本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電建模，具體涉及一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)和仿真方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，風(fēng)電作為清潔可再生能源的重要組成部分，其發(fā)展速度日益加快。得益于風(fēng)電技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和成本的有效降低，風(fēng)電已成為眾多國家能源體系中的關(guān)鍵要素之一。在推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)營成為了新的焦點(diǎn)。然而，這一進(jìn)程中伴隨著一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)不僅關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)自身的高效運(yùn)行，也直接影響著電力系統(tǒng)的整體性能。

2、在現(xiàn)有的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營中，主要面臨如下幾個(gè)方面的技術(shù)難題：首先，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)可能引發(fā)電網(wǎng)穩(wěn)定性的問題，這是因?yàn)轱L(fēng)電的不連續(xù)性和不可預(yù)見性容易導(dǎo)致電網(wǎng)頻率和電壓出現(xiàn)波動(dòng)；其次，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部風(fēng)機(jī)間的尾流效應(yīng)顯著，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致下風(fēng)向的風(fēng)機(jī)接收較低的風(fēng)速，進(jìn)而影響整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電效率；最后，風(fēng)電場(chǎng)與外部電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)機(jī)制尚不完善，這涉及到風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性、頻率調(diào)節(jié)能力和電壓控制水平等方面。針對(duì)上述問題，當(dāng)前的研究通常依賴于特定領(lǐng)域的仿真模型，例如氣動(dòng)-機(jī)械耦合的多體動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)組控制的氣動(dòng)-機(jī)械-電氣建模以及風(fēng)電并網(wǎng)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)仿真等。然而，這些模型往往只能覆蓋有限的仿真范圍，缺乏對(duì)風(fēng)電場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下的全面描述能力，尤其是對(duì)于多時(shí)空尺度上的動(dòng)態(tài)交互過程難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確模擬。因此，亟需開發(fā)一種能夠涵蓋從流場(chǎng)到電網(wǎng)全鏈路特性的風(fēng)電場(chǎng)仿真系統(tǒng)，以滿足更深層次的研究需求和技術(shù)實(shí)踐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)和仿真方法，通過流場(chǎng)-氣動(dòng)-機(jī)械-電氣-控制-電網(wǎng)全鏈路模擬，可以反映風(fēng)電場(chǎng)復(fù)雜流場(chǎng)和機(jī)組、場(chǎng)內(nèi)外電網(wǎng)及控制的多時(shí)空尺度動(dòng)態(tài)耦合特性，以解決現(xiàn)有仿真模型存在的上述問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括：

4、電網(wǎng)仿真模塊、控制模塊、電氣仿真模塊、機(jī)械仿真模塊、氣動(dòng)仿真模塊和流場(chǎng)仿真模塊；

5、電網(wǎng)仿真模塊基于預(yù)先建立的風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型運(yùn)行，用于進(jìn)行電力調(diào)度模擬并生成調(diào)度指令；

6、控制模塊用于接收調(diào)度指令并生成風(fēng)電場(chǎng)的控制指令；

7、流場(chǎng)仿真模塊用于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)；

8、氣動(dòng)仿真模塊用于根據(jù)控制指令生成風(fēng)機(jī)的控制信號(hào)；

9、機(jī)械仿真模塊基于風(fēng)機(jī)機(jī)械部分模型運(yùn)行，用于根據(jù)流場(chǎng)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)機(jī)械部分仿真；

10、電氣仿真模塊基于風(fēng)機(jī)電氣部分模型運(yùn)行，用于根據(jù)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電氣部分仿真；風(fēng)機(jī)機(jī)械部分模型和風(fēng)機(jī)電氣部分模型均是風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型中風(fēng)電場(chǎng)仿真模型的子模型。

11、進(jìn)一步的，電網(wǎng)仿真模塊包括：電網(wǎng)調(diào)度模擬系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型；

12、風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型包括電網(wǎng)詳細(xì)模型和風(fēng)電場(chǎng)集群模型；

