CN109308390B - 送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法，仿真***包括：送端电网的风/光能模型和受端电网的水电机组模型，风/光能模型和水电机组模型联合运行，通过水电机组模型补偿风/光能模型输出的目标功率的波动；水电机组模型包括水轮机模型、引水***模型、水轮发电机模型和水轮机调节***模型，水轮机调节***模型包括调速器模型和机械液压随动***模型。本发明实施例中提供的仿真***，开展风/光‑水电机组广域联合仿真。在大规模新能源消纳困难背景下，为特高压直流受端水电机组跨区域消纳风电研究提供新途径，对实现跨区域风电消纳、提高全网新能源消纳水平具有工程应用价值。

Description

送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法

技术领域

本发明实施例涉及新能源消纳技术领域，更具体地，涉及送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法。

背景技术

目前，可再生能源凭借其零污染的优点有着广阔的发展前景，其中利用风能、水能、太阳能发电的发展最为迅速。合理利用可再生能源实现能源的可持续发展，已成为能源发展战略的重大举措。随着大规模风电/光伏能源的开发，我国风电/光伏能源的开发保持着快速发展的强劲势头，但新能源发电的超常规发展与电网建设相对滞后的矛盾日益明显。

我国风能资源丰富，有很好的开发应用前景，但风电出力具有间歇性、问歇性、反调节性及出力波动大等特点，这严重制约了风电渗透率的提高。具有随机性、问歇性、反调节性及出力波动大等特点的大规模风电/光伏能源接入电网对电力***的电压稳定、暂态稳定和频率稳定都有较大的影响，因此，弃风、弃光、弃水的现象广泛存在，风电/光伏能源并网难、并网后消纳难等问题严重制约着能源结构的变革。所以，提高电力***的调节能力及运行效率，从负荷侧、电源侧、电网侧多措并举，重点增强***灵活性、适应性，破解新能源消纳难题，推进绿色发展至关重要。水电机组具有开/停机迅速、调节速度快、调节范围宽广等特点，在电力***内发挥着调峰调频等功能。

虽然现有技术中已存在大量文献研究了受端电网内水电机组对于补偿送端电网的功率波动的可行性、风电-水电调度运行，但是对于水电补偿风电过程中联合运行的调节性能品质、水电机组出力调节深度与调节速度、联合运行策略以及联合运行仿真等方面缺乏深入研究与探讨。因此，现急需提供一种大规模风电接入下送受端电网内风电/光伏能源与水电机组联合调节仿真***及方法，以在仿真时考虑到对联合调节产生影响的因素。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法。

一方面，本发明实施例提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，包括：送端电网的风/光能模型和受端电网的水电机组模型，所述送端电网的风/光能模型和受端电网的水电机组模型电连接，所述风/光能模型和所述水电机组模型联合运行，通过所述水电机组模型补偿所述风/光能模型输出的目标功率的波动；

所述水电机组模型包括水轮机模型、引水***模型、水轮发电机模型和水轮机调节***模型，所述水轮机模型用于模拟所述水电机组内的水轮机，所述引水***模型用于模拟所述水电机组内的引水***，所述水轮发电机模型用于模拟所述水电机组内的水轮发电机，所述水轮机调节***模型用于模拟所述水电机组内的水轮机调节***；

所述水轮机调节***模型包括调速器模型和机械液压随动***模型，所述调速器模型用于模拟所述水轮机调节***内的调速器，所述机械液压随动***模型用于模拟所述水轮机调节***内的机械液压随动***。

另一方面，本发明实施例提供了一种根据上述送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***实现的仿真方法，包括：

通过控制送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中水电机组模型的参数，模拟受端电网内的水电机组的不同工作状态；

