基于DIgSILENT和Matlab的微電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合仿真

袁 瑞，張興都，代彥波，張子夏，黃 艷

(華北水利水電大學(xué) 電力學(xué)院，鄭州 450000)

0 引言

DIgSILENT是一款專門用于電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行優(yōu)化為主要目標(biāo)的先進(jìn)的集成式、交互式軟件包，可以進(jìn)行潮流分析、短路分析、諧波分析、可靠性分析、發(fā)電充裕度分析、最優(yōu)潮流計(jì)算等[1-2]。DIgSILENT良好的開放性接口，可以與Matlab，PSASP等仿真軟件實(shí)現(xiàn)接口通信。

微電網(wǎng)具有能源分布散亂、能源間歇性特征明顯以及供電能源復(fù)雜等特征。使用DIgSILENT在對微電網(wǎng)進(jìn)行建模仿真時(shí)，存在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)計(jì)算量大、控制系統(tǒng)復(fù)雜、能源出力協(xié)調(diào)困難等缺點(diǎn)。隨著模型節(jié)點(diǎn)的增加以及計(jì)算量的增大，DIgSILENT在多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)更新時(shí)不能滿足實(shí)時(shí)性要求[3]。

Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、Matlab/simulink可視化的交互式編程設(shè)計(jì)理念以及開放的接口環(huán)境，使其可以實(shí)現(xiàn)和不同軟件的聯(lián)合仿真[4-6]。

本文以微電網(wǎng)為案例，結(jié)合DIgSILENT和Matlab/simulink接口對接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在這兩種軟件下的聯(lián)合仿真。首先，在DIgSILENT中使用軟件自帶的發(fā)電機(jī)內(nèi)置仿真模型進(jìn)行潮流計(jì)算；其次，使用DIgSILENT和Matlab搭建聯(lián)合仿真模型，并進(jìn)行潮流計(jì)算；最后，對比兩種仿真結(jié)果，驗(yàn)證聯(lián)合仿真的優(yōu)越性。

1 仿真模型及接口原理

1.1 仿真模型

微電網(wǎng)仿真模型主要包括四部分：發(fā)電機(jī)單元、蓄電池單元、整流逆變控制單元、負(fù)荷單元。在DIgSILENT中建立的仿真模型如圖1所示。其中，T1，T2，T3分別代表發(fā)電機(jī)G1，發(fā)電機(jī)G2，蓄電池的母線。設(shè)定負(fù)載大小為5 MW，G1額定有功功率為3 MW，G2額定有功功率為4 MW，蓄電池額定有功功率為0.2 MW。在內(nèi)置模型中，電壓控制器模型用內(nèi)置模型VCO type 16(ElmVco_16)表示，內(nèi)置VCO type 16是包含簡化勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)；在聯(lián)合仿真模型中，Matlab運(yùn)行的mdl文件是自己搭建的與內(nèi)置模型一樣的簡化勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)，如圖2所示，其中u，usetp，upss為輸入；Uerrs為輸出。

圖1 微電網(wǎng)仿真模型

圖2 Matlab勵(lì)磁控制系統(tǒng)

1.2 DIgSILENT和Matlab接口原理

DIgSILENT作為一款專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，既可以內(nèi)置仿真模塊，也可以通過接口模型調(diào)用Matlab和PSASP中的仿真模塊。當(dāng)DIgSILENT-Matlab接口連接到Matlab模型時(shí)，DSL模型(對象類為BldDef)在DIgSILENT中定義并設(shè)置了一個(gè)指向Matlab.m文件的鏈接。DSL模型必須至少有一個(gè)輸出變量和一個(gè)狀態(tài)變量。Matlab的m文件返回時(shí)間矢量t，狀態(tài)矩陣x。DIgSILENT在時(shí)間步長的開始，調(diào)用Matlab，Matlab并不與DIgSILENT并行仿真，它只是模擬一個(gè)時(shí)間步長。在式(1)的例子中，起始時(shí)間為0 s，結(jié)束時(shí)間為0.01 s，式中有兩個(gè)狀態(tài)變量和兩個(gè)輸出變量。矩陣x的列數(shù)和狀態(tài)變量數(shù)量相同，而y列數(shù)則和輸出變量數(shù)量相同。

(1)

x矩陣是Matlab在一個(gè)時(shí)間步長里返回給DIgSILENT的數(shù)據(jù)值。DIgSILENT通過返回的x矩陣計(jì)算時(shí)間步長的導(dǎo)數(shù)以及狀態(tài)變量的初始值和最終值，即y矩陣值，如式(2)所示。

(2)

要使用Matlab接口，必須把Matlab和DIgSILENT安裝在同一臺計(jì)算機(jī)上，當(dāng)DIgSILENT的時(shí)域仿真初始化時(shí)，它會啟動一個(gè)與上次使用版本相同的Matlab的實(shí)例。

2 接口模型的實(shí)現(xiàn)

要在DIgSILENT的當(dāng)前項(xiàng)目中實(shí)施Matlab模型，必須將其連接到一個(gè)DSL模型定義的框架上。首先，需在DIgSILENT中創(chuàng)建一個(gè)插槽，并將Matlab模型定義到插槽里，這與實(shí)現(xiàn)內(nèi)置模型或通用模型的做法完全一致；然后，在庫中創(chuàng)建一個(gè)功能塊定義BlkDef，導(dǎo)入Matlab代碼編寫的m文件，定義輸入變量、輸出變量、參數(shù)、狀態(tài)變量和限制信號，這一步是連接Matlab模型，其中Matlab模型中的參數(shù)必須和功能塊定義BlkDef中的參數(shù)以及m文件中的參數(shù)一致，如圖3所示。功能塊定義BlkDef是一個(gè)內(nèi)瓤，將它定義到一個(gè)DSL模型中，就完成了模型的制作，然后可對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖4所示。

圖3 功能塊定義BlkDef

圖4 DSL參數(shù)設(shè)置

3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別選用DIgSILENT內(nèi)置發(fā)電機(jī)模型以及基于DIgSILENT和Matlab的聯(lián)合模型對微電網(wǎng)進(jìn)行仿真，兩種仿真方式結(jié)果見圖5，在圖5中分別用虛線和實(shí)線表示。

圖5 仿真結(jié)果

在0.5 s時(shí)將電壓負(fù)荷無功功率突然增加20%，用plot繪制出發(fā)電機(jī)G1在0.5 s時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)標(biāo)幺值電壓(圖5中上圖)，和發(fā)電機(jī)G2在0.5s時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)勵(lì)磁電壓(圖5中下圖)。圖5中M和N分別表示DIgSILENT內(nèi)置發(fā)電機(jī)模型仿真和聯(lián)合仿真暫態(tài)響應(yīng)的電壓超調(diào)量，T2和T1分別表示相應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間。從圖5可知，在微電網(wǎng)暫態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)，所用時(shí)間T1相比T2縮短了28.1%，系統(tǒng)電壓超調(diào)量N相比M降低了13.3%。對比兩種仿真結(jié)果，不難得出在微電網(wǎng)多節(jié)點(diǎn)暫態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)聯(lián)合仿真要優(yōu)越于DIgSILENT內(nèi)置發(fā)電機(jī)模型仿真。，并且兩種仿真結(jié)果在最終數(shù)據(jù)趨勢上保持了一致，這也證明了聯(lián)合仿真的可行性。因此聯(lián)合仿真為微電網(wǎng)的仿真提供了另外一種途徑。

參考文獻(xiàn)：

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