所述主板与所述通讯板卡连接；所述主板用于通过所述通讯板卡向所述场站控制器发送所述仿真参数；其中，所述通讯板卡的类型与所述场站控制器的类型对应。本技术的仿真器可以通过通讯板卡与场站控制器进行通信。
9.另外，所述仿真测试系统还包括分别与所述仿真器和所述场站控制器连接的交换机；所述主板用于将所述仿真参数发送至所述交换机，所述交换机用于将所述仿真参数转发至所述场站控制器。本技术的仿真器可以通过交换机与场站控制器进行通信。
10.另外，所述仿真器还包括fpga板卡和光纤接口，所述主板与所述fpga板卡连接，所述fpga板卡与光纤接口连接；所述主板用于将所述仿真参数发送至所述fpga板卡，所述fpga板卡用于将所述仿真参数通过所述光纤接口实时发送至所述场站控制器。本技术的仿真器可以通过光纤接口与场站控制器进行通信，以满足高速通信的需求。
11.另外，所述仿真器的数量为若干个，所述仿真器还包括pcie插槽，若干个所述仿真器之间通过所述pcie插槽连接。本技术中若存在若干台仿真器，则仿真器之间通过pcie插槽进行通信。
12.另外，所述仿真模型为第一仿真模型或第二仿真模型；所述第一仿真模型为所述机组的功率控制模型，所述第二仿真模型为具备所述机组的功率-频率下垂特性的模型。本技术中的仿真模型包括第一仿真模型或第二仿真模型，通过本技术的模型进行场站模型建模，可以在不影响场站中机组性能的前提下，节省仿真资源。
13.另外，所述仿真模型中包括受控电压源，所述受控电压源用于为所述仿真模型的运行供电。本技术中通过受控电压源为仿真模型的运行供电，可以降低成本。
14.另外，所述仿真模型为新能源发电模型、输电线路模型、变压器模型和若干个负载模型。
15.另外，所述仿真测试系统还包括分别与所述仿真器和所述场站控制器通信连接的电力监控系统scada；所述scada系统用于从所述仿真器中实时读取并显示所述仿真模型的仿真参数。本技术中的scada系统通过实时读取并显示仿真模型的仿真参数，可以实时观测到仿真模型的运行状态，以及场站控制器的测试结果。
附图说明
16.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
17.图1是根据本技术的一个实施例提供的一种仿真测试系统的结构示意图；
18.图2是根据本技术的一个实施例提供的一种仿真模型的结构示意图一；
19.图3是根据本技术的一个实施例提供的一种仿真模型的结构示意图二；
20.图4是根据本技术的一个实施例提供的一种仿真器的结构示意图；
21.图5是根据本技术的另一个实施例提供的一种仿真测试系统的结构示意图；
22.图6是根据本技术的另一个实施例提供的一种仿真测试方法的具体流程图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
24.本技术的一个实施例涉及一种仿真测试系统，包括：上位机、仿真器和场站控制器，上位机与仿真器连接，仿真器与场站控制器连接；上位机用于构建用于表征场站中各机组的仿真模型，并将构建完成的仿真模型发送至仿真器；仿真器包括主板，主板用于根据预设工况运行仿真模型，并将仿真模型的仿真参数实时发送至场站控制器；场站控制器用于根据预设的各机组的标准参数，对仿真参数进行调整，并将经调整得到的目标参数发送至仿真器；主板还用于根据目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型。本技术的仿真测试系统，可以提升场站控制器的测试效率、测试的全面性和测试的灵活性，并降低测试成本。
25.下面对本实施例的仿真测试系统的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
26.本实施例的仿真测试系统的结构示意图参见图1，具体包括：上位机101、仿真器102和场站控制器103。其中，上位机101与仿真器102通信连接，仿真器102与场站控制器103通信连接。