确定在不同工作状态下，所述水电机组补偿送端电网内的风/光能输出的目标功率的波动的能力。

另一方面，本发明实施例提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述所述的仿真方法。

另一方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述所述的仿真方法。

本发明实施例提供的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法，仿真***包括：送端电网的风/光能模型和受端电网的水电机组模型，所述风/光能模型和所述水电机组模型联合运行，通过所述水电机组模型补偿所述风/光能模型输出的目标功率的波动；所述水电机组模型包括水轮机模型、引水***模型、水轮发电机模型和水轮机调节***模型，所述水轮机调节***模型包括调速器模型和机械液压随动***模型。本发明实施例中提供的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，以送端电网的风/光能模型的实际风电出力曲线，开展了风/光-水电机组广域联合仿真。在大规模新能源消纳困难背景下，本发明实施例中提供的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，为特高压直流受端水电机组跨区域消纳风电研究提供了新途径，对实现跨区域风电消纳、提高全网新能源消纳水平具有重工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中机械液压随动***模型及油压装置仿真柜传递函数示意图；

图3为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中水轮机模型的单位流量综合特性曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中水轮机模型的单位力矩综合特性曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中仿真时采用的水电机组模型的功率曲线示意图；

图6为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中仿真时采用的水电机组模型的导叶控制信号示意图；

图7为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中仿真时采用的送端电网的风电功率曲线示意图；

图8为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中仿真时联合运行的目标功率曲线示意图；

图9为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中仿真时得到的考虑水电机组最大功率幅值限制前的送端电网风电功率曲线示意图；

图10为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中仿真时得到的考虑水电机组最大功率幅值限制后的送端电网风电功率曲线示意图；

图11为本发明实施例提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

由于现有技术中对于水电补偿风电过程中联合运行的调节性能品质、水电机组出力调节深度与调节速度、联合运行策略以及联合运行仿真等方面缺乏深入研究与探讨。为此本发明实施例中提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***及方法。以下进行具体说明。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，包括：送端电网的风/光能模型1和受端电网的水电机组模型2，送端电网的风/光能模型1和受端电网的水电机组模型2电连接，送端电网的风/光能模型1和受端电网的水电机组模型2联合运行，通过受端电网的水电机组模型2补偿送端电网的风/光能模型1输出的目标功率的波动。

其中，受端电网的水电机组模型2包括水轮机模型21、引水***模型22、水轮发电机模型23和水轮机调节***模型24，其中水轮机模型21用于模拟水电机组内的水轮机，引水***模型22用于模拟水电机组内的引水***，水轮发电机模型23用于模拟水电机组内的水轮发电机，水轮机调节***模型24用于模拟水电机组内的水轮机调节***。水轮机调节***模型24包括调速器模型241和机械液压随动***模型242，其中调速器模型241用于模拟水轮机调节***内的调速器，机械液压随动***242模型用于模拟水轮机调节***内的机械液压随动***。

具体地，本发明实施例中构建了送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，风/光能模型1和水电机组模型2联合运行，通过水电机组模型2补偿风/光能模型1输出的目标功率的波动。其中，风/光能模型指的是送端电网内风电/光伏能源的出力模型，主要采用的是送端电网内风电/光伏能源的出力曲线。

一般情况下，常规水电机组模型可以直接用来补偿风电/光伏等新能源输出的目标功率的波动性，然而在工程实践中仍然需要仔细考虑存在的限制因素。在本发明实施例中对做出如下假设：

1)忽略常规水电机组振动区的限制

实际水电机组在运行过程中存在一个或多个振动区，水电机组在振动区内运行时，不同部位的振动、摆度、水压脉动幅度较大，这将严重影响水电机组的安全稳定运行。因此，工程实践中的水电机组会依据一定的标准根据不同的水头、机组出力划分振动区，并在自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)***控制策略中设置避开振动区，防止水电机组带负荷过程中长时间运行于振动区。虽然振动区对水电机组的调节能力带来一定影响，但是可以利用不同水电机组的振动区互补性、水电机组的启停组合，减小单个水电机组的振动区的影响、提高水电厂或水电厂群的调节能力。考虑到振动区对多台水电机组或水电厂群的组合影响较为显著，本发明实施例中并不考虑该因素的影响。

