基于RTDS的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真分析

楊　蘋，許志榮，宋嗣博，鄭群儒，周少雄，廖一旭，李暢飛

(1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州　510640；2.華南理工大學(xué)廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州　511458；3.華南理工大學(xué)風(fēng)電控制與并網(wǎng)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州　511458；4.廣東智造能源科技研究有限公司，廣東廣州　511458)

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基于RTDS的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真分析

楊蘋1，2，許志榮1，3，宋嗣博1，鄭群儒1，周少雄4，廖一旭4，李暢飛4

(1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640；2.華南理工大學(xué)廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511458；3.華南理工大學(xué)風(fēng)電控制與并網(wǎng)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511458；4.廣東智造能源科技研究有限公司，廣東廣州511458)

0　引　言

風(fēng)光等新型能源可有效解決遠(yuǎn)離大電網(wǎng)供電的偏遠(yuǎn)地區(qū)或海島生活的供電難題，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活保障具有重要意義[1-3]。光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電憑借其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)一直受到青睞，已成為國(guó)內(nèi)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，但由于其不同于常規(guī)電源的發(fā)電特點(diǎn)，輸出功率波動(dòng)較大，因此在實(shí)際日照強(qiáng)度、風(fēng)速和溫度下的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真研究成為新能源發(fā)電領(lǐng)域的重要課題。文獻(xiàn)[4]基于比例諧振電流控制器對(duì)大功率并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究，在RTDS上對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)態(tài)波形、并網(wǎng)電流諧波畸變率和電流控制器動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行考察。文獻(xiàn)[5]通過(guò)RTDS的大步長(zhǎng)仿真模型和小步長(zhǎng)模型構(gòu)建了低電壓穿越仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了在電壓正常和對(duì)稱跌落時(shí)兩種控制策略以抑制低電壓“尖峰”。文獻(xiàn)[6]主要研究雙饋式風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓控制系統(tǒng)，并通過(guò)RTDS仿真進(jìn)行驗(yàn)證。文獻(xiàn)[7]提出了一種控制策略來(lái)解決光伏陣列有功無(wú)功的間歇性問(wèn)題，并控制電池的功率輸出，通過(guò)RTDS驗(yàn)證了所提策略的準(zhǔn)確性。上述文獻(xiàn)多采用純RTDS軟件建模仿真對(duì)所建模型或所提策略進(jìn)行驗(yàn)證，但其準(zhǔn)確性及可靠性受所研究系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建模精確程度影響很大[8]，同時(shí)并未考慮與外部真實(shí)情況的聯(lián)系，有時(shí)由于實(shí)際模型的復(fù)雜性，建立的模型也不夠準(zhǔn)確，故需將實(shí)際系統(tǒng)對(duì)象原型放置在仿真系統(tǒng)中進(jìn)行研究[9-10]。

雖然實(shí)際物理試驗(yàn)?zāi)芨诱鎸?shí)準(zhǔn)確地驗(yàn)證所建模型，為其理論研究提供實(shí)驗(yàn)支撐，但是隨著風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大、模型復(fù)雜化，建立一個(gè)大功率的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)耗資巨大、設(shè)備參數(shù)不能靈活調(diào)節(jié)、所能提供的實(shí)驗(yàn)功能也較少、模擬規(guī)模有限，因此只能為特定的研究?jī)?nèi)容提供實(shí)驗(yàn)，而不具備通用性，并且接入實(shí)際電網(wǎng)后難以進(jìn)行一些相關(guān)試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的相互影響，如低壓穿越、孤島檢測(cè)等。數(shù)字物理混合仿真技術(shù)在一定程度上可以彌補(bǔ)以上這些不足，對(duì)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)控制策略的研究顯得非常必要。數(shù)字仿真通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)模擬實(shí)際風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)，克服了物理仿真的缺陷。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)字物理混合實(shí)時(shí)仿真條件更接近于實(shí)際情況，在實(shí)驗(yàn)室中既可對(duì)控制策略的性能進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)試，大大縮短了控制系統(tǒng)的研究周期，節(jié)省科研經(jīng)費(fèi)，又可實(shí)時(shí)修正控制參數(shù)、控制策略，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

本文建立了基于RTDS的純軟件和數(shù)字物理混合仿真單體控制系統(tǒng)模型，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)模型和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型。對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)在光照變化、限功率運(yùn)行、低電壓穿越3種情況下進(jìn)行仿真，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分別在風(fēng)速升高和風(fēng)速降低兩種情況下進(jìn)行仿真，最后就純RTDS模型和數(shù)字物理混合模型進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證所建混合仿真分析的準(zhǔn)確性。

