本发明涉及一种风力发电系统的仿真方法，具体为一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法。
背景技术：
1、能源是人类文明进步的重要物质基础和动力，攸关国计民生和国家安全。人类对化石能源枯竭、能源安全和环境恶化的担忧促进了清洁可再生能源需求的快速增长。当前，我国传统电力系统正向清洁低碳、安全可控、灵活高效、开放互动、智能友好的新型电力系统演进。
2、长久以来，传统电网基于同步电机建立起的同步机制与调节机制共同维持系统的安全稳定运行。清洁能源的快速建设，给电网的安全稳定运行带来诸多挑战。当前我国风光资源与负荷需求呈逆向分布局面，西北风光资源富庶区域的清洁能源主要依靠直流跨区输送的方式来满足中东部负荷中心的需求。其电网“条状”分布的形态和线路长的特性导致在集中并网时缺乏网间调节能力。我国风光资源富集区域多邻近电网末端，新能源场站送出并网点短路比普遍较低。短路比是衡量电源接入点并网强度的重要指标，低短路比并网的新能源电站发生次同步振荡、电压失稳等稳定性问题的风险较高，进而引起弃风、弃光等不利于新能源消纳的局面。此外，新能源风电场站不具备快速电网频率调节能力，随着风电新能源装机容量的增加，电网的频率稳定将面临严峻挑战，严重情况下会导致新能源机组限制出力，甚至大面积脱网，影响发电效率和电网安全。新能源并网控制是保障新型电力系统稳定运行的关键。
3、风机在运行过程中，蕴含大量旋转动能，来源于由风轮机、轮毂、转轴以及发电机转子。其旋转动能中的“隐含惯量”对于整个电网的惯量几乎没有贡献，降低了电网的频率响应，在风电渗透率的不断提高时，这种影响会更加严重。风机添加虚拟转动惯量控制环节可使风机提供短时调节出力。在频率变化时，通过风机转子动能的改变来模拟与同步机类似的惯性常数和暂态频率响应特性，吸收或释放转子动能转化为电磁功率，能以快速响应系统频率的暂态变化，减缓了扰动下系统频率的变化速率。研究大型风力发电机组虚拟惯量支撑技术是解决高比例新能源电网安全稳定运行难题、构建高比例新能源电力系统的有效途径，也是提升电网支撑能力的重要手段。
4、bladed是一个用于风力发电机组气动模拟的建模工具软件，bladed使用复杂的数学和物理模型，考虑了风速、风向、气候条件、涡轮机设计参数等因素，以模拟风机在各种工作条件下的性能表现。pscada(pscad/emtdc)是在风电领域广泛使用的电磁暂态仿真软件，emtdc是其仿真计算核心，pscad为emtdc提供图形操作界面。
5、搭建实时仿真模型是研究风电机组群虚拟惯量支撑协调控制方法的重要途径，然而国内外专家和学者针对风电机组群虚拟惯量支撑协调仿真建模的研究大多数集中在电磁暂态仿真方向上，并使用了主流的磁暂态仿真软件。然而风电机组是一个包多时间尺度强耦合的复杂动力学系统，时间上包括较慢的气动特性及很快的电磁暂态，风力发电系统的模型包括风场模型、机械模型、气动模型与电气模型，此外还有包括气弹耦合、机电耦合以及机械模态之间的耦合。国内外大部分专家和学者在研究电磁暂态特性时，对风机气动模型以机械模型一般做了简化处理，这会影响仿真的结果。少部分专家和学者在搭建风机整体模型时，采用了基于bladed建立风机本体气动模型以机械模型的方法，然后与电磁暂态仿真软件的电气模型进行通信实现联合仿真。
6、例如行业内普遍使用bladed软件内置的hardware test硬件测试模块实现bladed与外界的数据交互，且需要使用与bladed的hardware test硬件测试模块通讯协议兼容的特定型号的plc进行数据采集与通讯。例如，bladed软件的hardware test模块支持ads通讯协议，国内一般都选择倍福beckhoff厂家plc作为通讯plc。这限制了搭建仿真平台时的plc设备选型范围，且增加plc会增加整个系统数据流向所经过的环节，增加了系统的复杂程度。针对hardware test模块需要单独下载并配置plan文件，但plan文件配置较为繁琐，出错误时无明显提示，致使整个测试环境搭建与操作较为复杂。再者hardware test为bladed选配模块，使用是需要额外购买，这进一步提高了系统搭建与使用的成本。
