隨著我國風電裝機容量的快速增長，風電的滲透率越來越高，而其出力的隨機性、不確定性和間歇性導致系統(tǒng)的功率波動進一步擴大，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了諸多新的挑戰(zhàn)。考慮到風電送出的實際情況，搭建一套考慮大規(guī)模分布式風電場經(jīng)直流外送并網(wǎng)精準并且有效的測試與驗證平臺，可以方便的開展關于風電場的規(guī)劃、消納能力、次同步振蕩、虛擬同步及優(yōu)化調度等問題的深入研究，探索“源–網(wǎng)–荷”靈活互動與自主交互模式，解決大規(guī)模風電場友好并網(wǎng)的問題。

該系統(tǒng)方案結合了科梁公司RT-LAB及Hypersim兩大旗艦實時仿真平臺的優(yōu)勢，其中借助HyperSim強大的大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真能力和優(yōu)勢以仿真?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)模分布式風電場，考慮合適的解耦位置，兩者通過高速光纖通訊進行自然解耦，從而完成大規(guī)模分布式風力發(fā)電經(jīng)直流外送并入大電網(wǎng)場景的精準而有效的實時仿真模擬，開展系統(tǒng)級的關鍵技術問題研究。

組成與原理

該系統(tǒng)分為RT-LAB及Hypersim兩大仿真平臺，各個仿真平臺主要包括多核CPU、多FGPA擴展及開發(fā)主機。其中CPU為主要的計算單元，可以完成較大規(guī)模新能源風場模型、傳統(tǒng)直流及特高壓直流模型的計算、CAN通訊、串口通訊、TCP/IP、IEC61850通訊等多種不同的通訊實現(xiàn)，而FPGA具備高速的硬件計算能力，主要負責一些高精度的模型計算、高速的IO及光纖通訊管理，CPU與FPGA采用了高速的PCIe總線進行實時的通訊，同時也可以通過該總線擴展一些PCIe擴展裝置。各自的開發(fā)主機則完成不同平臺的模型開發(fā)、離線驗證、實驗管理、數(shù)據(jù)管理及模型運行監(jiān)控等。

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

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

功能與規(guī)格

該應用方案包括的主要設備、功能及主要指標如下表所示。

其中RT-LAB側OP5607可以根據(jù)需要仿真風場詳細值的臺數(shù)而配置不同的數(shù)量。一臺Dolphin轉換機可以最多擴展8臺OP5607，如果需要仿真更多風機詳細值模型也可以配置多個Dolphin轉換機。

應用方案

該應用方式為采用詳細值風場模型，模擬大規(guī)模分布式風力發(fā)電通過特高壓直流輸電并入大電網(wǎng)的場景。為了更加精確的模擬該場景，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域和電力系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢，實現(xiàn)單一平臺無法或者很難精確模擬的場景，與此同時為了獲得更加可靠的仿真精度與結果，系統(tǒng)采用了接入多臺風機控制器和傳統(tǒng)直流控制保護裝置的半實物仿真方案。該應用方案系統(tǒng)具有層次清晰、擴展性強、功能具體等諸多優(yōu)勢，并且通過聯(lián)合仿真，可以對實際中很多難以解決或描述的問題進行更為精確的仿真分析和研究。

圖2 大規(guī)模分布式風力發(fā)電系統(tǒng)應用示意圖