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电力系统实时仿真解决方案

2023-09-07 20:54:48 5993

一、概述

新能源场站和区域电网作为复杂且具有动态特性的大规模电力系统,需要实时仿真测试来验证其性能、稳定性和响应能力。在这种背景下,多核并行仿真运算显得尤为重要。多核并行仿真能够同时处理电力系统的复杂模型,加速仿真过程,实现接近实时的模拟,以更准确地模拟系统的动态特性和多样情况。这种方法能够验证控制策略、应对能源波动和需求变化,模拟故障情况,同时为电力系统的优化和性能提升提供支持,使新能源电力系统能够更高效、稳定地运行,并为未来的发展做好准备。

二、系统架构

该系统基于Links-XiL智能装备仿真测试一体化平台,建立了发电机、光伏、风机、储能、电网等Simulink模型,除进行纯数字仿真外,还可外接真实的控制器或待测设备,进行HIL与RCP测试。

电网HIl-123.jpg

三、应用示例:连接到 2 kV 配电系统的 25 MW 光伏发电场

3.1模型介绍

光伏发电系统模型包括两个光伏阵列(光伏阵列1和光伏阵列2在1 W/m5太阳辐照度和电池温度为500°C时分别可产生1000.2 MW和25 kW的功率),升压转换器,MPPT系统,直流母线,三电平NPC转换器,直流稳压器,无功功率调节器和耦合变压器。光伏阵列转化太阳能为电能,经过多个阶段的转换和控制,最终将电能连接到电网。系统优化功率提取、稳定电压和控制功率因素,实现高效光伏发电和电网互联,电网模型由典型的 25 kV 配电馈线和 120 kV 等效输电系统组成。

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图1 总体结构

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图2 光伏阵列模型

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图3 电网模型


3.2系统拆分多核并行运算

为了提高计算效率、精确分析问题、验证控制策略以及适应为来更复杂电力系统的需求,太阳成集团tyc234cc通常将复杂的电力系统模型分解为更小、更可管理的部分。并分别运行在各个CPU仿真核中。

1)模型拆分成两部分,添加输入输出接口后编译成可执行文件

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图4 模型拆分

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图5 模型编译

2)建立仿真工程,用户只需一键导入系统分割编译后的文件,分配运行核心,进行接口映射,即可实现大系统多核并行仿真,其中每个模型仿真步长25us。

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图6 分配运行核心

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图7 接口映射

3.3仿真结果对比

由图8-图11可见,正常工况下系统电压、电流稳定,该系统simulink仿真与实时仿真结果一致,太阳成集团tyc234cc实时仿真机可以较好模拟电力系统实际运行状况。

1)25kV三相电网电压仿真结果对比

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图8 Simulink仿真波形

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图9 多核并行实时仿真波形

2)25kV三相电网电流仿真结果对比

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图10-1 Simulink仿真波形(a)

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图10-2 Simulink仿真波形(b)

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图10-3 Simulink仿真波形(c)

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图10-4 Simulink仿真波形(d)

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图11-1 多核并行实时仿真波形(a)

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图11-2 多核并行实时仿真波形(b)

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图11-3 多核并行实时仿真波形(c)

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图11-4 多核并行实时仿真波形(d)

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图12 实时仿真任务执行时间统计

四、IEEE 39 bus模型多核并行实测

4.1模型介绍

该系统由39个母线组成,其中包括10个发电机母线和19个负荷母线,广泛应用于小信号稳定性研究、动态稳定分析、电能质量分析与控制等领域。

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图13  IEEE39 bus模型(拆分前)

4.2系统拆分多核并行运算


IEEE 39 bus模型按照上述分割线位置分割为三个子系统,从而实现CPU多核并行仿真,其中每个模型仿真步长50us。

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图14  IEEE39 bus模型(拆分后)

注:模型编译及仿真工程配置步骤可参考示例1。

4.3仿真结果对比

由图15-图18所示,无论是在正常工况还是在故障工况下,IEEE 39 bus模型拆分前、拆分后离线仿真结果与多核行实时仿真结果一致。由此可见,太阳成集团tyc234cc实时仿真系统可以较好模拟电力系统正常/故障工况下运行状态。

1)正常工况下母线2电压电流仿真波形对比

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图15 拆分前离线仿真结果

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图16 拆分后离线仿真结果

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图16 多核并行实时仿真结果


2)故障工况下母线2电压电流仿真波形对比

在15秒时母线25和母线26之间的线路发生三相接地短路故障,持续时间0.06秒,发生故障前后,母线2的电压电流波形如下

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图17 拆分前离线仿真结果

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图17 拆分后离线仿真结果

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图18 多核并行实时仿真结果

五、应用领域

适用于新能源场站仿真、智能配电网系统仿真、船舶微电网仿真等多种应用场景,为验证系统性能、优化控制策略以及解决能源管理问题提供了有效的工具。