风光储新能源建模与仿真测试
1. 实验室介绍 新能源精细化建模与仿真测试实验室，于2022年筹备建设。先后购置了RT-LAB实时仿真系统、Chroma61860回收式电网模拟器等设备。构建了风电、光伏、储能一体化新能源并网测试平台。搭配实时风场数据模型、山东电网节点模型，可实现电网实时仿真、新能源并网测试、风场模拟、故障穿越、软件在环测试、硬件在环测试等。承接了大容量风电机组电网友好型控制技术等国家重点研发任务。支撑100%新能源并网运行与控制、故障穿越及暂态分析、低惯量电力系统动态特性及控制，高渗透率新能源电网的频率控制等方面的科研。
图8.1 实验室内景 2. 实验室功能 （1）风电场实时仿真 针对风场等值模型无法满足大规模风电场接入电网的安全性和稳定性的要求。开发一套风电场精细化仿真模型，包含了场域计算（湍流、尾流等）、单机气动、单机机械等模型，考虑了风电场中气-弹-机-电耦合特性。相较于传统的单机/多机等值模型，此精细化仿真模型涵盖了实际风电场运行中的所有动态过程。基于此模型搭建的专用风电场实时仿真平台。此仿真平台通过 CPU + GPU 的异构计算平台加速仿真计算，具有实时性强、模块化程度高、可扩展性好的特点。
图8.2 风电场实时仿真平台架构 （2）半实物仿真平台
硬件在环仿真，又称半实物仿真，是将需要仿真的部分系统硬件直接放到仿真回路中的仿真系统，它不仅弥补了纯数字仿真中的许多缺陷，提高了整个模型的置信度，而且可以大大减轻编程的工作量。这种仿真的另一个优势在于它实现了仿真模型和实际系统间的实时数据交互，使仿真结果的验证过程非常直观，大大缩短了产品开发周期。仿真时，电脑与实际硬件通过各种信息通道相连，电脑与实际硬件共同完成仿真工作，并将仿真结果在电脑中进行分析，从而判断硬件的运行情况。
硬件在环仿真是在物理仿真和数学仿真的基础上发展起来的，它将实际系统的一部分设备与计算机相连，用软件模型对其中不存在或者不便于试验的部分进行仿真，同时保证整个系统的运行。它充分利用计算机建模的简易性，减少了费用；便于对系统的输入进行灵活快捷的变更，在改变参数的同时可以详细观察系统性能的变化；对系统中非重点考察的复杂环节，可直接将其硬件连入仿真系统。
硬件在环仿真的逼真度较高，所以常用来验证控制系统方案的正确性和可行性，进行故障模式的仿真以及对研制阶段的控制系统进行闭环动态验收试验。应用硬件在环仿真使仿真条件更接近于实际情况，更能正确地对设计出的控制器性能进行检验和调试，有利于开发新型控制系统和算法，减少现场调试次数。
半实物仿真平台是基于模型仿真与测试的一体化科研平台。在统一平台上实现了控制模型开发、模型仿真、快速控制器原型、硬件在环验证、系统级半实物交联试验等。目前此平台支撑了风电机组故障穿越关键控制技术、风电机组可控域分析与可控性提升、风电机组故障暂态支撑控制技术等方面的研究。
图8.3 半实物仿真平台系统构成
（3）风电并网测试平台
风电并网测试平台由全功率风电平台和双馈风电平台组成，以Chroma61860回收式电网模拟器作为电网接口。该平台软硬件均为自主设计，具有核心知识产权，可实现对控制算法代码及设计和修改，非常灵活的支撑项目科研。结合半实物仿真平台，实现控制算法验证到工程实践的完整流程。有力的支撑了大容量风电机组电网友好型控制技术项目、风电机组低压穿越技术与故障暂态分析的研究等。
图8.4 风电并网测试平台系统构成 （4）新能源微电网测试平台 在风电并网测试平台的基础上，增加了光伏和储能设备，从而构成风、光、储一体的小型微电网测试平台。目前该平台支撑了光伏并网控制策略及高压穿越技术的研究、100%新能源电网的运行与控制、高渗透率新能源电网的频率控制等方面的科研。
图8.5 新能源微电网测试平台系统构成 3. 实验室主要构成
图8.6 半实物仿真系统与回馈式电网模拟器
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