[发明专利]风电场仿真测试方法、装置和风电场仿真模型

说明书

本发明公开了一种风电场仿真测试方法，适用于预先构建的风电场仿真模型；CPU模块在每一预设的CPU计算时步内，分别测量N台风电机组的端口三相电压，并依次输入FPGA模块中；所述FPGA模块根据每一所述风电机组的端口三相电压计算对应的风电机组的状态方程，得到每一所述风电机组的端口三相电流，并输入所述CPU模块以作为对应的所述风电机组的控制量。本发明还公开了一种风电场仿真模型和一种风电场仿真测试装置。基于CPU模块和FPGA模块建立风电场仿真模型，采用流水线算法，依次完成多台风电机组的状态方程计算，从而实现对整个风电场的仿真测试，更加高效地实现了对风电控制系统的半实物仿真测试，且操作简便。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场仿真测试方法、装置和风电场仿真模型。

背景技术

近年来，随着我国风电机组单机以及风电场装机容量的增加，对风电的并网质量要求也逐渐提高。例如要求风电机组具备高、低电压穿越；要求风电场并网点具备一定电压、潮流调节能力；要求风电场特定断面的阻抗特性满足稳定性要求等。由于现代风电控制系统采用了大量全控型电力电子设备，因此风电控制系统对风电并网电能质量起着重要的影响作用。为了提高风电并网质量，有必要对风电控制系统进行充分的测试。

现有风电机组的仿真模型包括详细模型和集总模型两大类。详细模型基于经典电机状态方程，能够描述并网风电机组的稳态、暂态与次暂态特性。但采用详细模型对整个风电场进行实时仿真时，因一台仿真器只能同时计算有限个风电机组，故需要同时使用多台仿真器进行并行计算，其操作不方便，且仿真效率较低。

集总模型基于等效原理，将整个风电场等效成单台或多台风电机组。但由于对风电场进行了集总等效，对应地也需要对风电控制系统进行改造，因而不能很好地实现对风电控制系统进行半实物仿真测试。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种风电场仿真测试方法、装置和风电场仿真模型，基于CPU模块和FPGA模块建立风电场仿真模型，采用流水线算法，依次完成多台风电机组的状态方程计算，从而实现对整个风电场的仿真测试，更加高效地实现了对风电控制系统的半实物仿真测试，且操作简便。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种风电场仿真测试方法，适用于预先构建的风电场仿真模型；所述风电场仿真模型包括CPU模块、FPGA模块和N台风电机组；所述风电机组由三相受控电流源表示；N≥1；所述风电场仿真测试方法包括步骤：

所述CPU模块在每一预设的CPU计算时步内，分别测量所述N台风电机组的端口三相电压，并依次输入FPGA模块中；

所述FPGA模块根据每一所述风电机组的端口三相电压计算对应的风电机组的状态方程，得到每一所述风电机组的端口三相电流，并输入所述CPU模块以作为对应的所述风电机组的控制量。

作为上述方案的改进，以预设的FPGA时钟周期为间隔，依次将每一所述风电机组的端口三相电压输入所述FPGA模块中；其中，所述CPU计算时步大于N倍的所述FPGA时钟周期。

作为上述方案的改进，所述风电机组的状态方程的计算时长为M个所述FPGA时钟周期；其中，M≥N；。

作为上述方案的改进，所述风电机组的状态方程的计算过程具体为：

利用三相静止坐标系到两相静止坐标系变换公式，根据所述端口三相电压计算所述发电机组的定子在两相静止坐标系的电压分量；

利用后退欧拉法，根据所述电压分量更新所述风电机组的定子和转子的磁链状态变量；

根据所述磁链状态变量计算所述风电机组的定子和转子在两相静止坐标系的电流分量；

利用两相静止坐标系到三相静止坐标系变换公式，根据所述风电机组的定子的所述电流分量计算所述风电机组的定子的端口三相电流。