大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力仿真技术领域，公开了大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法及装置。本发明专利技术构建目标大规模光伏电站的单元级并行仿真架构，该架构包括多个光伏发电集群等效模块，各光伏发电集群等效模块间的内部计算为并行求解；每个光伏发电集群等效模块通过其内的光伏发电单元端口模型求解得到的单元端口电压信号汇聚得到集群端口电流信号，光伏发电单元端口模型基于Ward等值的思想将内部节点信息反映于外部节点上；构建场站级并行仿真架构包括依次连接的总输入模块、所述单元级并行仿真架构和整体系统网络解算模块。本发明专利技术能够有效提高大规模光伏电站的实时仿真效率。能够有效提高大规模光伏电站的实时仿真效率。能够有效提高大规模光伏电站的实时仿真效率。

【技术实现步骤摘要】
大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力仿真
，尤其涉及大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法及装置。

技术介绍

[0002]大规模光伏电站中，由大量光伏发电单元并联构成光伏发电集群，各光伏发电集群端口的电流信号经由短传输线汇流送出。由于大规模光伏电站结构较为复杂，若对大规模光伏电站结构中的各模块和单元均进行仿真，仿真分析计算耗时长，难以满足大规模光伏电站快速实时仿真的需求。相关技术中采用“以少代多”的多机等值模型进行光伏电站实时仿真，然而，所得到的仿真模型存在单元内部信息不充分、控制接口不全面等问题，无法满足仿真精度需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法及装置，解决了如何实现大规模光伏电站快速实时仿真的技术问题。
[0004]本专利技术第一方面提供一种大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法，包括：
[0005]构建目标大规模光伏电站的单元级并行仿真架构；所述单元级并行仿真架构包括多个光伏发电集群等效模块，各所述光伏发电集群等效模块间的内部计算为并行求解；每个所述光伏发电集群等效模块在控制信号的驱使下，基于场站出口电压解算生成单元端口电压信号，通过其内的各光伏发电单元端口模型针对所述单元端口电压信号求解得到端口电流信号，并汇聚各所述端口电流信号得到集群端口电流信号；所述光伏发电单元端口模型基于Ward等值的思想将内部节点信息反映于外部节点上；
[0006]构建所述目标大规模光伏电站的场站级并行仿真架构；所述场站级并行仿真架构包括依次连接的总输入模块、所述单元级并行仿真架构和整体系统网络解算模块；所述总输入模块用于将所述控制信号和所述场站出口电压下发至所述单元级并行仿真架构；所述整体系统网络解算模块用于汇集并输出各所述光伏发电集群等效模块的集群端口电流信号。
[0007]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述基于Ward等值的思想将内部节点信息反映于外部节点上，包括：
[0008]通过Ward等值的思想，消去光伏发电单元的端口特性表达式中的内部节点的电压，得到外部节点信息表达式；
[0009]所述光伏发电单元的端口特性表达式为：
[0010][0011]式中，I
EX
表示外部节点的注入电流，V
EX
表示外部节点的电压，V
IN
表示内部节点的
电压，J
EX
表示光伏发电单元内部电流源向外部节点的流出电流，J
IN
表示光伏发电单元内部电流源向内部节点的流出电流，Y
11
表示外部节点的自导纳，Y
22
表示内部节点的自导纳，Y
12
和Y
21
均为外部节点和内部节点的互导纳；
[0012]所述外部节点信息表达式为：
[0013]I
EX
＝G
EQ
V
EX
+J
EQ
[0014][0015]式中，G
EQ
表示光伏发电单元端口模型对应的等效电导矩阵，J
EQ
表示光伏发电单元端口模型对应的外部节点等效注入电流源。
[0016]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述构建目标大规模光伏电站的单元级并行仿真架构，包括：
[0017]基于所述目标大规模光伏电站的拓扑结构，构建各所述光伏发电集群等效模块的光伏发电单元等效模型；
[0018]构建各所述光伏发电单元等效模型对应的光伏发电单元端口模型；
[0019]构建各所述光伏发电集群等效模块的分发单元和汇集单元；所述分发单元用于在所述控制信号的驱使下，基于所述场站出口电压解算生成单元端口电压信号并下发至所在光伏发电集群等效模块内的各光伏发电单元端口模型，所述汇集单元用于汇集所在光伏发电集群等效模块内的各光伏发电单元端口模型的端口电流信号并发送至所述整体系统网络解算模块。
[0020]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述构建各所述光伏发电单元等效模型对应的光伏发电单元端口模型，包括：
[0021]构建各所述光伏发电单元端口模型的端口模型解压单元、内部信息更新单元和模型压缩单元；所述端口模型解压单元用于获取上一步长解算的单元端口电压，计算相应光伏发电单元等效模型内部的全部节点电压；所述内部信息更新单元用于利用节点电压对包括电容、电感和光伏阵列在内的设备的历史电流源并行求解；所述模型压缩单元用于计算所在光伏发电单元端口模型对应的等效导纳和注入电流源。
[0022]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述构建各所述光伏发电集群等效模块的光伏发电单元等效模型，包括：
