多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统与方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多变流器并联的双馈风电机组联合仿真方法，电气部分模型搭建步骤：获取在RTDS实时数字仿真仪中搭建的多变流器并联的双馈风电机组的电气部分模型；气动部分模型搭建步骤：获取在GH Bladed风机气动仿真软件中搭建的多变流器并联的双馈风电机组的气动部分模型；信息交换步骤：在电气部分模型与气动部分模型之间进行信息交换。相应地，本发明专利技术还提供了一种用于实现上述方法的多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统以及系统中的触发脉冲生成方法。本发明专利技术在RTDS中进行电气部分的实时仿真，在GH Bladed中进行风机气动部分的仿真，实现多软件之间的联合仿真，充分发挥仿真软件的互补优势。

【技术实现步骤摘要】
多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统与方法
本专利技术涉及风电机组
，具体地，涉及一种多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统与方法。
技术介绍
近年来，随着风力发电技术的不断发展和成熟，风电机组的容量越来越大，功率半导体器件有限的容量明显地制约着随着变流器功率的增加。为解决这一问题，目前大容量风电机组一般采用变流器并联的方式提高系统容量，并联技术大大增加了系统的功率等级，同时提高了系统的可靠性，成为大容量风电变流器的主要发展方向。目前关于多变流器并联的仿真验证绝大部分都非实时的离线(off-line)计算机仿真软件，操作简单，对计算机的计算性能要求不高，但是主要的缺陷在于计算能力的欠缺导致了离线仿真无法实时对仿真系统进行实验验证，实际仿真时间往往数十倍甚至数百倍于仿真系统设定的时间，实验效率低下。同时完整的项目实施规定了在投入运行之前需要对电网、电气设备及继电保护装置等进行实时测试，以验证设备、保护及其控制系统能否满足实际电网运行的要求，因此有必要针对多变流器并联的风电变流器进行实时的在线(on-line)数字仿真验证。在变流器的实时电磁暂态分析中目前大量使用的是由加拿大曼尼托巴公司开发制造的“实时数字仿真仪RTDS”，也可用于风力发电机组的有关研究，RTDS的优势在于对于电力电子变流器的电磁暂态分析能力强大，最大的缺陷在于其无法对于风电机组的风轮气动模型进行详细的建模分析，无法进行风轮的性能和载荷计算。根据RTDS的控制方式划分，有两种主要的实时控制方式：软件在环控制(Software-in-loopControl)与硬件在环控制(Hardware-in-loopControl)。软件在环控制使用RTDS自身的控制元件库，在计算机中搭建可视化的控制系统，简单易行，方便在线修改，但是最大的缺陷在于由于使用软件控制器，而实际工业应用中使用的是硬件实物控制器，因此软件在环控制无法应用在实际工业现场，无法模拟实际工业应用中控制器的设计问题，无法证明软件控制策略在硬件控制器中的正确性和有效性。在风机气动部分的实时仿真分析中目前大量应用的是设计软件GHBladed，是一款整合的计算仿真工具,它适用于陆上和海上的多种尺寸和型式的水平轴风机,进行设计和认证所需的性能和载荷计算。GHBladed软件的最大优势在于可以对气动部分进行详细的建模分析，但是不具备风机变流器的建模和分析能力，因此大大限制了GHBladed软件的使用范围。专利文献CN201410384985.2提供了一种评估风电机组送出系统次同步振荡的方法，公开了双馈感应型风电机组在单机无穷大系统下的次同步振荡等效研究模型，该模型经过严格的理论推导及PSCAD仿真环境验证；但由于PSCAD软件采用的是离线仿真的方式，实际仿真时间往往数十倍甚至数百倍于仿真系统设定的时间，实验效率低下。