一种电源配电网仿真分析方法及系统

摘要

一种电源配电网仿真分析方法及系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，基于图形界面建立配电网一次系统模型，并计算动态过程中电压、电流的采样值；步骤2，自定义光伏发电、风力发电和储能站模型，并基于所述模型建立与配电网一次系统模型的数据交换接口；步骤3，基于所述数据交换接口获取模型数据，基于所述光伏发电、风力发电和储能站模型对所述数据进行计算和判别，以及基于所述计算和判别更新配电网一次系统模型。基于上述方法及系统，能够依据实际测量的参数数据以及预测数据得到与实际条件更加接近的动态响应效果，从而为实现大规模多类型分布式电源的协同控制提供决策辅助依据。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网仿真领域，更具体地，涉及一种电源配电网仿真分析方法及系统。

背景技术

随着能源与环境危机的不断扩大，以可再生能源与清洁能源为主要形式的分布式电源规模快速以多点分散的形式接入配电网，渗透率不断提高，使得配电网由单电源网络转变为多电源网络。

然而，在多电源网络中潮流和短路电流的大小、流向和分布特性均发生改变，而多种具备间歇性及随机性特征的新能源的综合接入以及大量电力电子装置的使用，使得配电网的非线性问题与不确定性问题变得更加复杂，在此基础之上，对含高渗透率分布式电源配电网的运行、调度、控制等也愈加困难。由此看来，通过仿真手段模拟各种条件下的配电网的运行状态，对不同时间尺度的动态过程进行精准的量化分析是十分必要的。然而，在现有技术中任然缺乏在实际量测数据基础上集成多种类型分布式电源的仿真分析工具，也无法方便快速地实现对含多类型分布式电源配电网的模拟及分析。

因此，亟需一种电源配电网仿真分析方法及系统。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种电源配电网仿真分析方法及系统，通过构建配电网模型对各项参数进行计算，从而实现方便快速的电源配电网的模拟与分析。

本发明采用如下的技术方案。一种电源配电网仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于图形界面建立配电网一次系统模型，并计算动态过程中电压、电流的采样值；步骤2，自定义光伏发电、风力发电和储能站模型，并基于模型建立与配电网一次系统模型的数据交换接口；步骤3，基于数据交换接口获取模型数据，基于所述光伏发电、风力发电和储能站模型对数据进行计算和判别，以及基于计算和判别更新配电网一次系统模型。

优选地，配电网一次系统模型是基于PSCAD图形化界面获得的；动态过程中电压、电流的采样值是基于EMTDC内核对不同条件下的配电网一次系统模型进行计算获得的。

优选地，光伏发电模型包括光伏电池阵、最大功率追踪装置和逆变电路；并且，光伏电池阵为每三组光伏电池串联后再并联，经过二极管后并联于电容两侧，依次接入逆变电路和变压器后接入电网。

优选地，光伏发电模型的输出电流为：

其中，I

优选地，最大功率追踪装置采用扰动观测法采集所述模型的电压、电流采样值，并基于采样值计算功率值，以及基于计算功率值相对于理想功率值的偏差调节负载曲线以保证光伏电池模型的工作效率最高。

优选地，风力发电模型包括风电场风源、风力机、风力机叶片控制器、三相异步电动机、软并网装置和变压器；并且，至少一个风电场风源通过风力机和风机叶片控制器接入三相异步电动机，至少一个三相异步电动机通过软并网装置与变压器和配电网连接。

优选地，风力发电模型的可用风速为：

V

其中，V

优选地，储能站模型包括储能电池、控制器、整流电路和逆变电路；并且，储能电池为受控电压源串联电阻，储能电池组通过控制器连接至电网，控制器根据储能电池电压和电网电压差控制充电与放电，整流器和逆变器分别基于控制器的控制实现电池组的充放电。

优选地，储能站模型的充电电压为：

储能站模型的放电电压为：

其中，E

优选地，数据交换接口获取的模型数据为STOR*数组数据，其中STOR*数组为STORF数组、STORI数组、STORL数组和STORC数值中的一种。

优选地，通过Matlab建立数据交换接口，并在接口中设定模型中各个元件的参数变量以及参数条件；通过PSCAD对参数进行计算和判别，并指示数据交换接口连接指令或中断指令。

本发明第二部分涉及一种电源配电网仿真分析系统，其特征在于：系统用于实现本发明第一部分中所述的一种分布式电源配电网仿真分析方法。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种电源配电网仿真分析方法及系统，基于PSCAD/EMTDC软件建立了光伏发电、风力发电以及储能站的模块接口，通过将不同模型统一集成至配电网模型中，并利用MATLAB对模型状态参数进行显示，实现了对高渗透率分布式电源配电网动态过程的快速模拟与分析，能够依据实际测量的参数数据以及预测数据得到与实际条件更加接近的动态响应效果，从而为实现大规模多类型分布式电源的协同控制提供决策辅助依据。

附图说明

图1为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中系统架构示意图；

图2为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中模型接口示意图；

图3为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中光伏发电模块的结构示意图；

图4为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中风力发电模块的结构示意图；

图5为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中储能站模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