1　風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)RTDS建模

1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)RTDS建模

本文所采用光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[11-12]。圖中：L1為逆變器側(cè)濾波器；R1為L(zhǎng)1內(nèi)阻及線路上的寄生阻抗；R2和L2為線路上的寄生電阻和電感；Rd為抑制LCL濾波器的諧振特性而設(shè)置的無(wú)源阻尼電阻。

圖1　三電平光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為方便分析，定義開(kāi)關(guān)函數(shù)Sk(k=a,b,c)

(1)

以直流側(cè)電容中點(diǎn)o作為參考零點(diǎn)，則逆變器輸出三相電壓可表示為

(2)

為簡(jiǎn)化分析，在建模過(guò)程中忽略Rd作用，列出三電平光伏并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)方程，公式中k=a,b,c。

(3)

(4)

(5)

由公式(3)、(4)、(5)整理可得系統(tǒng)在abc坐標(biāo)系下的狀態(tài)空間方程為

(6)

忽略線路的寄生電阻R2和電感L2，穩(wěn)態(tài)時(shí)，ek=uck，將式(6)轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，則可以得到dq坐標(biāo)系下并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)方程為

(7)

本系統(tǒng)中，光伏的MPPT 控制是通過(guò)Boost 升壓電路實(shí)現(xiàn)的，其控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖3　永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2　MPPT控制框圖

1.2永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)RTDS建模

永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)不可控整流器整流后輸入前級(jí)Boost升壓電路，Boost升壓電路對(duì)輸入電壓進(jìn)行升壓并完成最大功率點(diǎn)跟蹤控制，然后將能量都注入逆變器直流側(cè)，最后逆變器通過(guò)逆變實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)中不可控整流器實(shí)現(xiàn)電能的交直流變換，Boost升壓電路則用于實(shí)現(xiàn)升壓和最大功率點(diǎn)跟蹤控制，逆變器則用于實(shí)現(xiàn)對(duì)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制和并網(wǎng)運(yùn)行。

2　系統(tǒng)架構(gòu)與通信架構(gòu)

2.1風(fēng)光發(fā)電實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型中，光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路為RTDS模型，光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器為物理控制器[13]，在該類型數(shù)字物理混合仿真模型中，光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、變壓器等主電路元件均為RTDS模型，而光伏系統(tǒng)控制器則為實(shí)際物理控制器，兩者間通過(guò)RTDS的GTAO和GTDI板卡接口連接在一起，控制器通過(guò)采集RTDS平臺(tái)GTAO板卡輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息，用于控制器算法運(yùn)行，并產(chǎn)生用于控制并網(wǎng)逆變器的PWM脈沖和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，最后，通過(guò)RTDS的GTDI板卡將控制脈沖輸入RTDS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制，進(jìn)而完成光伏發(fā)電系統(tǒng)的閉環(huán)測(cè)試。

在永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型中，風(fēng)力機(jī)、變流器、變壓器等主電路元件均為RTDS模型，而控制器則為實(shí)際物理控制器，兩者間通過(guò)RTDS的GTAO和GTDI板卡連接在一起，控制器通過(guò)采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流、風(fēng)速、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息進(jìn)行算法運(yùn)行，最后再通過(guò)GTDI接口將控制PWM脈沖和開(kāi)關(guān)動(dòng)作信息輸入RTDS系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的閉環(huán)控制[6，14]。

在純RTDS軟件風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)模型和數(shù)字物理混合風(fēng)光發(fā)電模型測(cè)試完畢后，將其組合成為小型微電網(wǎng)系統(tǒng)，用于研究風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性。由上述的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)組成的數(shù)字物理混合風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及硬件結(jié)構(gòu)分別如圖4、5所示。

圖4　數(shù)字物理混合風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖5　數(shù)字物理混合風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2通信架構(gòu)

光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型和永磁直風(fēng)力系統(tǒng)數(shù)字物理仿真模型之間的連接是通過(guò)RS485/以太網(wǎng)的方式通信，而與儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷等純RTDS模型的連接是通過(guò)硬接線方式連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖6所示。