专利文献CN201310260171.3提供了一种基于RTDS的风力机数字仿真方法，风电机组的气动部分仍然选择在RTDS数字仿真机中搭建，操作简单，但是RTDS采用简化的气动部分模型，无法快速计算风机的稳态性能，包括气动力学计算、性能参数计算、功率曲线计算、稳态运行载荷计算；无法完全模拟风机的全部动态过程，包括风机的空转、停机；无法分析风机气动部分的数据，包括频谱分析、年发电量计算、极限载荷、闪变强度等。而且该技术方案中风电机组的控制仍采用软件控制的方法，并没有实现控制器的硬件在环，因此软件在环控制无法应用在实际工业现场，无法模拟实际工业应用中控制器的设计问题，无法证明软件控制策略在硬件控制器中的正确性和有效性。专利文献CN201510400570.4“双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台”与专利文献CN201510228282.5“大型风电机组实时运行控制联合仿真平台及其构建方法”中，双馈风电机组的变流器采用单变流器的方式，可以应对功率等级较低的风电机组，但是随着风电机组电压等级的增加，单变流器的拓扑结构无法应用在大功率风电机组。另外，前者的风电机组的气动部分仍建模在RTDS中，无法进行详细的载荷计算和数据分析。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统与方法。根据本专利技术提供的多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，包含以下模块：RTDS电气模型仿真模块：根据RTDS实时数字仿真仪获取的搭建多变流器并联的双馈风电机组的电气部分模型，进行电气部分的实时数字仿真，得到电气量模拟信号；分布式控制器：进行多变流器并联的双馈风电机组变流器的硬件在环控制，接收电气量模拟信号，计算得到最终输出至变流器的控制脉冲；GHBladed气动模型仿真模块：根据GHBladed风机气动仿真软件获取的搭建多变流器并联的双馈风电机组的气动部分模型，进行气动部分的实时数字仿真，得到机组信息；主控PLC模块：接收机组信息，控制风电机组动作，生成变流器功率给定信号；RTDS电气模型仿真模块与GHBladed气动模型仿真模块通信连接。优选地，还包含通讯PLC模块，RTDS电气模型仿真模块通过通讯PLC模块与GHBladed气动模型仿真模块通信连接；GHBladed气动模型仿真模块：接收来自RTDS电气模型仿真模块的发电机实时电磁转矩信号Te，根据Te计算获得并向RTDS电气模型仿真模块反馈发电机转速指令ωg*；根据接收到的变流器功率给定信号生成变流器功率指令Ps*；RTDS电气模型仿真模块：接收来自GHBladed气动模型仿真模块的发电机转速指令ωg*与变流器功率指令控制发电机跟踪相应的ωg*，控制变流器跟踪相应的主控PLC模块中，控制的风电机组动作包含控制风电机组的并离网操作、浆距角控制以及MPPT最大功率跟踪；变流器功率指令与变流器功率给定信号相对应。优选地，GHBladed气动模型仿真模块还配设有硬件测试接口模块，主控PLC模块与通讯PLC模块均通过硬件测试接口模块连接到GHBladed气动模型仿真模块；电气部分模型包含以下模型：--双馈风电机组的发电机模型；--并联型的背靠背变流器模型。优选地，RTDS电气模型仿真模块还配设有RTDS通信接口模块；RTDS通信接口模块包含以下板卡：--GTAO模拟量输出板卡：将RTDS电气模型仿真模块中的电气量模拟信号、Te分别传递到分布式控制器、GHBladed气动模型仿真模块中；--GTAI模拟量输入板卡：将GHBladed气动模型仿真模块的ωg*与输入到RTDS电气模型仿真模块中；--GTDI数字量输入板卡：将分布式控制器生成的触发脉冲信号输入到RTDS电气模型仿真模块中。优选地，所述分布式控制器包含电力电子集成模块、子控制器模块、光扩展模块以及主控模块；电力电子集成模块：接收电气量模拟信号，将电气量模拟信号传递给主控模块，接收来自主控模块的占空比信号；子控制器模块：控制电力电子集成模块上信息的传递，利用接收的占空比信号生成触发脉冲信号，将触发脉冲信号输入到GTDI数字量输入板卡；光扩展模块：信息在主控模块和电力电子集成模块之间信息传递的载体；主控模块：接收来自电力电子集成模块的电气量模拟量信号，对电气量模拟量信号进行处理，生成占空比信号，将占空比信号传递给子控制器模块。