27.具体而言，本实施例的上位机101通过仿真软件构建用于表征各机组的仿真模型，因此，仿真模型可以反映新能源场站中每一个机组的特性，上位机101会将构建完成的仿真模型发送至仿真器，以使得仿真器运行仿真模型。其中，仿真软件可以为matlab软件。例如，各机组分别为：新能源发电设备、输电线路、变压器以及若干个负载，则上位机101构建的仿真模型可以为：新能源发电模型、输电线路模型、变压器模型和若干个负载模型可以理解的是，新能源场站中并不限于上述提及的机组，本实施例的上位机101构建的仿真模型也不限于上述的新能源发电模型、输电线路模型、变压器模型和若干个负载模型。
28.在一个例子中，仿真模型为第一仿真模型或第二仿真模型；第一仿真模型为机组的功率控制模型，第二仿真模型为具备机组的功率-频率下垂特性的模型。其中，第一仿真模型的结构示意图参见图2，第二仿真模型的结构示意图参见图3。由于仿真模型需反映新能源场站中每一个机组的特性，若对于每一个机组都进行详细建模，将会耗费大量的仿真资源，增加仿真成本，同时，增加了模型的调试时间，而机组的功率控制模型和具备机组的
功率-频率下垂特性的模型保留了各机组的闭环控制部分，具有较高的通用性，可以作为场站中各机组的仿真模型，例如，作为风机、光伏设备、静止无功发生器(static var generato，svg)和储能设备的仿真模型，即本实施例通过构建两种通用的仿真模型来替代场站中机组的仿真模型，可以在不影响新能源机组的性能的前提下，节省仿真资源。
29.进一步地，仿真模型中包括受控电压源，受控电压源用于为仿真模型的运行供电。在实际应用中，场站中还会包括一次电路拓扑及开关管换流器等器件，以维持机组的正常运行，但是，这些器件在仿真时会占用较多的仿真资源，而本实施例通过受控电压源为仿真模型的运行供电，因此不需要对一次电路拓扑及开关管换流器等器件进行仿真，降低了成本。
30.本实施例的仿真器102在接收到上位机101发送的仿真模型后，根据预设工况运行仿真模型，并与场站控制器103进行通信，以将运行中仿真模型的仿真参数发送至场站控制器103。其中，仿真参数包括机组的电压、电流、功率、频率等。
31.在一个例子中，仿真器102在接收到上位机101发送的仿真模型后，等待上位机101发送运行指令，其中，运行指令中会携带预设工况的仿真参数，仿真器102根据接收的仿真参数运行仿真模型。
32.其中，仿真器102的结构示意图参见图4，具体包括：主板401、现场可编程阵列(field programmable gate array，fpga)板卡402、通讯板卡403、光纤接口404、网口405。其中，通讯板卡403和光纤接口404用于与场站控制器103连接，即仿真器102通过通讯板卡403或者光纤接口404与场站控制器103进行通信；网口405用于与上位机101连接，即仿真器102通过网口接收上位机101发送的仿真模型。
33.在具体实现中，主板401与网口连接，主板401用于根据预设工况运行上位机101发送的仿真模型，并与场站控制器103进行通信，以将运行中仿真模型的仿真参数发送至场站控制器103。其中，主板包括若干个cpu，即主板通过若干个cpu运行仿真模型，cpu的数量预先设置，例如，设置cpu的数量为2。
34.在一个例子中，主板401与通讯板卡403连接，主板401用于通过通讯板卡403向场站控制器103发送仿真参数；其中，通讯板卡403的类型与场站控制器103的类型对应，即仿真器102可以根据不同厂商的场站控制器的硬件接口情况配置相应的通讯板卡403。
35.可以理解的是，若仿真器102与多个场站控制器103通信连接，则仿真器102中可以同时设置多个通讯板卡403，以实现仿真器102与多个场站控制器103的通信。例如仿真器102包括通讯板卡1、通讯板卡2、通讯板卡3
……
由于主板401与通讯板卡403之间通过高速串行计算机扩展总线(peripheral component interconnect express，pcie)连接，则多个通讯板卡403与主板401的连接需要多条pcie线，即主板401通过pcie1与通讯板卡1连接，通过pcie2与通讯板卡2连接，通过pcie3与通讯板卡3连接
……
主板401根据场站控制器103的类型确定与场站控制器通信的通讯板卡403，并通过选择的通讯板卡403向场站控制器103发送仿真参数。