13、風(fēng)電場(chǎng)集群模型用于對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群進(jìn)行仿真模擬；

14、電網(wǎng)詳細(xì)模型用于對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群接入的電網(wǎng)進(jìn)行仿真模擬；

15、電網(wǎng)調(diào)度模擬系統(tǒng)用于基于電網(wǎng)詳細(xì)模型和風(fēng)電場(chǎng)集群模型進(jìn)行電力調(diào)度模擬，并生成調(diào)度指令。

16、進(jìn)一步的，控制模塊包括：風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)控系統(tǒng)；

17、風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)控系統(tǒng)用于接收調(diào)度指令和風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)機(jī)的偏航角數(shù)據(jù)，并生成場(chǎng)級(jí)控制指令作為控制指令，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)級(jí)控制模擬。

18、進(jìn)一步的，控制模塊包括：群控裝置和風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)控系統(tǒng)；

19、群控裝置用于實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度過程中風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)并根據(jù)調(diào)度指令生成各風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)度控制指令，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)群的多目標(biāo)集群控制；

20、風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)控系統(tǒng)用于接收調(diào)度控制指令和風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)機(jī)的偏航角數(shù)據(jù)，并生成場(chǎng)級(jí)控制指令作為控制指令，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)級(jí)控制模擬。

21、進(jìn)一步的，還包括：風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；

22、風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)用于獲取風(fēng)電場(chǎng)群的電氣量數(shù)據(jù)并發(fā)送至控制模塊。

23、進(jìn)一步的，電氣量數(shù)據(jù)至少包括：風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)機(jī)的有功功率、無功功率和各節(jié)點(diǎn)電壓。

24、進(jìn)一步的，流場(chǎng)仿真模塊包括：尾流模擬鏈接庫運(yùn)行裝置；

25、尾流模擬鏈接庫運(yùn)行裝置用于根據(jù)場(chǎng)群入流風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)中各風(fēng)機(jī)的入流風(fēng)速，并將入流風(fēng)速作用于風(fēng)機(jī)機(jī)械部分模型。

26、進(jìn)一步的，氣動(dòng)仿真模塊包括：風(fēng)機(jī)主控鏈接庫運(yùn)行裝置和風(fēng)機(jī)變流器控制鏈接庫運(yùn)行裝置；

27、風(fēng)機(jī)主控鏈接庫運(yùn)行裝置用于將風(fēng)機(jī)的偏航角數(shù)據(jù)發(fā)送至控制模塊，并接收來自于控制模塊的控制指令；還用于根據(jù)控制指令和風(fēng)機(jī)機(jī)械部分模型的偏航角和槳距角數(shù)據(jù)生成偏航和變槳指令作為控制信號(hào)以及生成功率指令；

28、風(fēng)機(jī)變流器控制鏈接庫運(yùn)行裝置用于根據(jù)功率指令和風(fēng)機(jī)電氣部分模型的電氣量數(shù)據(jù)生成風(fēng)機(jī)變流器的控制脈沖信號(hào)。

29、進(jìn)一步的，還包括：信息交互模塊；

30、信息交互模塊包括104規(guī)約、modbus通訊協(xié)議和光纖通訊；

31、104規(guī)約和modbus通訊協(xié)議用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部和風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通訊；

32、光纖通訊用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)模型和各個(gè)仿真模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。

33、第二方面，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真方法，基于如第一方面的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：

34、通過電網(wǎng)調(diào)度模擬系統(tǒng)生成調(diào)度指令；

35、通過控制裝置接收調(diào)度指令并生成控制指令；

36、通過流場(chǎng)仿真模塊計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)；

37、通過氣動(dòng)仿真模塊接收控制指令并生成控制信號(hào)；

38、通過機(jī)械仿真模塊接收控制信號(hào)和流場(chǎng)數(shù)據(jù)并執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)機(jī)械部分仿真；