2)忽略受送端电网中直流输电线路的影响

理论上应该考虑特高压直流输电线路的安全稳定运行性、直流输电线路有功功率随风电/光能模型输出的目标功率的波动性，但考虑到多数特高压直流输电线路往往根据“一段式”或者“三段式”恒定功率计划曲线调节直流输送功率，所以本发明实施例中不考虑直流输电线路的影响，直接在水电机组侧利用送端电网风电/光伏能源的出力曲线与受端水电机组联合运行，分析受端电网水电机组所具备的最大调节能力，进而给出受端电网水电机组能够允许的送端电网输出的目标功率的波动程度。

3)忽略水电机组负荷调节过程中功率波动/振荡问题

理论上水电机组调节迅速，能够补偿风电/光伏等新能源的功率波动性、间歇性。但可能出现下列两种不同的情况。

情况一：由于水电机组负荷调节开始/结束阶段调节速度慢，在负荷补偿的初始/结束阶段可能出现水电机组负荷调节滞后于风电/光伏新能源功率波动、对波动性新能源功率波动补偿不及时的现象，极端条件下水电机组的功率波动与风电/光伏等新能源功率波动时间上差异较大，则可能加剧送受端电网的功率波动。如果该现象周期性出现，则可能触发整个电力***进行功率低频振荡报警。

情况二：由于风电/光伏等新能源的剧烈变化，水电机组负荷调节速度难以适应新能源功率快速变化，即相对于新能源功率的剧烈变化，水电机组功率波动滞后；尽管水电机组在全力调节，但结果是新能源的波动性与水电机组功率调节的波动性相互叠加，更加加剧了送受端电网的功率波动。

因此，本发明实施例中仅涉及到水电机组对风电/光伏等新能源的跟踪性能，忽略水电机组负荷自身的性能对仿真结果的影响。

4)忽略水电机组一次调频与AGC反复拉扯问题

工程实践中，不同水电厂采用不同的一次调频与AGC***调频二者之间的协调策略，或一次调频优先、或一次调频动作屏蔽AGC***调频、或AGC***调频动作屏蔽一次调频、或一次调频与AGC***调频的调频目标叠加。工程实践中多次出现一次调频与AGC***调频二者之间的相互切换，会导致功率波动的现象，因此本发明实施例中不考虑不同协调策略对送受端电网功率波动的影响，仅选取其中一种协调策略。作为优选方案，本发明实施例中水轮机调节***模型通过一次调频与自动发电控制AGC***调频的调频目标叠加实现对所述水电机组模型的频率调节。

5)忽略水压脉动、振动区、水锤等因素带来的功率波动问题

工程实践中，调速器并网运行于开度调节模式下，由于水压脉动、振动区、水锤等因素的影响，水电机组在负荷调节过程中存在功率波动的现象，严重情况下触发整个电力***低频振荡报警。本发明实施例中不考虑开度调节模式下增/减负荷过程中的功率波动，调速器模型并网运行于功率模式。

6)忽略水电机组不同水头对负荷调节速度、负荷调节深度的影响

工程实践中水电机组的最大功率受到水头的影响，不同水头下水电机组的最大出力、最大出力对应的导叶接力器行程不同，对应的负荷调节过程中导叶接力器行程变化不同，即水头不同对调速器模型的速度存在影响。但这并不是本发明实施例中研究的重点，因此本发明实施例中不考虑水头对水电机组调节能力的影响。

7)忽略为消纳新能源水电机组频繁调节所导致的结构疲劳与破坏

水电机组的金属结构存在一定的使用寿命，频繁快速调节与频繁慢速调节机组金属结构在动态调节过程中所承受的动态应力有所区别，水电机组关键金属部件的磨损快慢也会不同，理论上在水电-风电联合运行时应该从结构方面、材料性能方面考虑水电机组的承受能力，但这并不是本发明实施例中研究的重点，因此本发明实施例中不考虑上述因素对水电机组调节能力的影响。

基于上述假设的基础上，本发明实施例中水电机组模型包括水轮机模型、引水***模型、水轮发电机模型和水轮机调节***模型，水轮机调节***模型包括调速器模型和机械液压随动***模型。通过上述具体模型对水电机组模型进行模拟，以实现对送受端电网风/光能与水电机组联合调节进行仿真。