图1为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中系统架构示意图。如图1所示，本发明第一方面涉及一种电源配电网仿真分析方法，包括步骤1至步骤3。

步骤1，基于图形界面建立配电网一次系统模型，并计算动态过程中电压、电流的采样值。

优选地，配电网一次系统模型是基于PSCAD图形化界面获得的；动态过程中电压、电流的采样值是基于EMTDC内核对不同条件下的配电网一次系统模型进行计算获得的。

步骤2，自定义光伏发电、风力发电和储能站模型，并基于所述模型建立与配电网模型之间的数据交换接口。

图2为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中模型接口示意图。如图2所示，本发明一实施例中，可以将光伏发电、风力发电以及储能站环节封装为PSCAD的自定义模块，通过EMTDC内核与模块之间的接口交换数据，包括电压电流的采样值及断路器状态等信息。本发明的含高渗透率分布式电源配电网的仿真分析平台包括配电网、光伏发电模块、风力发电模块、储能站模块，各模块接口母线并经变压器连接至电网。

优选地，光伏发电模型包括光伏电池阵、最大功率追踪装置和逆变电路；并且，光伏电池阵为每三组光伏电池串联后再并联，经过二极管后并联于电容两侧，依次接入逆变电路和变压器后接入电网。

图3为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中光伏发电模块的结构示意图。如图3所示，将实际测量或预测的光照强度以及环境温度输入至光伏电池中，可以得到光伏电池的输出电流。光伏发电模型的输出电流为：

其中，I

优选地，最大功率追踪装置采用扰动观测法采集模型的电压、电流采样值，并基于采样值计算功率值，以及基于计算功率值相对于理想功率值的偏差调节负载曲线以保证光伏电池模型的工作效率最高。

优选地，风力发电模型包括风电场风源、风力机、风力机叶片控制器、三相异步电动机、软并网装置和变压器；并且，至少一个风电场风源通过风力机和风机叶片控制器接入三相异步电动机，至少一个三相异步电动机通过软并网装置与变压器和配电网连接。

图4为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中风力发电模块的结构示意图。如图4所示，通过实际测量或预测得出环境实时风速，通过风源模块进行计算得到风力机的可用风速，进而将可用风速输入风力机等后续模块中以模拟实际过程中风力发电模型的运行状况。风力发电模型的可用风速为：

V

其中，V

优选地，储能站模型包括储能电池、控制器、整流电路和逆变电路；并且，储能电池为受控电压源串联电阻，储能电池组通过控制器连接至电网，控制器根据储能电池电压和电网电压差控制充电与放电，整流器和逆变器分别基于控制器的控制实现电池组的充放电。

图5为本发明一种电源配电网仿真分析方法及系统中储能站模块的结构示意图。如图5所示，储能站模型的充电电压为：

储能站模型的放电电压为：

其中，E

根据上述内容，可以分别构建出光伏发电、风力发电和储能站模型，通过上述模型就可以构建上述模型与配电网一次系统模型之间的数据交换接口了。

优选地，数据交换接口获取的模型数据为STOR*数组数据，其中所述STOR*数组为STORF数组、STORI数组、STORL数组和STORC数值中的一种。

步骤3，基于数据交换接口获取模型数据，基于光伏发电、风力发电和储能站模型对数据进行计算和判别，以及基于计算和判别更新配电网一次系统模型。

优选地，通过Matlab建立数据交换接口，并在接口中设定模型中各个元件的参数变量以及参数条件；通过PSCAD对参数进行计算和判别，并指示数据交换接口连接指令或中断指令。

具体的，可以将光伏发电、风力发电以及储能站环节封装为PSCAD的自定义模块，通过EMTDC内核与模块之间的接口交换数据，包括电压电流的采样值及断路器状态等信息。接口的实现利用STOR*(即STORF、STORI、STORL、STORC)数组完成，仿真过程中每对配电网模型完成一步计算，则将模型数据存储至该数组中，并由自定义模块读取后进行内部计算及判别，判别结果再次存储至STOR*数组，由PSCAD读取并依此修改配电网模型数据。

所述仿真平台建立了Matlab接口，可实现仿真平台与Matlab的交互，将含高渗透率分布式电源配电网的仿真结果实时输出至Matlab中，并将Matlab的输出结果返回至仿真平台。首先，在路径和接口中需要设定元件所需参数变量，设置参数及其输出控制参数的条件；其次，PSCAD和MATLAB对所输出和输入的参数进行条件计算和判定，在接口处给出程序连接和中断的指令。

本发明第二方面涉及一种电源配电网仿真分析系统，该系统可以用于实现如本发明第一方面中所述的一种电源配电网仿真分析方法。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种分布式电源配电网仿真分析方法及系统，基于PSCAD/EMTDC软件建立了光伏发电、风力发电以及储能站的模块接口，通过将不同模型统一集成至配电网模型中，并利用MATLAB对模型状态参数进行显示，实现了对高渗透率分布式电源配电网动态过程的快速模拟与分析，能够依据实际测量的参数数据以及预测数据得到与实际条件更加接近的动态响应效果，从而为实现大规模多类型分布式电源的协同控制提供决策辅助依据。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。