圖6　系統(tǒng)通信框架

3　風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)RTDS實(shí)驗(yàn)分析

3.1光伏系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

仿真實(shí)驗(yàn)由純RTDS實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及含實(shí)際物理設(shè)備的混合仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)兩部分構(gòu)成，其中光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、變壓器等主電路元件均為RTDS模型構(gòu)成電力系統(tǒng)，而光伏系統(tǒng)控制器則為實(shí)際物理控制器，兩者間通過(guò)RTDS的GTAO和GTDI板卡接口連接在一起。

3.1.1光照變化

圖7　兩種模型動(dòng)態(tài)下的有功功率和無(wú)功功率(光照變化時(shí))

在0～2s內(nèi)，光照強(qiáng)度為1 000W/m2，兩類模型的輸出有功功率相近，2s時(shí)，光照強(qiáng)度減弱，最后穩(wěn)定在600W/m2，在此過(guò)程中，純RTDS軟件模型輸出功率由30kW緩慢變化到15.7kW，調(diào)節(jié)過(guò)程約為1s，而數(shù)字物理混合仿真模型輸出有功功率也由30.2kW變化為14.5kW，調(diào)節(jié)過(guò)程也約為1s，兩者動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程相似，最后穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩者輸出有功功率相差約為1.2kW。

兩者輸出功率差異除了信號(hào)采樣精度高，傳輸延時(shí)和干擾等差異外，還會(huì)因?yàn)樽畲蠊β庶c(diǎn)尋優(yōu)過(guò)程中，所尋找到最優(yōu)電壓的差異不同而不同，因?yàn)楣夥到y(tǒng)尋優(yōu)過(guò)程是通過(guò)擾動(dòng)光伏陣列端電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)尋優(yōu)的，由于算法精度問(wèn)題，最后的電壓會(huì)穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)電壓左右，因此兩者最終的電壓的不同也會(huì)造成輸出功率的不同。在整個(gè)過(guò)程中，無(wú)功功率基本保持不變，純RTDS軟件模型無(wú)功功率約為0.15kvar，數(shù)字物理混合仿真模型輸出無(wú)功功率約為0.5kvar，兩者相差也很小，在可接受范圍，可以認(rèn)為兩種模型動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)外部特性基本一致。

3.1.2限功率運(yùn)行

圖8為光伏功率限定值由100%變?yōu)?0%時(shí)的限功率運(yùn)行響應(yīng)波形。圖中：P1、Q1分別表示光伏系統(tǒng)純RTDS 軟件模型的有功功率和無(wú)功功率；P2、Q2分別表示光伏系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型的有功功率和無(wú)功功率。

圖8　兩種模型動(dòng)態(tài)下的有功功率和無(wú)功功率(限功率運(yùn)行)

由圖知，在0～2s內(nèi)，光伏系統(tǒng)工作在額定狀態(tài)，2s后，光伏系統(tǒng)降額運(yùn)行，功率限制為70%額定功率，由于功率的限定，光伏系統(tǒng)將限定有功功率的輸出，在此過(guò)程中，純RTDS軟件模型有功功率由30kW 變化到21.2kW，數(shù)字/物理混合仿真模型輸出有功功率由29.5kW變化到20.2kW，并網(wǎng)有功功率相差1kW，而并網(wǎng)無(wú)功功率在整個(gè)過(guò)程中基本保持不變，純RTDS軟件模型無(wú)功功率約為0.4kvar，數(shù)字物理混合仿真模型輸出無(wú)功功率約為0.7kvar，相差0.3kvar，

因此，兩者相差也很小，在可接受范圍，可以認(rèn)為兩種模型限功率運(yùn)行時(shí)外部特性基本一致。

3.1.3低電壓穿越

圖9為光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越試驗(yàn)波形。圖中：P1、Q1分別表示光伏系統(tǒng)純RTDS 軟件模型的有功功率和無(wú)功功率；P2、Q2分別表示光伏系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型的有功功率和無(wú)功功率。

應(yīng)用型本科院校要加強(qiáng)對(duì)高層次應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究，進(jìn)一步明確學(xué)生應(yīng)全面準(zhǔn)確掌握的理論知識(shí)、專業(yè)能力和技能水平，同時(shí)，積極探索并建立與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的市場(chǎng)主導(dǎo)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定、制度化的校企聯(lián)合培養(yǎng)人才新機(jī)制，建立更加完善的學(xué)習(xí)實(shí)踐和現(xiàn)代學(xué)徒制度。在專業(yè)設(shè)置、課程內(nèi)容和教學(xué)模式等方面突出職業(yè)導(dǎo)向，不斷推進(jìn)應(yīng)用型本科院校與行業(yè)企業(yè)的交流互動(dòng)，深化校企合作，推動(dòng)校企之間實(shí)施全方位、深層次、全過(guò)程的人才培養(yǎng)新模式，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