优选地，存在多块电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，其特征在于，包含以下模块：RTDS电气模型仿真模块：根据RTDS实时数字仿真仪获取的搭建多变流器并联的双馈风电机组的电气部分模型，进行电气部分的实时数字仿真，得到电气量模拟信号；分布式控制器：进行多变流器并联的双馈风电机组变流器的硬件在环控制，接收电气量模拟信号，计算得到最终输出至变流器的控制脉冲；GH Bladed气动模型仿真模块：根据GH Bladed风机气动仿真软件获取的搭建多变流器并联的双馈风电机组的气动部分模型，进行气动部分的实时数字仿真，得到机组信息；主控PLC模块：接收机组信息，控制风电机组动作，生成变流器功率给定信号；RTDS电气模型仿真模块与GH Bladed气动模型仿真模块通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，其特征在于，包含以下模块：RTDS电气模型仿真模块：根据RTDS实时数字仿真仪获取的搭建多变流器并联的双馈风电机组的电气部分模型，进行电气部分的实时数字仿真，得到电气量模拟信号；分布式控制器：进行多变流器并联的双馈风电机组变流器的硬件在环控制，接收电气量模拟信号，计算得到最终输出至变流器的控制脉冲；GHBladed气动模型仿真模块：根据GHBladed风机气动仿真软件获取的搭建多变流器并联的双馈风电机组的气动部分模型，进行气动部分的实时数字仿真，得到机组信息；主控PLC模块：接收机组信息，控制风电机组动作，生成变流器功率给定信号；RTDS电气模型仿真模块与GHBladed气动模型仿真模块通信连接。2.根据权利要求1所述的多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，其特征在于，还包含通讯PLC模块，RTDS电气模型仿真模块通过通讯PLC模块与GHBladed气动模型仿真模块通信连接；GHBladed气动模型仿真模块：接收来自RTDS电气模型仿真模块的发电机实时电磁转矩信号Te，根据Te计算获得并向RTDS电气模型仿真模块反馈发电机转速指令ωg*；根据接收到的变流器功率给定信号生成变流器功率指令Ps*；RTDS电气模型仿真模块：接收来自GHBladed气动模型仿真模块的发电机转速指令ωg*与变流器功率指令Ps*，控制发电机跟踪相应的ωg*，控制变流器跟踪相应的Ps*；主控PLC模块中，控制的风电机组动作包含控制风电机组的并离网操作、浆距角控制以及MPPT最大功率跟踪；变流器功率指令Ps*与变流器功率给定信号相对应。3.根据权利要求2所述的多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，其特征在于，GHBladed气动模型仿真模块还配设有硬件测试接口模块，主控PLC模块与通讯PLC模块均通过硬件测试接口模块连接到GHBladed气动模型仿真模块；电气部分模型包含以下模型：--双馈风电机组的发电机模型；--并联型的背靠背变流器模型。4.根据权利要求3所述的多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，其特征在于，RTDS电气模型仿真模块还配设有RTDS通信接口模块；RTDS通信接口模块包含以下板卡：--GTAO模拟量输出板卡：将RTDS电气模型仿真模块中的电气量模拟信号、Te分别传递到分布式控制器、GHBladed气动模型仿真模块中；--GTAI模拟量输入板卡：将GHBladed气动模型仿真模块的ωg*与Ps*输入到RTDS电气模型仿真模块中；--GTDI数字量输入板卡：将分布式控制器生成的触发脉冲信号输入到RTDS电气模型仿真模块中。5.根据权利要求4所述的多变流器并联的双馈风电机组联合仿真系统，其特征在于，所述分布式控制器包含电力电子集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，邵昊舒，叶迪卓然，田昕，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31