本发明实施例中提供的一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，以送端电网的风/光能模型的实际风电出力曲线，开展了风/光-水电机组广域联合仿真。在大规模新能源消纳困难背景下，本发明实施例中提供的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，为特高压直流受端水电机组跨区域消纳风电研究提供了新途径，对实现跨区域风电消纳、提高全网新能源消纳水平具有重工程应用价值。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中所述风/光能模型和所述水电机组模型联合运行的运行方式包括：联合运行时所述目标功率恒定、联合运行时所述目标功率按预设曲线波动以及联合运行时所述目标功率的波动曲线与所述受端电网的负荷曲线变化趋势相同。

具体地，本发明实施例中提供的仿真***虽然采用风/光能模型和水电机组模型联合运行的运行方式，但是由于联合运行的运行方式有多种，而且本发明实施例中采用联合运行的目的是为了分析受端电网水电机组所具备的最大调节能力，进而给出受端电网水电机组能够允许的送端电网输出的目标功率的波动程度。所以本发明实施例中提供的仿真***中提供了如下三种运行方式，主要考虑送端电网输出的目标功率的大小变化，即1)联合运行时目标功率恒定的运行方式，这种运行方式主要是需要在仿真***运行时保证输出的目标功率恒定；2)联合运行时目标功率按预设曲线波动，这种运行方式需要在仿真***运行时保证输出的目标功率按预设曲线波动，其中预设曲线是预先设定的目标功率的变化曲线，可根据需要进行设置预设曲线的走势和形状，本发明实施例中在此不作具体限定；3)联合运行时目标功率的波动曲线与受端电网的负荷曲线变化趋势相同，这种运行方式需要在仿真***运行时保证输出的目标功率的波动曲线与受端电网的负荷曲线一致，即输出的目标功率全部用于为负荷提供能量，不产生额外的损耗。

本发明实施例中提供的仿真***为风/光能模型和水电机组模型之间的联合运行提供了三种运行方式，可以使工作人员在采用该仿真***时选择不同的运行方式进行运行，以验证不同运行方式下受端电网的水电机组补偿送端电网输出的目标功率的波动。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中调速器模型具体为实体调速器电柜，机械液压随动***模型通过可编程逻辑控制器模拟构建。

具体地，本发明实施例中提供的仿真***中采用的调速器模型采用实体调速器电柜实现，用于采集各类开关量、模拟量和频率信号，并根据采集到的数据完成调节规律的综合及控制信号的输出，并将输出的控制信号放大后，驱动比例阀、伺服电机(或步进电机)、高速开关阀等多种形式的机械液压随动***模型工作。

本发明实施例中，机械液压随动***模型可以根据现场原型设备实际提供的参数，通过求解微分方程，采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)模拟插装阀、主配压阀、步进电机等形式的机械液压随动***动力学过程，并得到导叶接力器/喷针接力器、轮叶接力器/折向器接力器的位移。同时机械液压随动***模型驱动导叶接力器电动缸、轮叶接力器电动缸，实时重现导叶接力器/轮叶接力器的运动过程。

本发明实施例中水轮机调节***模型还包括：油压装置模型，即构建油压装置仿真柜，根据现场原型设备实际提供的参数，通过求解微分方程，采用PLC模拟插装阀、主配压阀、步进电机等形式的机械液压随动***动力学过程，得到油压装置仿真柜受到的压力、液位等信号。

