一種智能電網(wǎng)中自動發(fā)電控制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真技術(shù)，尤其是設(shè)及一種智能電網(wǎng)中自動發(fā)電控 制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，我國對能源的需求日益增加，而傳統(tǒng)的化石 燃料使用也帶來了嚴(yán)峻的資源、環(huán)境壓力，W傳統(tǒng)的化石燃料為主的能源供應(yīng)系統(tǒng)是不可 持續(xù)發(fā)展的。W風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)有零碳排放、能源利用效率高等特 點而得到迅速發(fā)展。風(fēng)電發(fā)電是目前技術(shù)最成熟、最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕Y源發(fā)電技術(shù)，全 世界范圍內(nèi)，風(fēng)電滲透率在迅速上升。美國能源部制定了風(fēng)電占美國能源結(jié)構(gòu)的比重的目 標(biāo)，到2030年將達(dá)20%、到2050年將達(dá)35%;歐盟有風(fēng)電占?xì)W盟電力需求量的比例的目標(biāo)， 到2030年將達(dá)28.5%、到2050年將達(dá)50%;我國有風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中的比例的目標(biāo)，到2030 年將達(dá)15%、到2050年將達(dá)26%。但是，隨著風(fēng)電滲透率的不斷提高，風(fēng)電的隨機性和間歇 性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對于大規(guī)模的風(fēng)電消納而言，提高風(fēng)電輸出功 率的穩(wěn)定性、平衡系統(tǒng)發(fā)電功率和負(fù)荷消耗功率的研究正受到重視。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā) 電（CCPP,Gas-Steam Combined切cle化wer Plant)技術(shù)具有高效率、低污染、低水耗、啟 動快、大容量等特點W及快速的出力調(diào)節(jié)能力，在智能電網(wǎng)中對于平滑風(fēng)電功率和負(fù)荷帶 來的聯(lián)絡(luò)線交換功率的波動具有重要意義。因此，需要采用自動發(fā)電控制(AGC，Automatic Generation Control)技術(shù)，用來滿足調(diào)度的需求和系統(tǒng)安全運行。智能電網(wǎng)中自動發(fā)電控 制和設(shè)及可再生能源的調(diào)度計劃的研究需要新的仿真工具來進(jìn)行仿真研究?，F(xiàn)有的電力系 統(tǒng)仿真裝置不能獨自地滿足智能電網(wǎng)中對系統(tǒng)規(guī)模、實時仿真、在線仿真、復(fù)雜算法等仿真 要求，因而需要采用不同類型的電力系統(tǒng)仿真裝置來進(jìn)行混合仿真，W構(gòu)成硬件在環(huán)仿真 平臺，實現(xiàn)智能電網(wǎng)中更為有效的仿真方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可W實時仿真、 適應(yīng)性高的智能電網(wǎng)中自動發(fā)電控制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] -種智能電網(wǎng)中自動發(fā)電控制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，包括：
[0006] 數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置，用于在線獲取來自電網(wǎng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；
[0007] 電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置實現(xiàn)智能電網(wǎng)一次 系統(tǒng)的實時數(shù)字仿真；
[000引可編程邏輯控制器，用于生成自動發(fā)電控制算法控制所述電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真 裝置；
[0009] TCP/IP實時通信裝置，用于實現(xiàn)電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置與數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置 和可編程邏輯控制器的通信。
[0010] 所述電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置仿真的智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)包括大規(guī)?？稍偕?源發(fā)電系統(tǒng)、常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、輸配電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷。
[0011] 所述電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置進(jìn)行智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)的仿真時，在線跟蹤來自 數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行實時仿真或離線利用數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置的歷史數(shù)據(jù)進(jìn) 行歷史回放仿真。
[0012] 所述電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置內(nèi)設(shè)有用于跟蹤智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)內(nèi)可再生能 源的有功輸出的波動性電源有功功率跟蹤接口。
[0013] 所述波動性電源有功功率跟蹤接口包括dq解禪控制器。
[0014] 所述電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置包括RTDS裝置。
[0015] 所述可編程邏輯控制器生成的自動發(fā)電控制算法包含3個時間尺度的調(diào)度：日前 調(diào)度、經(jīng)濟調(diào)度和區(qū)域控制偏差調(diào)節(jié)，通過所述3個時間尺度的調(diào)度實現(xiàn)電力系統(tǒng)實時數(shù)字 仿真裝置中仿真的智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)的發(fā)電和負(fù)荷的平衡控制。
[0016] 所述TCP^P實時通信裝置支持的通信協(xié)議包括IEC 60870-5-104協(xié)議。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0018] 1)本發(fā)明的電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置實現(xiàn)包含大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)、常 規(guī)發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、輸配電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷等在內(nèi)的智能電網(wǎng)一次系統(tǒng) 的仿真，能夠充分利用不同電力系統(tǒng)仿真裝置的優(yōu)點，構(gòu)成滿足智能電網(wǎng)仿真需求的硬件 在環(huán)仿真系統(tǒng)，能夠滿足智能電網(wǎng)仿真對系統(tǒng)規(guī)模、實時性、在線仿真、復(fù)雜算法等要求，具 有廣泛的適應(yīng)性。
