(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211012335.6 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 南方电网电力科技股份有限公司 地址 510000 广东省广州市越秀区西华路 捶帽新街1-3号华业大厦附楼501-503 室 (72)发明人 郭敬梅　苏伟　盛超　王红星　 曾有芝　杜胜磊　杨汾艳　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 周伟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/04(2020.01) (54)发明名称 风电场场站实时仿真模型的构建方法和阻 抗特性评估方法 (57)摘要 本申请涉及一种风电场场站实时仿真模型 的构建方法和阻抗特性评估方法， 该方法通过 FPGA仿真机与CPU仿真机之间的接口变量交替方 式构建风电场中风电机组的单机功能性模型， 降 低了风电场仿真模型构建阶数， 提高仿真效率的 同时保留了建模灵活性； 采用流水线算法构建风 电场功能性模型实现风电场大量风电机组的高 效仿真， 利用基于风机变流器控制器硬件在环实 测和参数辨识的扰动试验数据对风机功能性的 单机功能性模 型进行修正； 利用风电场的主接线 拓扑和电气参数对功能性场站的风电场功能性 模型进行改造， 得到实际风电场场站精细化实时 仿真模型， 构建实际风电场场站精细化实时仿真 模型不需要占用大量硬件资源、 过高的投资、 平 台开发和维护成本 。 权利要求书2页 说明书13页 附图6页 CN 115358079 A 2022.11.18 CN 115358079 A 1.一种风电场 场站实时仿真模型的构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 采用FPGA仿真机与CPU仿真机之间的接口变量交替方式构建风电场中风电机组的单机 功能性模型； 基于所述单机功能性模型采用流水线算法构建风电场功能性模型； 通过扰动试验获取风电场中实际风机变流器控制器的大扰动数据和小扰动数据； 将所 述大扰动数据和所述小扰动数据输入所述单机功能性模型中， 得到单机实用化实时模型； 获取风电场的主接线拓扑和电气参数并将其输入所述风电场功能性模型中， 以及将所 述风电场功能性模型的单机功能性模型替换为单机实用化实时模型后， 得到实际风电场场 站精细化实时仿真模型。 2.根据权利要求1所述的风电场场站实时仿真模型的构建方法， 其特征在于， 采用FPGA 仿真机与CPU仿真机之 间的接口变量交替方式构建风电场中风电机组的单机功能性模型包 括： 获取风电场中一个风电机组的拓扑结构图， 确定风电机组的开关类设备和动态类设 备； 通过FPGA仿真机的建模环境对风电机组的开关类设备进行建模， 得到P SS模型； 通过CPU仿真机的建模环境对风电机组的动态类设备进行建模， 得到S PS模型； 采用所述PSS模型与所述SPS模型之间的接口变量数据交互交替方式构建风电机组的 单机功能性模型。 3.根据权利要求2所述的风电场场站实时仿真模型的构建方法， 其特征在于， 所述PSS 模型与所述SPS模型之间的接口变量数据交互交替方式包括： 根据每个所述开关类设备 的 电路将其电路分为工频电路和高频电力电子电路， 并将所述工频电路和所述高频电力电子 电路转换为工频等效电路和 高频等效电路； 在上一个仿真计算时步中通过FPGA仿真机的 PSS模型仿 真高频等效电路， 得到高频等效电路的三相电压和直流电流， 同时在该仿 真计算 时步中通过CPU仿 真机的SPS模 型仿真工频等效电路， 得到工频等效电路的三相电流和直流 电压并将三相电流和直 流电压传送至FPGA仿真机的P SS模型仿真高频等效电路中。 4.根据权利要求3所述的风电场场站实时仿真模型的构建方法， 其特征在于， 基于所述 单机功能性模型采用流水线算法构建风电场功能性模型包括： 获取风电场的风电机组数量， 记为 n； 基于所述单机功能性模型的PSS模型和 SPS模型采用流水线算法对风电场的n台风电机 组进行仿真， 构建得到风电场功能性模型。 5.根据权利要求4所述的风电场场站实时仿真模型的构建方法， 其特征在于， 基于所述 单机功能性模 型的PSS模 型和SPS模 型采用流水线算法对风电场的n台风电机组进 行仿真过 程包括： 通过单机功能性模型 的SPS模型获取一个仿真计算时步内每台风电机组端口的直 流电压； 将 每台风电机组端口的直流电压串 行输入至所述单机功能性模 型的PSS模 型中， 计 算获得与直流电压对应风电机组端口的直流电流， 以完成所述风电场功能性模型在一个仿 真计算时步内对所有风电机组的仿真计算。 6.根据权利要求1所述的风电场场站实时仿真模型的构建方法， 其特征在于， 通过扰动 试验获取风电场中实际风机变流器控制器的大扰动数据和小扰动数据包括： 采用并网扰动 试验对风电场中实际风机变流器控制器在大扰动工况下故障穿越能力进 行测试， 得到大扰权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358079 A 2动数据； 以及 在小扰动工况 下的阻抗特性进行测试， 得到小扰动数据。 7.一种实际风电场场站精细化实时仿真模型的阻抗特性评估方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 获取基于如权利要求1 ‑6任意一项所述风电场场站实时仿真模型的构建方法构建的实 际风电场场站精细化 实时仿真模型， 以及获取风电场场站实际并网点电网的并网阻抗特征 曲线； 通过在所述实际风电场场站精细化实时仿真模型上进行扰动测试， 得到不同扰动频率 下测试的电流数据和电压数据； 对每次扰动频率的电流数据和电压数据采用FFT分析计算， 得到该扰动频率下的阻抗 幅值和阻抗相位； 根据所有扰动频率的 阻抗幅值和阻抗相位绘制该风电场的 阻抗特性曲线， 所述阻抗特 性曲线包括阻抗幅值曲线和阻抗相位曲线； 根据所述阻抗特性曲线和所述并网阻抗特征曲线， 并通过奈奎斯特判据判断该风电场 是否存在稳定风险。 8.根据权利要求7所述的实 际风电场场站精细化实时仿真模型的阻抗特性评估方法， 其特征在于， 通过在所述实际风电场场站精细化实时仿真模型上进行扰动测试， 得到不同 扰动频率下测试的电流数据和电压数据包括： 通过小扰动注入方式和阻抗扫描方式对所述 实际风电场场站精细化实时仿 真模型进行扰动测试， 得到不同扰动频率下测试的电流数据 和电压数据。 9.根据权利要求7所述的实 际风电场场站精细化实时仿真模型的阻抗特性评估方法， 其特征在于， 根据所述阻抗特性 曲线和所述并网阻抗特征曲线， 并通过奈奎斯特判据判断 该风电场是否存在稳定风险包括： 将所述阻抗特性曲线中的阻抗与所述并网阻抗特征曲线 的阻抗进行比较， 得到阻抗比值数集； 根据所述阻抗比值数集在坐标系中绘制奈奎斯特曲 线； 若所述奈奎斯特曲线与以坐标原 点为圆心且半径为 1的圆存在交点， 获得该 交点与坐标 原点形成的直线与坐标x轴的逆时针角度， 若 所述逆时针角度在150 °～210°之间， 则该风电 场存在稳定风险； 否则是 该风电场是 稳定的。 10.一种终端设备， 其特 征在于， 包括处 理器和存 储器； 所述存储器， 用于存 储程序代码， 并将所述 程序代码传输给 所述处理器； 所述处理器， 用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1 ‑6任意一项所述的风 电场场站实时仿真模型的构建方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358079 A 3