本发明实施例中的研究对象为混流式水轮发电机组，考虑了非线性环节的机械液压随动***模型及油压装置仿真柜传递函数图2所示。图2中，y_gc(y_rc)表示水轮机导叶接力器开度指令，K_e表示放大/驱动环节放大系数，T_vn表示放大/驱动环节微分时间常数，s表示拉普拉斯变换中的复变量，T_y表示水轮机导叶接力器响应时间常数，T_m表示水轮机导叶接力器惯性时间常数，y_g(y_r)表示水轮机导叶接力器行程信号，y_max表示水轮机导叶接力器最大行程，y_min表示水轮机导叶接力器最小行程，v_max表示水轮机导叶接力器开启最大速度，v_min表示水轮机导叶接力器关闭最大速度，w_h1表示机械液压***自然截止频率；T表示机械液压随动***接力器输出响应与输入信号在时间上存在的滞后时间。死区环节表示机械传动死行程和主配压阀(接力器控制阀)搭叠量等因素产生的控制不灵敏现象；限幅环节用来描述随动***的速率限制、饱和非线性等现象。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中所述水轮机模型、所述引水***模型和所述水轮发电机模型均通过基于ARM-DSP的嵌入式***构建。

具体地，本发明实施例中采用基于ARM-DSP的嵌入式***分别构建水轮机模型、所述引水***模型和所述水轮发电机模型。

首先，对于水轮机模型，由于实际的水轮机的内部流动非常复杂，目前仍难以用几何参数精确地表述，本发明实施例中采用模型试验的方法来求得水轮机特性的定量表示。由于水轮机特性具有严重的非线性，本发明实施例中以综合特性曲线进行表示，本发明实施例中选择现场原型水轮机实测数据修正得到的综合特性曲线，综合特性曲线模型如下：

Q₁'＝f(a,n₁') (1)

M₁'＝g(a,n₁') (2)

其中，Q₁'表示单位流量，

M₁'＝k·Q₁'·η÷n₁'，a表示水轮机开度，n₁'表示单位转速，M₁'表示单位力矩，Q表示水轮机流量，D₁表示水轮机转轮直径，H表示水轮机工作水头，指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位为m，η表示水轮机效率，k表示由于单位换算而产生的常数。

由公式(1)和公式(2)可以看出，水轮机模型的综合特性曲线包括单位流量综合特性曲线和单位力矩综合特性曲线。其中，单位流量综合特性曲线表示水轮机模型的单位流量与水轮机开度、水轮机单位转速之间的关系，即公式(1)；单位力矩综合特性曲线表示水轮机模型的单位力矩与水轮机开度、水轮机单位转速之间的关系，即公式(2)。

单位流量综合特性曲线可通过图3表示，从图3中可以看出，水轮机模型的单位流量、水轮机开度以及水轮机单位转速三者之间的关系通过描点的方式可确定一个平面。在实际仿真时，则可以将这个平面作为水轮机模型的已知条件，随机在该平面上取一点，则可以确定对应点处水轮机模型的单位流量、水轮机开度以及水轮机单位转速。同理，单位力矩综合特性曲线可通过图4表示，从图4中可以看出，水轮机模型的单位力矩、水轮机开度以及水轮机单位转速三者之间的关系通过描点的方式可确定一个平面。在实际仿真时，则可以将这个平面作为水轮机模型的已知条件，随机在该平面上取一点，则可以确定对应点处水轮机模型的单位力矩、水轮机开度以及水轮机单位转速。

根据公式(1)确定的单位流量以及公式(2)确定的单位力矩，可得：

其中，Q表示水轮机流量，M_t表示水轮机力矩。

其次，对于水轮机引水***模型，本发明实施例中采用刚性水击模型，即：

其中，G_h(s)表示水轮机入口处流量，H(s)表示水轮机工作水头的拉普拉斯变换，Q(s)表示水轮机流量的拉普拉斯变换，h_w为水轮机管道常数，T_r为水击相长，T_w表示水流惯性时间常数，s是拉普拉斯变换中的复变量。

最后，对于水轮发电机模型，本发明实施例中忽略水轮发电机阻尼绕组电磁特性和磁饱和作用，将水轮发电机连接到无穷大电网***中，这是因为并入无穷大电网后水轮发电机的频率和电压基本都是额定值，很难发生变化，除非大电网垮掉或出现大的问题。本发明实施例中水轮发电机模型可等价为公式(6)所示的三阶非线性模型。