[0019] 2)本發(fā)明電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置使用RTDS裝置，具有可W實時仿真、可W與 外部設(shè)備構(gòu)成靈活的數(shù)字-物理閉環(huán)系統(tǒng)的特點。
[0020] 3)本發(fā)明采用可編程邏輯控制器生成自動發(fā)電控制算法控制電力系統(tǒng)實時數(shù)字 仿真裝置的運行，可W靈活地改變自動發(fā)電控制策略，從而提高自動發(fā)電控制仿真的效率。
[0021] 4)本發(fā)明電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置根據(jù)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，SCADA系統(tǒng) 可在線地獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而利用實測數(shù)據(jù)來驗證自動發(fā)電控制策略的有效性。
[0022] 5)本發(fā)明TCP/IP實時通信裝置支持IEC 60870-5-104協(xié)議，該協(xié)議具有實時性好、 可靠性高、數(shù)據(jù)流量大、便于信息量擴充、支持網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)帶時間標(biāo)簽等特點，用來實現(xiàn) RTDS和化C之間的雙向?qū)崟r通信，利于自動發(fā)電控制仿真的數(shù)據(jù)交換。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為波動性電源有功功率跟蹤接口原理圖；
[0025] 圖3為仿真的智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[00%]圖4為自動發(fā)電控制算法原理圖；
[0027] 圖5為RTDS中波動性電源有功功率跟蹤接口的模型圖；
[0028] 圖6為波動性電源有功功率跟蹤接口仿真結(jié)果曲線圖；
[0029] 圖7為自動發(fā)電控制仿真結(jié)果曲線圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例W本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實施例。
[0031] 如圖1所示，本實施例提供一種智能電網(wǎng)中自動發(fā)電控制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，包 括數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置1、電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置2、可編程邏輯控制器3和TCP/IP實時通 信裝置4,其中，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置1用于在線獲取來自電網(wǎng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù);電力系統(tǒng)實時數(shù)字 仿真裝置2用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置實現(xiàn)智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)的實時數(shù)字仿真;可編程邏 輯控制器3用于生成自動發(fā)電控制算法控制電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置;TCP/IP實時通信 裝置4用于實現(xiàn)電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置與數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置和可編程邏輯控制器的通 信。
[0032] 本實施例中，電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置2采用RTDS裝置，該裝置具有如下特點：
[0033] (1)實時數(shù)字仿真計算：即利用現(xiàn)代并行計算技術(shù)，通過硬件平臺實時模擬實際電 力系統(tǒng)的運行情況；
[0034] (2)網(wǎng)絡(luò)通信：即能夠支持不同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，能夠和其他設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信、 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0035] 電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置2仿真的智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)包括大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā) 電系統(tǒng)、常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、輸配電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷等。電力系統(tǒng)實時 數(shù)字仿真裝置進(jìn)行智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)的仿真時，在線跟蹤來自數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置的實時數(shù) 據(jù)進(jìn)行實時仿真或離線利用數(shù)據(jù)采集監(jiān)控裝置的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史回放仿真。
[0036] 電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置2內(nèi)設(shè)有用于跟蹤智能電網(wǎng)一次系統(tǒng)內(nèi)可再生能源的 有功輸出的波動性電源有功功率跟蹤接口 21。電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置2中利用可控電 壓源來代替風(fēng)電廠、光伏電廠等波動性電源，并利用dq解禪控制算法來實現(xiàn)波動性電源有 功功率跟蹤接口，使得可控電壓源與可再生能源發(fā)電廠有相同的外部特性。波動性電源有 功功率跟蹤接口 21的原理如圖2所示。首先從電網(wǎng)側(cè)獲得=相電壓、電流，通過帕克變換得 到dq軸電壓、電流，由dq軸電壓和實際可再生能源發(fā)電功率可W計算得到dq軸參考電流：
(1)
[0038]利用電流前饋解禪控制：
(2)
[0040]可W得到dq軸的控制電壓，最后通過帕克反變換，回到=相靜止坐標(biāo)系，得到=相 電壓控