[0023]基于开关函数的受控源等效原理构建光伏发电单元等效模型中以开关器件为核心的电力电子设备；
[0024]和/或，利用仿真步长间端口电压和电流的不变性，构建光伏发电单元等效模型中光伏阵列的诺顿等效电路。
[0025]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
[0026]对所述单元级并行仿真架构进行优化，包括：
[0027]确定并剔除各所述光伏发电单元等效模型的非必要节点。
[0028]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述方法基于RTDS平台或FPGA硬件实现；
[0029]所述方法基于RTDS平台实现时，采用多核CPU仿真，以在不同Rack间、同一Rack不
同核间实现硬件上的并行；
[0030]所述方法基于FPGA硬件实现时，将所述单元级并行仿真架构和所述场站级并行仿真架构中的各模块作为子函数，并构建顶层调度模块作为对应FPGA程序与外部交互的界面；所述顶层调度模块直接关联各外部接口，充当各模块之间的数据交互接口，并调度各模块的执行逻辑顺序。本专利技术第二方面提供一种大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模装置，包括：
[0031]第一构建模块，用于构建目标大规模光伏电站的单元级并行仿真架构；所述单元级并行仿真架构包括多个光伏发电集群等效模块，各所述光伏发电集群等效模块间的内部计算为并行求解；每个所述光伏发电集群等效模块在控制信号的驱使下，基于场站出口电压解算生成单元端口电压信号，通过其内的各光伏发电单元端口模型针对所述单元端口电压信号求解得到端口电流信号，并汇聚各所述端口电流信号得到集群端口电流信号；所述光伏发电单元端口模型基于Ward等值的思想将内部节点信息反映于外部节点上；
[0032]第二构建模块，用于构建所述目标大规模光伏电站的场站级并行仿真架构；所述场站级并行仿真架构包括依次连接的总输入模块、所述单元级并行仿真架构和整体系统网络解算模块；所述总输入模块用于将所述控制信号和所述场站出口电压下发至所述单元级并行仿真架构；所述整体系统网络解算模块用于汇集并输出各所述光伏发电集群等效模块的集群端口电流信号。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法，其特征在于，包括：构建目标大规模光伏电站的单元级并行仿真架构；所述单元级并行仿真架构包括多个光伏发电集群等效模块，各所述光伏发电集群等效模块间的内部计算为并行求解；每个所述光伏发电集群等效模块在控制信号的驱使下，基于场站出口电压解算生成单元端口电压信号，通过其内的各光伏发电单元端口模型针对所述单元端口电压信号求解得到端口电流信号，并汇聚各所述端口电流信号得到集群端口电流信号；所述光伏发电单元端口模型基于Ward等值的思想将内部节点信息反映于外部节点上；构建所述目标大规模光伏电站的场站级并行仿真架构；所述场站级并行仿真架构包括依次连接的总输入模块、所述单元级并行仿真架构和整体系统网络解算模块；所述总输入模块用于将所述控制信号和所述场站出口电压下发至所述单元级并行仿真架构；所述整体系统网络解算模块用于汇集并输出各所述光伏发电集群等效模块的集群端口电流信号。2.根据权利要求1所述的大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法，其特征在于，所述基于Ward等值的思想将内部节点信息反映于外部节点上，包括：通过Ward等值的思想，消去光伏发电单元的端口特性表达式中的内部节点的电压，得到外部节点信息表达式；所述光伏发电单元的端口特性表达式为：式中，I
EX
表示外部节点的注入电流，V
EX
表示外部节点的电压，V
IN
表示内部节点的电压，J
EX
表示光伏发电单元内部电流源向外部节点的流出电流，J
IN
表示光伏发电单元内部电流源向内部节点的流出电流，Y
11
表示外部节点的自导纳，Y
22
表示内部节点的自导纳，Y
12
和Y
21
均为外部节点和内部节点的互导纳；所述外部节点信息表达式为：I
EX
＝G
EQ
V
EX
+J
EQ
式中，G
EQ
表示光伏发电单元端口模型对应的等效电导矩阵，J
EQ
表示光伏发电单元端口模型对应的外部节点等效注入电流源。3.根据权利要求1所述的大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法，其特征在于，所述构建目标大规模光伏电站的单元级并行仿真架构，包括：基于所述目标大规模光伏电站的拓扑结构，构建各所述光伏发电集群等效模块的光伏发电单元等效模型；构建各所述光伏发电单元等效模型对应的光伏发电单元端口模型；构建各所述光伏发电集群等效模块的分发单元和汇集单元；所述分发单元用于在所述控制信号的驱使下，基于所述场站出口电压解算生成单元端口电压信号并下发至所在光伏发电集群等效模块内的各光伏发电单元端口模型，所述汇集单元用于汇集所在光伏发电集群等效模块内的各光伏发电单元端口模型的端口电流信号并发送至所述整体系统网络解
算模块。4.根据权利要求3所述的大规模光伏电站实时仿真的并行化单元级建模方法，其特征在于，所述构建各所述光伏发电单元等效模型对应的光伏发电单...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭琦，洪泽祺，卢远宏，李书勇，胡云，涂亮，郭天宇，胡斌江，张杰，黄立滨，朱益华，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：