圖9　兩種模型動(dòng)態(tài)下的有功功率和無(wú)功功率(低電壓穿越)

在整個(gè)低電壓穿越試驗(yàn)中，純RTDS軟件模型和數(shù)字物理混合仿真模型的輸出有功功率和無(wú)功功率變化趨勢(shì)基本一致，當(dāng)電壓大于0.2pu時(shí)，數(shù)字物理混合仿真模型的輸出無(wú)功功率比純RTDS模型發(fā)出的無(wú)功功率要大，這可能是由于當(dāng)電壓較小時(shí)，控制器測(cè)量的電壓偏小，使得系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)墓β蔬^(guò)多，從而使輸出無(wú)功變多，但兩者無(wú)功差異在可接受范圍，在整個(gè)過(guò)程中，兩類模型都保持并網(wǎng)運(yùn)行，沒(méi)有脫網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了光伏系統(tǒng)的低電壓穿越功能。

3.1.4小結(jié)

綜上可知，純軟件模型和數(shù)字物理混合仿真模型雖然具有一些差異，但兩種外部特性和動(dòng)態(tài)特性基本一致，兩種類型模型都可以用于模擬光伏系統(tǒng)的特性，仿真結(jié)果也證明了兩種模型的有效性。

3.2風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

仿真實(shí)驗(yàn)由純RTDS實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及含實(shí)際物理設(shè)備的混合仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)兩部分構(gòu)成，其中風(fēng)力機(jī)、變流器、變壓器等主電路元件均為RTDS模型，而控制器則為實(shí)際物理控制器，兩者間通過(guò)RTDS的GTAO和GTDI板卡連接在一起。

圖10為風(fēng)速由11.5m/s變化到9m/s時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。圖中，P1、Q1分別表示永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)純RTDS軟件模型的有功功率和無(wú)功功率，P2、Q2分別表示永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型的有功功率和無(wú)功功率。

圖10　風(fēng)速由11.5m/s到9m/s時(shí)的動(dòng)態(tài)仿真波形

由圖知，對(duì)于純軟件模型，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有功功率由25.5kW下降到11.7kW 左右；對(duì)于數(shù)字物理混合模型，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有功功率由24.6kW下降到10.8kW左右；兩者并網(wǎng)有功功率很接近，且變化趨勢(shì)一致，而純RTDS模型和數(shù)字物理混合模型的輸出無(wú)功功率在整個(gè)過(guò)程中基本保持不變，分別為0.4kvar和0.7kvar，穩(wěn)定時(shí)，兩者有功功率和無(wú)功功率分別相差0.9kW和0.3kvar，在可接受范圍，認(rèn)為兩者外特性基本一致。

兩種模型的差異主要來(lái)源有采樣精度差異、信號(hào)傳遞延時(shí)差異、信號(hào)傳遞受干擾不同和兩類模型的尋優(yōu)結(jié)果的差異造成。

當(dāng)風(fēng)速由11m/s 變化到13m/s時(shí)，兩種模型響應(yīng)分別如圖11所示，圖中，P1、Q1分別表示永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)純RTDS軟件模型的有功功率和無(wú)功功率，P2、Q2分別表示永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真模型的有功功率和無(wú)功功率。

圖11　風(fēng)速由11m/s到13m/s時(shí)的動(dòng)態(tài)仿真波形

由圖知，純RTDS模型有功功率調(diào)節(jié)較快，數(shù)字物理混合模型有功功率調(diào)節(jié)相對(duì)而言慢些，但兩種模型的輸出有功功率變化趨勢(shì)基本一致，而無(wú)功功率在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中保持不變，兩類模型有功功率和無(wú)功功率在調(diào)節(jié)過(guò)程中最大相差分別為1.5kW和0.4kvar，在可接受范圍，認(rèn)為兩者外特性基本一致。

由上面分析知，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的純軟件模型和數(shù)字物理混合仿真模型兩者外特性基本一致，兩種模型都可以用于模型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性，但是兩種模型還是有一定的差異，這是因?yàn)榧冘浖Ｐ退行盘?hào)都在RTDS系統(tǒng)中，反饋信號(hào)采樣精度高，控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，所以功率和電壓波動(dòng)小，而數(shù)字物理混合仿真模型需要RTDS系統(tǒng)與實(shí)際物理設(shè)備間進(jìn)行信號(hào)交互，信號(hào)在傳遞過(guò)程中會(huì)因?yàn)樵O(shè)備采樣精度限制、信號(hào)傳遞過(guò)程的延時(shí)、信號(hào)傳遞過(guò)程中受到干擾等因素的影響，使得控制系統(tǒng)的響應(yīng)受到影響，從而會(huì)引起兩類模型的差異。雖然兩種模型具有差異，但還在可接受范圍內(nèi)，兩種模型都可以用于模擬永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性。