36.其中，主板401与场站控制器103的通讯协议类型可以是标准的协议或规约，包括但不限于：iec-60870-5-104规约、iec-61850协议、modbus协议、tcp/ip协议等，仿真器102也可以根据厂商自定义通讯板卡403或者通讯协议，以与场站控制器103进行灵活通信。
37.在另一个例子中，主板401与fpga板卡402连接，fpga板卡402与光纤接口404连接，
由于不同的场站控制器103的通信需求不同，主板401与部分场站控制器103需要进行高速通信，因此，为了实现主板401与场站控制器103的高速通信，主板401用于将仿真参数发送至fpga板卡402，fpga板卡402用于将仿真参数通过光纤接口404实时发送至场站控制器103，即fpga板卡402通过高速光纤协议与场站控制器103进行通信。其中，主板401与fpga板卡402通过pcie线连接。
38.在又一个例子中，仿真测试系统还包括分别与仿真器102和场站控制器103连接的交换机(图中未示出)，仿真器102和场站控制器103之间通过交换机进行通信，即主板401用于将仿真参数发送至交换机，交换机用于将仿真参数转发至场站控制器103。
39.可以理解的是，当仿真器102需要与多个场站控制器103进行通信时，可以设置多台交换机，每一台交换机用于实现一个场站控制器103与仿真器102的通信。
40.需要说明的是，若仿真器102的数量为若干个，仿真器102还包括pcie插槽406，参见图2，若干个仿真器之间通过pcie插槽406连接，即若干个仿真器102之间通过pcie插槽406进行通信。其中，pcie插槽406的类型可以为pcie x4，pcie x8，pcie x16。
41.本实施例的场站控制器103具体用于根据预设的场站中各机组的标准参数，确定仿真器102发送的仿真参数是否能够维持场站中各机组的稳定运行，若不能，则对仿真参数进行调整，并将经调整得到的目标参数发送至仿真器102，使得仿真器102的主板201根据目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型，以维持各机组的正常运行。例如，场站控制器103中预设的场站中各机组的标准参数可以根据预设的电网有功功率-频率曲线，确定仿真器102发送的仿真参数不能维持场站中各机组的稳定运行，即当前场站中各机组的有功功率和/或频率分配不均，则场站控制器103对各机组的有功功率和/或频率重新分配，并将重新分配的有功功率和/或频率，即目标参数发送至仿真器102。可以看出，通过场站控制器103得到的目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型，若仿真模型基于目标参数能够稳定运行，则表示场站控制器103测试正常。
42.在具体实现中，场站控制器103可以包括快频控制器、自动发电控制(automatic generation control，agc)控制器、自动电压控制(automatic voltage control，avc)控制器其中任意一个或其任意组合，即本实施例可以同时对多个场站控制器进行仿真测试。
43.其中，快频控制器也称为一次调频控制器，与agc控制器一同被认为是电网频率控制或频率调整的主要手段。快频控制器主要完成新能源站并网点的有功—频率下垂控制，新能源场站在并网点具备参与电网一次调频的能力，在不影响原有电力监控系统和agc控制器性能和功能前提下，还可以与agc控制器进行协同控制，共同实现场站的调峰调频功能。快频控制器可以设定频率变化死区定值，当频率变化越过死区时，快频控制器通过设定频率与有功功率折线函数(即p-f下垂曲线)实现调频功能。avc控制器用于实现电网电压的无功控制，通过电力监控(supervisory control and data acquisition，scada)系统采集各变电站、发电厂的母线电压、母线无功、变压器高、低压侧无功测量数据以及各开关状态数据等，并实时进行在线分析和计算，从电网优化运行的角度调整全网中各种无功控制设备的参数，根据设定的交流母线电压值或根据调度给定的无功功率或电压曲线进行进行无功功率自动控制。
44.需要说明的是，新能源场站中除快频、agc、avc控制器外，还会包含不同厂商的其他控制器，本技术对此不作限制。
