[发明专利]大型风电机组实时运行控制联合仿真平台及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台及其构建方法。

背景技术

完整的风电整机运行控制模型包括气动机械模型和电气部分模型。常用电力系统仿真软件中采用的气动机械模型不够详细。GH Bladed是一款用于风机气动和机械计算的专业风机设计软件，但是其电气部分模型较为简单，无法计及变流器动态，且电气模型的可拓展性较差。

RTDS仿真平台，全称为实时数字仿真仪(Real Time Digital Simulator)，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，比较适合建立精确、详细的风电机组电气部分模型。

目前尚少见考虑详细风电机组模型的实时联合仿真平台，在Bladed中建立风电机组机械部分和气动部分模型，在RTDS中建立风电机组电气部分的模型，通过PLC实现二者之间的变量交互和通讯，从而建立基于RTDS与Bladed的风电机组实时运行控制联合仿真平台，所建立的联合仿真平台可以充分发挥二者的优势，使得风机整机运行控制模型可以实时运行，且更加详细、完整。

目前已有的联合仿真方案采用Bladed与Matlab的联合仿真，该方案采用命名管道技术、Matlab Engine技术设计出交互软件，使得GH Bladed和Matlab能够同步对风力发电机进行仿真，进一步扩展了GH Bladed的分析功能，方便了外部控制器的设计。(参见刘兴华，敬维，林威.GH Bladed和Matlab的交互软件设计及风力发电机的独立变桨控制器仿真研究，中国电机工程学报,2013,VOL33(22):83-90)

但上述现有技术的缺点是提供的是非实时的联合仿真平台，无法对主控和变流器控制器进行硬件在环验证，另外其电气模型仍然不是详细模型，无法精确描述电磁暂态响应，无法应用于新型拓扑结构和复杂电网情况的模拟。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台及其构建方法，可用于风机主控和变流器控制器的硬件在环测试，能应用于新型拓扑结构和复杂电网情况的模拟。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台构建方法，所述方法为：在Bladed中建立风电机组机械部分和气动部分模型，在RTDS(实时数字仿真仪)中建立风电机组电气部分的模型；RTDS是实时运行的，计算机性能足够的条件下Bladed内置的硬件测试模块(GH Hardware Test模块)可以保证Bladed实时运行，Bladed与RTDS之间通过PLC(可编程逻辑控制器)进行变量交互和通讯，实现完整的闭环控制。

优选地，所述方法中，Bladed通过其计算机载体的以太网网口与PLC的以太网组件通过基于TCP/IP的ADS协议进行通讯；PLC与RTDS通过各自的IO板卡通过模拟电信号进行通讯，实现了整个联合仿真平台数据的实时的双向通讯。

进一步的，所述方法中，通讯用数据流为：Bladed、硬件测试模块、PLC、RTDS之间依次为双向流动。硬件测试模块作为Bladed与PLC之间的硬件接口，可实现Bladed与PLC之间的数据交换；RTDS与PLC之间通过各自AO、AI互连，通过模拟电信号进行通讯。

优选地，所述方法中，闭环控制为：完整的传动链的模型(包括发电机转子的运动方程)建立在Bladed中，Bladed中的发电机实时转速ωg通过PLC传递给RTDS后，直接作为RTDS中发电机的转速输入；RTDS中发电机实时转矩Tg通过通讯传递给Bladed，直接作为Bladed中当前的发电机转矩，从而形成完整的闭环控制。

根据本发明的一个方面，提供一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台，所述平台包括安装有Bladed软件的计算机、实时数字仿真仪(RTDS)和可编程逻辑控制器(PLC)，其中：

所述安装有Bladed软件的计算机，用于在Bladed中建立风电机组机械部分和气动部分模型；所述Bladed软件中自带硬件测试模块(GH Hardware Test模块)，硬件测试模块保证Bladed实时运行，并集成了多种通讯协议，是Bladed与其它设备数据交换的接口，借助于GH Hardware Test模块，Bladed与PLC通讯并最终实现与RTDS通讯；