39、通過電氣仿真模塊接收控制信號(hào)并執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電氣部分仿真。

40、綜上，本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，該仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)仿真模塊、控制模塊、電氣仿真模塊、機(jī)械仿真模塊、氣動(dòng)仿真模塊和流場(chǎng)仿真模塊；電網(wǎng)仿真模塊基于預(yù)先建立的風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型運(yùn)行，用于進(jìn)行電力調(diào)度模擬并生成調(diào)度指令；控制模塊用于接收調(diào)度指令并生成風(fēng)電場(chǎng)的控制指令；流場(chǎng)仿真模塊用于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)；氣動(dòng)仿真模塊用于根據(jù)控制指令生成風(fēng)機(jī)的控制信號(hào)；機(jī)械仿真模塊基于風(fēng)機(jī)機(jī)械部分模型運(yùn)行，用于根據(jù)流場(chǎng)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)機(jī)械部分仿真；電氣仿真模塊基于風(fēng)機(jī)電氣部分模型運(yùn)行，用于根據(jù)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電氣部分仿真；風(fēng)機(jī)機(jī)械部分模型和風(fēng)機(jī)電氣部分模型均是風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型中風(fēng)電場(chǎng)仿真模型的子模型。本發(fā)明通過該仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)-氣動(dòng)-機(jī)械-電氣-控制-電網(wǎng)全鏈路的模擬，可以反映風(fēng)電場(chǎng)復(fù)雜流場(chǎng)和機(jī)組、場(chǎng)內(nèi)外電網(wǎng)及控制的多時(shí)空尺度動(dòng)態(tài)耦合特性。

41、本發(fā)明還提供了一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真方法，該方法在實(shí)施時(shí)具有與上述仿真系統(tǒng)相同的效果，在此不再贅述。

技術(shù)特征：

1.一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述電網(wǎng)仿真模塊包括：電網(wǎng)調(diào)度模擬系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)-電網(wǎng)仿真模型；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括：風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)控系統(tǒng)；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括：群控裝置和風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)控系統(tǒng)；

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，還包括：風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述電氣量數(shù)據(jù)至少包括：風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)機(jī)的有功功率、無功功率和各節(jié)點(diǎn)電壓。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述流場(chǎng)仿真模塊包括：尾流模擬鏈接庫運(yùn)行裝置；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述氣動(dòng)仿真模塊包括：風(fēng)機(jī)主控鏈接庫運(yùn)行裝置和風(fēng)機(jī)變流器控制鏈接庫運(yùn)行裝置；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)，其特征在于，還包括：信息交互模塊；

10.一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真方法，其特征在于，基于如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場(chǎng)全鏈路仿真系統(tǒng)和仿真方法，該仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)仿真、控制、電氣仿真、機(jī)械仿真、氣動(dòng)仿真和流場(chǎng)仿真等模塊；電網(wǎng)仿真模塊用于進(jìn)行電力調(diào)度模擬并生成調(diào)度指令；控制模塊用于接收調(diào)度指令并生成風(fēng)電場(chǎng)的控制指令；流場(chǎng)仿真模塊用于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)；氣動(dòng)仿真模塊用于根據(jù)控制指令生成風(fēng)機(jī)的控制信號(hào)；機(jī)械仿真模塊用于根據(jù)流場(chǎng)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)機(jī)械部分仿真；電氣仿真模塊用于根據(jù)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電氣部分仿真。本發(fā)明通過該仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)?氣動(dòng)?機(jī)械?電氣?控制?電網(wǎng)全鏈路的模擬，可以反映風(fēng)電場(chǎng)復(fù)雜流場(chǎng)和機(jī)組、場(chǎng)內(nèi)外電網(wǎng)及控制的多時(shí)空尺度動(dòng)態(tài)耦合特性。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡希鵬,朱益華,涂亮,羅超,胡斌江,余佳微,劉宇嫣,湯雨葭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9