45.相关技术中，通过信号发生器产生激励信号发送至场站控制器，并观测控制器的开环响应情况，以对场站控制器进行测试的方法中，信号发生器产生的激励信号只能是一小段时间已知的信号，需要有现场已知工况下的信号数据，且可以模拟的工况十分有限，无法与真实场站信号形成反馈构成闭环测试，也很难对不同控制器之间的相互影响进行测试。将场站控制器接入真实运行的新能源场站，在新能源场站中对场站控制器进行测试的方法，受限实际电网的运行要求，很难进行不同工况的实验，且有些工况需要昂贵的辅助设备的来实现。
46.本实施例中，仿真测试系统包括上位机、仿真器和场站控制器，上位机与仿真器连接，仿真器与场站控制器连接，通过上位机构建用于表征场站中各机组的仿真模型，并将仿真模型发送至仿真器，仿真器包括主板，主板可以实时运行各机组的仿真模型，即模拟场站中各机组的运行过程，并将仿真模型的仿真参数实时发送至场站控制器中，由于场站控制器中预设有各机组的运行的标准参数，因此场站控制器能够在仿真模型的仿真参数不能维持各机组正常运行的情况下，通过标准参数对仿真参数进行调整，得到目标参数，并将目标参数发送至仿真器中，使得主板根据目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型，以使得仿真模型稳定运行。本技术通过半实物仿真方式模拟场站中各机组的运行，可以更高效率地完成场站控制器的测试，并且仿真模型可以模拟各种工况下的机组的运行状态，因此测试的全面性和灵活性更高。
47.本技术的另一个实施例涉及一种仿真测试系统，本实施例的仿真测试系统的结构示意图参见图5，具体包括：上位机501、仿真器502、场站控制器503和scada系统504。其中，上位机501、仿真器502和场站控制器503，与第一实施例的上位机101、仿真器102和场站控制器103大致相同，此处不再赘述。
48.scada系统504分别与仿真器502和场站控制器503通信连接，scada系统504用于从仿真器502中实时读取并显示仿真模型的仿真参数。
49.本实施例中，仿真测试系统通过scada系统实时读取并显示仿真模型的仿真参数，可以实时观测到仿真模型的运行状态，以及场站控制器的测试结果。
50.本技术的另一个实施例涉及一种仿真测试方法，应用于上述任一实施例所述的仿真测试系统，下面对本实施例的仿真测试方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
51.本实施例的仿真测试方法的具体流程图如图6所示，包括：
52.步骤601，根据预设工况运行预先构建的用于表征场站中各机组的仿真模型，并实时获取仿真模型的仿真参数。
53.其中，仿真模型为新能源发电模型、输电线路模型、变压器模型和若干个负载模型。
54.在一个例子中，仿真模型为第一仿真模型或第二仿真模型；第一仿真模型为机组的功率控制模型，第二仿真模型具备机组的功率-频率下垂特性。
55.进一步地，仿真模型中包括受控电压源，受控电压源用于为仿真模型的运行供电。
56.步骤602，根据预设的各机组的标准参数，对仿真参数进行调整，得到目标参数。
57.步骤603，根据目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型。
58.本实施例中，仿真测试系统根据预设工况运行预先构建的用于表征场站中各机组
的仿真模型，并实时获取仿真模型的仿真参数，并根据预设的各机组的标准参数，对仿真参数进行调整，得到目标参数，然后根据目标参数调整仿真模型，并运行调整后的仿真模型，可以模拟场站中各机组的运行，更高效率地完成场站控制器的测试，并且仿真模型可以模拟各种工况下的机组的运行状态，因此测试的全面性和灵活性更高。
59.上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
60.不难发现，本实施例为与系统实施例相对应的方法实施例，本实施例可与系统实施例互相配合实施。系统实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在系统实施例中。
61.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开实施例的精神和范围。