4　結(jié)　論

本文建立了基于RTDS的純軟件和數(shù)字物理混合仿真控制系統(tǒng)模型，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)模型和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型。對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)在光照變化、限功率運(yùn)行、低電壓穿越3種情況下進(jìn)行仿真，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分別在風(fēng)速升高和風(fēng)速降低兩種情況下進(jìn)行仿真，最后就純RTDS模型和數(shù)字物理混合模型進(jìn)行對(duì)比分析，純軟件模型和數(shù)字物理混合仿真模型雖然具有一些差異，但兩種外部特性和動(dòng)態(tài)特性基本一致，兩種類型模型都可以用于模擬光伏系統(tǒng)的特性，仿真結(jié)果也證明了兩種模型的有效性。

通過(guò)仿真驗(yàn)證，可認(rèn)為數(shù)字物理混合仿真模型可達(dá)到純軟件仿真的效果，且風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)字物理混合實(shí)時(shí)仿真條件更接近于實(shí)際情況，在實(shí)驗(yàn)室中既可對(duì)控制策略的性能進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)試，大大縮短控制系統(tǒng)的研究周期，節(jié)省科研經(jīng)費(fèi)，又可實(shí)時(shí)修正控制參數(shù)、控制策略，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編輯：楊秋霞)

Hybrid Simulation Analysis of Wind/Photovoltaic System Based on Real-time Digital Simulator

YANG Ping1,2，XU Zhirong1,3，SONG Sibo1，ZHENG Qunru1，ZHOU Shaoxiong4，LIAO Yixu4，LI Changfei4

(1. School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;2. Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology，South China University of Technology, Guangzhou 511458, China;3. National-Local Joint Engineering Laboratory for Wind Power Control and Integration Technology, South China University of Technology, Guangzhou 511458, China;4. Electric Power Research Institute, CSG, Guangzhou, 511458, China)

風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析研究是發(fā)展可再生能源發(fā)電技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，本文針對(duì)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字物理混合實(shí)時(shí)數(shù)字仿真的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，構(gòu)建風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)電氣架構(gòu)和通信架構(gòu)，采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器作為研究工具，建立基于RTDS純軟件的各微電源單體控制系統(tǒng)模型和基于RTDS的數(shù)字物理混合仿真單體微電源模型，并分別在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況下對(duì)其進(jìn)行仿真分析，研究?jī)烧唛g特性的差異，證明所建模型的有效性，為兩類模型的選擇使用提供指導(dǎo)。數(shù)字物理混和仿真分析條件更接近于實(shí)際情況，既可在物理平臺(tái)上對(duì)控制策略的性能進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)試，又可實(shí)時(shí)修正控制參數(shù)、控制策略，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供重要實(shí)踐依據(jù)。

風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真；數(shù)字物理混合仿真

The simulation analysis of wind/photovoltaic power generation system has become an important part of the development of renewable energy generation technologies. The critical technologies for wind/photovoltaic power generation system is studied based on real-time digital simulation, and electrical power architecture and communication architecture are built by using real-time digital simulator as a research tool. Each micro-power single control system model is built based on pure software RTDS and micro-power single physical hybrid simulation model, and simulation is analyzed in steady state and dynamic state. The differences between both properties are studied, the validity of the model is proved, and selectable guidance for two models is provided. Conditions of hybrid simulating analysis are close to the actual situation, which not only can both test and debug control strategy performance on the physical platform, but also can correct control parameters and control strategy in real-time, and it provides an important basis for the actual engineering design.

wind and solar power generation system; real-time digital simulation; hybrid simulation analysis

1007-2322(2016)05-0052-07

A

TM743

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61273172)；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012B040303005)；廣州市南沙區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目資助(2013P005)

2015-09-06

楊蘋(1967-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與控制，E-mail：eppyang@scut.edu.cn；

許志榮(1989-)，男，博士研究生，研究方向?yàn)槲⒕W(wǎng)運(yùn)行控制， E-mail：407849739@163.com。