其中，δ为水轮发电机功角，ω为水轮发电机电角速度，e_q’为与励磁电动势成正比的电势，E_FD为水轮发电机的励磁电动势，T_m为水轮机力矩，T_e为电磁力矩，J表示机组惯性时间常数，D表示机组阻尼常数，x_d表示水轮发电机d轴同步电抗，x_d’表示水轮发电机d轴暂态电抗，T_do’表示水轮发电机d轴开路时间常数，i_d表示水轮发电机的励磁电流。

在上述实施例的基础上，所述水轮机调节***模型还包括：现地控制单元LCU控制柜；

所述LCU控制柜用于控制所述调速器模型，以使所述调速器模型模拟所述水电机组模型的不同工作状态。

具体地，本发明实施例中，将水轮机调节***模型构建成一个水轮机调节***物理-数字混合仿真平台，主要包括：试验操作台、现地控制单元(Local Control Unit，LCU)控制柜、实体调速器电柜、机械液压随动***模型、油压装置仿真柜、油压装置控制柜、被控***(即水电机组)模拟柜、电动缸(用于模拟水轮机导叶/轮叶接力器)。

其中，试验操作台主要用于远方试验操作、实时信息监视，通过通信接口与LCU控制柜信息交互，可以实现远方开/停机、并网/离网、脉冲方式负荷增/减、一次调频投/退、紧急停机/事故停机、AGC数字闭环调功、AGC模拟闭环调功等操作。

其中，LCU控制柜接收来自试验操作台的操作信号，输出或下发实体调速器电柜所需的开关量、模拟量、通信量信号，通过LCU控制柜与实体调速器电柜联动模拟远方开/停机、并网/离网、脉冲方式负荷增/减、一次调频投/退、紧急停机/事故停机、AGC数字闭环调功、AGC模拟闭环调功功能。其中水电机组模型的不同工作状态即为开/停机、并网/离网、脉冲方式负荷增/减、一次调频投/退、紧急停机/事故停机、AGC数字闭环调功以及AGC模拟闭环调功。LCU控制柜同时还采集水轮机调节***的实时状态信息，并将信息上传至试验操作台的触摸屏显示器。LCU控制柜还获取风/光能模型(即新能源机组模拟单元)输出的有功功率、水电-风电联合调节目标功率曲线，并具有根据用户输入选择AGC数字闭环调功、AGC模拟闭环调功等功能。

其中，实体调速器电柜为生产现场原型设备，用于采集各类开关量、模拟量、频率信号，并根据这些数据及状态量完成调节规律的综合及控制信号的输出，并将输出的控制信号放大后，驱动比例阀、伺服电机(或步进电机)、高速开关阀多种形式的机械液压随动***模型，并把一些控制过程的特征信号上传至LCU控制柜；通过MB总线(即Modbus总线)与LCU控制柜进行通信，将各种状态信息传输至LCU控制柜。同时，实体调速器电柜还可以接收来自LCU控制柜的功率目标值及调功命令，实现调速器自身的功率闭环调节，即所谓的数字闭环调功；实体调速器电柜也可以根据用户需求进行频率扰动、开度给定扰动、功率给定扰动等不同功能的扰动试验。

其中，油压装置控制柜用于采集各类开关量、模拟量，并根据采集到的这些数据及状态信息完成油泵启停及补气控制；输出特定的开关量，实现对油泵、补气装置等组件的控制，并把控制过程的一些特征信号上传至LCU控制柜。

其中，被控***(即水电机组)模拟柜可提供多种水轮机模型，例如：精细化水轮机模型、IEEE推荐的水轮机模型、DL/T1120《水轮机调节***自动测试及实时仿真装置技术条件》推荐的水轮机模型、《水轮机调节***建模及参数实测技术导则》给出的参考模型、模型综合特性模型、考虑现场原型水轮机实测数据修正的综合特性模型等，通过模拟试验选择出与现场原型水轮机动态响应吻合精度高的模型，完成闭环仿真。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一个具体的仿真案例，以便于说明本发明实施例中提供的仿真***的仿真效果。仿真时设置实体调速器电柜运行于功率调节模式下，水轮机模型及引水***模型使用的综合特性曲线如图3和图4所示，使用实体调速器电柜综合测试仪进行录波，仿真中采用的水电机组模型的功率曲线如图5所示，仿真中采用的水电机组模型的导叶控制信号如图6所示，仿真中采用的送端电网的风电功率曲线如图7所示，联合运行的目标功率曲线如图8所示，考虑水电机组最大功率幅值限制前的送端电网风电功率曲线如图9所示，考虑水电机组最大功率幅值限制后的送端电网风电功率曲线如图10所示。由图9和图10对比可知，经过联合运行后使送端电网风电功率曲线趋于稳定，说明本发明实施例中提供的仿真***实现的仿真效果客观准确。

