[发明专利]一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法

说明书

本发明公开一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，此方法采用基于FPGA的实时数字解算器(FRTDS)，综合对燃气机系统、热力系统、电力系统等主要组成部分的模型及逆变器控制系统进行建模分析；所述仿真方法针对含燃气轮机的电力系统的网络特点，从减少计算量实现实时仿真的目的出发，提出一种适用于该系统的网络拆分方法和求解过程；所述多速率仿真方法在使用显示欧拉法进行多速率分网方法基础上提出了基于显示预测的隐式差分法和基于插值预测的隐式差分法，研究其在燃气轮机电力系统多速率分网中实际应用和仿真过程。本发明设计的方法以燃气轮机发电系统为例，解决含有多个仿真步长的大规模系统的实时仿真问题，减少仿真计算量，扩大仿真规模。

技术领域

本发明属于电力自动化技术领域，涉及一种电力系统实时仿真的仿真模型建立方法，尤 其是一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法。

背景技术

当今世界，能源作为人类生存的根本条件和社会前进的主要动力，化石燃料所引起的能 源短缺和环境污染等问题受到了各国的高度重视。由于世界经济的蓬勃发展，在能源需求大 幅度增长和供需矛盾日益严重的重重压力下，如何合理的开发利用能源、提高能源的利用效 率、发掘更多的新型能源、提高能源利用的经济效益和生态效益已成为普遍关注的问题。

如今微型燃气轮机的广泛使用导致电网运行变得日益复杂，会使电力技术人员对其监视、 分析和控制变得更加困难。因此，研究燃气轮机发电系统数字实时仿真，对于研究含燃气轮 机发电系统的微电网实际运行状态具有十分重要的意义。燃气轮机发电系统数字实时仿真能 够模拟实际应用中含燃气轮机微电网在运行中的在线预警、分析和调度，可对二次设备进行 硬件在环实验和对电力系统工作人员进行技术培训。

FRTDS的实时解算器是由多个用于完成运算任务的微处理核构成，微处理核通过数据交 换站完成数据交互，形成一个规模较大的实时解算器结构，其整体结构如图1所示。为了实 现多速率仿真和充分利用微处理核，微处理核与外部设备之间采用乒乓操作的形式进行数据 交互，由步长控制器掌握其交互时间点。微处理核之间的数据交互方式包括“手拉手”和“数据 管道”两种方式。其中，两个相邻微处理核间的数据交互采用“手拉手”形式，两个相距较远的 微处理核间的数据交互采用“数据管道”形式。同时，为实时解算器配备了SFP/SFP+、PCIe 接口，SFP/SFP+接口通过信号转换装置与实际设备连接，PCIe接口与工业控制机相连接。

微处理核由运算组件、数据存储单元、指令单元、输入数据控制器、输出数据控制器组 成，如图2所示。运算组件用于完成包括算术运算式、逻辑运算式和比较运算式在内的复杂 运算式的执行。指令单元包括指令存储单元和指令处理单元，指令处理单元负责从指令存储 单元中取得指令，通过分解、变址整理为控制单元所需的数据结构。控制单元由选择控制器、 输入数据控制器和输出数据控制器组成。

在FRTDS平台中进行多速率仿真时，大步长仿真运算和小步长仿真运算与外界数据的交 互频率有所不同。此时，采用的运算组件与输入输出组件的信息交互如图3所示。模块1～4 都是乒乓电路，其中模块1和模块3按照大步长时间节拍进行乒乓操作，模块2和模块4按 照小步长时间节拍进行乒乓操作。RAMA和RAMB依次与输入输出组件和运算组件接通。

但现有的关于燃气轮机仿真方法的研究存在如下几点缺陷：

1、通常从综合能源系统考虑的热电联供的研究都忽略了该系统实际模型的建立过程和真 实的运行状态，不适用于实时仿真等针对实际运行所进行的的仿真。

2、在研究中，多为仅针对单独燃气轮机发电系统或单独余热利用的单一环节进行建模分 析其工作原理和动态特性，具体有关微型燃气轮机热电联合运行特性的仿真方法的研究还有 所不足。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于FRTDS的燃气机发电系统 仿真建模方法，解决含有多个仿真步长的大规模系统的实时仿真问题，减少仿真计算量，扩 大仿真规模。