阅读说明：本技术 一种分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统 (Distributed photovoltaic and cascade small hydropower station combined power generation real-time simulation system ) 是由 舒军 唐健 丁理杰 田军 韩晓言 刘静波 胡灿 杨嘉伟 王多平 何文辉 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统,包括实时数字仿真仪、接口板卡、通信板卡、实时仿真模型、电平适配板以及分布式光伏与梯级小水电能量管理器,所述实时仿真模型、接口板卡、通信板卡位于实时数字仿真仪内,所述分布式光伏与梯级小水电能量管理器通过电平适配板与接口板卡相连,所述分布式光伏与梯级小水电能量管理器与通信板卡相连。本发明可以深入研究分布式光伏与梯级小水电互补系统的容量优化配置问题、系统运行特性及系统稳定性问题、系统联合运行控制与智能调度问题。(The invention relates to a distributed photovoltaic and cascade small hydropower station combined power generation real-time simulation system which comprises a real-time digital simulator, an interface board card, a communication board card, a real-time simulation model, a level adapter board and a distributed photovoltaic and cascade small hydropower station energy manager, wherein the real-time simulation model, the interface board card and the communication board card are positioned in the real-time digital simulator, the distributed photovoltaic and cascade small hydropower station energy manager is connected with the interface board card through the level adapter board, and the distributed photovoltaic and cascade small hydropower station energy manager is connected with the communication board card. The invention can deeply research the capacity optimization configuration problem, the system operation characteristic and system stability problem, and the system joint operation control and intelligent scheduling problem of the distributed photovoltaic and cascade small hydropower complementary system.)

一种分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统

技术领域

本发明属于实时仿真的技术领域，涉及到分布式光伏与梯级小水电联合发电系统的实时仿真技术。

背景技术

近年，一方面随着国家大力发展可再生能源发电，梯级小水电、分布式光伏发电等产业发展越来越迅速。另一方面，我国可再生能源的“弃水弃光弃风”问题依旧十分突出。“全面推进分布式光伏发电建设，推动多能互补、协同优化的新能源电力综合开发”是我国解决单一可再生能源发电瓶颈的重要举措。分布式光伏与梯级小水电组成的联合发电系统通过光资源与水资源的互补特性，利用水电启动灵活、调峰能力突出的特点改善了分布式光伏电站出力间歇性、波动性、随机性的问题,成为推动分布式光伏与梯级小水电应用的有力举措。

迄今，实时数字仿真技术在电力系统中已经得到了广泛的应用，其中实时数字仿真仪RTDS作为一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的实时仿真装置，在国内外已获得了广泛认可和应用。

通过对现有技术进行分析，一方面，现有技术集中于对单独的水电机组或分布式光伏发电站进行实时仿真研究。公开号为CN108255069A的发明专利公开了一种电力系统-水电机组联合仿真装置与方法，基于RTDS实现了大规模水电机组的电力系统实时仿真。公开号为CN106374832A的发明专利公开了一种基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，搭建了光伏机组-RTDS硬件在环测试平台展开控制器性能测试。另一方面，现有技术集中于对水光联合发电站的多电源调度方法展开研究。公开号为CN104714524B的发明专利描述了一种光伏电站与水电站联合运行系统及运行方法。公开号为CN105048516A的发明专利公开了一种风光水火多源互补优化调度方法。

现有技术缺少利用实时仿真方法建立分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统的应用。通过该实时仿真系统的应用，一方面可以开展多种基础研究，包括对分布式光伏与梯级小水电互补系统的容量优化配置问题、系统运行特性及系统稳定性问题、系统联合运行控制与智能调度等问题展开实时仿真分析，也可以对分布式光伏与梯级小水电能量管理器的性能展开深入测试，具有很强的研究及应用价值。

发明内容

通过RTDS搭建用户关心的电力系统的实时仿真模型，或将RTDS与实际控制器构成硬件在环平台，可以对被测系统进行全方面、系统的测试，具有测试可重复进行、工况可以任意模拟、测试效率高、测试成本低等突出的优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统，包括实时数字仿真仪、接口板卡、通信板卡、实时仿真模型、电平适配板以及分布式光伏与梯级小水电能量管理器，所述实时仿真模型、接口板卡、通信板卡位于实时数字仿真仪内，所述分布式光伏与梯级小水电能量管理器通过电平适配板与接口板卡相连，所述分布式光伏与梯级小水电能量管理器与通信板卡相连。

进一步的，所述实时仿真模型包括分布式光伏实时仿真模型、梯级小水电实时仿真模型以及电网及负载实时仿真模型，并且上述实时仿真模型搭建并运行在实时数字仿真仪中。

进一步的，所述分布式光伏实时仿真模型由若干光伏组件实时仿真模型排列组成，所述光伏组件实时仿真模型包括：若干太阳能电池板组成的分布式光伏阵列、DC/AC变流器、控制器。