本发明实施例中提供了一种大规模风电接入下送受端电网内风/光-水机组联合调节的仿真***，为工程实践中实施跨区域风/光-水机组联合调节提供了参考。

如图11所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中还提供了一种根据上述实施例中提供的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***实现的仿真方法，包括：

S1，通过控制送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中水电机组模型的参数，模拟受端电网内的水电机组的不同工作状态；

S2，确定在不同工作状态下，所述水电机组补偿送端电网内的风/光能输出的目标功率的波动的能力。

具体地，本发明实施例中以整个仿真***为执行主体，本发明实施例中提供的仿真方法中各步骤的处理流程与上述***类实施例中各模型的作用是一一对应的，本发明实施例中对此不再赘述。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中还提供了一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如图11所示的方法。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如图11所示的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，包括：送端电网的风/光能模型和受端电网的水电机组模型，所述送端电网的风/光能模型和受端电网的水电机组模型电连接，所述风/光能模型和所述水电机组模型联合运行，通过所述水电机组模型补偿所述风/光能模型输出的目标功率的波动；

所述水电机组模型包括水轮机模型、引水***模型、水轮发电机模型和水轮机调节***模型，所述水轮机模型用于模拟所述水电机组内的水轮机，所述引水***模型用于模拟所述水电机组内的引水***，所述水轮发电机模型用于模拟所述水电机组内的水轮发电机，所述水轮机调节***模型用于模拟所述水电机组内的水轮机调节***；

所述水轮机调节***模型包括调速器模型和机械液压随动***模型，所述调速器模型用于模拟所述水轮机调节***内的调速器，所述机械液压随动***模型用于模拟所述水轮机调节***内的机械液压随动***。

2.根据权利要求1所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，所述风/光能模型和所述水电机组模型联合运行的运行方式包括：联合运行时所述目标功率恒定、联合运行时所述目标功率按预设曲线波动和联合运行时所述目标功率的波动曲线与所述受端电网的负荷曲线变化趋势相同。

3.根据权利要求1所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，所述调速器模型具体为实体调速器电柜，所述机械液压随动***模型通过可编程逻辑控制器模拟构建。

4.根据权利要求1所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，所述水轮机模型、所述引水***模型和所述水轮发电机模型均通过基于ARM-DSP的嵌入式***构建。

5.根据权利要求1所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，所述水轮机调节***模型通过一次调频与自动发电控制AGC***调频的调频目标叠加实现对所述水电机组模型的频率调节。

6.根据权利要求1所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，所述水轮机模型的综合特性曲线包括单位力矩综合特性曲线和单位流量综合特性曲线；

其中，所述单位力矩综合特性曲线表示所述水轮机模型的单位力矩与水轮机开度、水轮机单位转速之间的关系，所述单位流量综合特性曲线表示所述水轮机模型的单位流量与水轮机开度、水轮机单位转速之间的关系。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***，其特征在于，所述水轮机调节***模型还包括：现地控制单元LCU控制柜；

所述LCU控制柜用于控制所述调速器模型，以使所述调速器模型模拟所述水电机组模型的不同工作状态。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***实现的仿真方法，其特征在于，包括：

通过控制送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真***中水电机组模型的参数，模拟受端电网内的水电机组的不同工作状态；

确定在不同工作状态下，所述水电机组补偿送端电网内的风/光能输出的目标功率的波动的能力。

9.一种送受端电网风/光能与水电机组联合调节仿真设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求8所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求8所述的方法。

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