进一步的，所述的梯级小水电实时仿真模型由若干水电机组实时仿真模型排列组成，水电机组实时仿真模型包括：引水系统模型、水轮机模型、发电机模型、水力发电控制器模型。

进一步的，所述电网及负载实时仿真模型包括变压器、输电线路、电网及负载。

进一步的，所述接口板卡包括模拟量输入板卡GTAI、模拟量输出板卡GTAO、数字量输入板卡GTDI及数字量输出板卡GTDO。

进一步的，所述通信板卡是GTNETx2通信板卡，提供104协议/Modbus协议/DNP3协议接口，实现分布式光伏与梯级小水电能量管理器与运行在实时数字仿真仪中的各个实时仿真模型进行数据通信交互。每个GTNETx2通信板卡运行时候只支持一种协议。

具体地，通信交互的数据包括：分布式光伏与梯级小水电能量管理器模拟电网调度下发的分布式光伏实时仿真模型中每个光伏组件实时仿真模型的期望发电量设定值、梯级小水电实时仿真模型中每个水电机组实时仿真模型的期望发电量设定值，也包括每个实时仿真模型反馈的实际发电量、运行工况参数。

所述的分布式光伏与梯级小水电能量管理器的控制信号接入所述的电平适配板，经过电平转换及匹配后的信号与所述的GTAI/GTAO/GTDI/GTDO接口板卡进行连接，实现分布式光伏与梯级小水电能量管理器与运行在实时数字仿真仪RTDS中的各个实时仿真模型交互模拟量及数字量参数。具体地，根据分布式光伏与梯级小水电能量管理器完成控制功能所需的必要参数以及用户测试需求确定需要连接的GTAI/GTAO/GTDI/GTDO信号。

所述的分布式光伏与梯级小水电能量管理器通过电平适配板、接口及通信板卡与实时仿真仪RTDS组成硬件在环平台，即形成了所述的一种分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统，在此平台上便可展开一系列的基础研究和控制器性能测试。

本发明的有益效果是：

基于一种分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统，一方面可以深入研究分布式光伏与梯级小水电互补系统的容量优化配置问题、系统运行特性及系统稳定性问题、系统联合运行控制与智能调度问题。另一方面可以开展针对分布式光伏与梯级小水电能量管理器的性能测试，测试优化分布式光伏与梯级小水电能量管理器的多能互补调度算法，加快并提高产品研发测试效率，降低研发测试成本。

附图说明

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：

名词解释：RTDS全称为实时数字仿真仪（Real Time Digital Simulator）。

首先，根据如下步骤建立目标分布式光伏与梯级小水电联合发电系统的实时仿真模型。

第一步，由实际的分布式光伏与梯级小水电互补系统拓扑确定图1中所示的光伏组件个数n，根据已有的成熟的建模方法，建立n个光伏组件实时仿真模型，每个光伏组件实时仿真模型包括分布式光伏阵列、DC/AC变流器、控制器三部分模型。

第二步，由实际的分布式光伏与梯级小水电互补系统拓扑确定图1中所示的水电机组个数m，根据已有的成熟的建模方法，建立m个水电机组实时仿真模型，每个水电机组实时仿真模型包括引水系统模型、水轮机模型、发电机模型、水力发电控制器模型。

第三步，由实际的分布式光伏与梯级小水电互补系统拓扑确定变压器、输电线路、电网、负载四部分的参数，从而建立图1中所示的电网及负载实时仿真模型。

第四步，根据当地的水文及光照数据，在RTDS中给定分布式光伏实时仿真模型中n个光伏组件实时仿真模型所需的光照资源数据、梯级小水电实时仿真模型中m个水电机组实时仿真模型所需的水文数据。

其次，根据如下步骤将分布式光伏与梯级小水电联合发电系统的分布式光伏与梯级小水电能量管理器与RTDS进行硬件在环连接。

第一步，如图1所示，将分布式光伏与梯级小水电能量管理器所需的控制信号线接入电平适配板，通过电平适配板匹配后的信号线，接入GTAI/GTAO/GTDI/GTDO接口板卡，建立分布式光伏与梯级小水电能量管理器与实时仿真模型之间交互模拟量及数字量的硬件通道。如果控制信号线的电平已经与RTDS的接口板卡电平范围一致，则可以将控制信号线直接接入GTAI/GTAO/GTDI/GTDO接口板卡进行连接。

第二步，如图1所示， GTNETx2通信板卡提供常见的104协议/Modbus协议/DNP3协议接口，将分布式光伏与梯级小水电能量管理器接入GTNETx2通信板卡，通过网络通信的方式实现分布式光伏与梯级小水电能量管理器与实时仿真模型之间进行数据交互。

然后，通过上述所有步骤，即形成了分布式光伏与梯级小水电联合发电实时仿真系统。在RTDS中，通过修改光照资源、水文资源、分布式光伏及梯级小水电模型、电网参数等，便可以在此实时仿真系统上开展系列测试。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了实时仿真技术，因此本实时仿真系统可以对被测系统进行全方面、系统的测试，具有测试可重复进行、工况可以任意模拟、测试效率高、测试成本低等突出的优点。

其次，在此平台上既可以深入研究分布式光伏与梯级小水电互补系统的容量优化配置问题、系统运行特性及系统稳定性问题、系统联合运行控制与智能调度问题，还可以开展针对分布式光伏与梯级小水电能量管理器的性能测试，测试优化分布式光伏与梯级小水电能量管理器的多能互补调度算法等，对于理论研究、技术产品实现都有很大的帮助。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。