7、此外，关于以上电磁暂态仿真与bladed软件联合仿真方法，国内外专家和学者大多数聚焦在单个风机的仿真与验证工作，即基于bladed软件搭建单台风机的模型。然而在一个风电场中，在风电场风机对电网的影响层面，并非是单台风机绝对的，而是风电场内的多台风机共同运行决定的。且在实际风电场中，由于单台风电机组的容量较小，单台风电机组对电网的影响程度有限，因此，风电机组对电网的虚拟惯量支撑需要从风电场多台风机组成的风电机组群这一层次进行研究。但在bladed软件内建立多台风机模型并进行大量仿真计算耗时较长，且涉及到实时任务调度、数据同步、大规模算力调度、峰波谷期的弹性供应成本以及it自动化和智能化要求问题。
技术实现思路
1、发明目的：本发明目的在于提供一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，通过多台风电机组的bladed模型与pscad之间通过实时数据库进行通讯和数据交互，实现风电机组群联合仿真平台完整的实时闭环控制。
2、技术方案：本发明包括：基于bladed建立风机的风场模型、机械结构模型与气动模型；基于pscad系统建立风机的电气模型，基于服务器运行实时数据库及风机主控单元；多台风电机组的bladed模型与pscad之间通过实时数据库进行通讯和数据交互，实现风电机组群完整的实时闭环控制。
3、所述bladed仿真运行时加载外部控制器，外部控制器为dll动态链接库，bladed通过dll动态链接库与外进行数据收发交互。
4、所述基于pscad系统建立风机的电气模型，基于服务器运行实时数据库及风机主控单元，具体为：基于pscad内部封装的多个公用数组及对应的访问指针与实时数据库提供的sdk数据接口编写通信接口lib库文件，供emtdc内核计算程序调用，实现从pscad到实时数据库的采样值数据采集，以及实时数据库到pscad的控制指令的写入。
5、所述通信接口lib库文件使用c语言编译，通信接口lib库文件与emtdc内核计算程序数据接口的实现依赖于内部封装的多个公用数组及其指针。
6、所述电气模型使用到的数组进行模块化封装。
7、所述实时数据库为主从冗余数据库，在仿真运行期间，两个数据库之间进行数据同步。
8、所述风电机组群内多个风机对应的bladed模型分布式部署运行于云服务器集群上。
9、所述bladed、实时数据库、pscad之间均为双向流动，实时数据库与风机主控单元之间为数据双向流动。
10、所述风机主控单元通过实时数据采集由bladed及pscad传递来的风电设备实时数据，风机主控单元通过实时数据库向bladed及pscad下发控制指令。
11、一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真系统，包括pscad仿真模块、服务器及bladed仿真模块；pscad仿真模块用于建立风机的电气模型；bladed仿真模块用于建立风机的风场模型、机械结构模型与气动模型；服务器内运行实时数据库、各台风机的主控算法以及整个风电机组群的协调控制算法。
12、有益效果：本发明具有以下优点：
13、(1)基于gh bladed、pscad与实时数据库搭建精准的风电机组群虚拟惯量支撑联合实时仿真平台；基于pscad内部封装的4个公用数组及对应的访问指针与实时数据库提供的sdk数据接口编写通信接口lib库文件，供emtdc内核计算程序调用，实现了基于pscad的源代码级闭环仿真模型的搭建及风电机组的电磁暂态分析；
14、(2)使用dll动态链接库替代bladed的hardware test作为对外通讯的方式，在联合实时仿真平台中避免使用plc，降低仿真系统的使用成本，简化了操作流程，提高了系统的应用范围；
15、(3)多台风电机组的bladed模型分布式部署运行于集群服务器上，使用多线程并行计算方式提高仿真速度；
16、(4)多台风电机组的bladed模型与pscad之间通过实时数据库进行通讯和数据交互，最终实现了风电机组群联合仿真平台完整的实时闭环控制；为研究风电场风电机组群虚拟惯量支撑协调控制及并网特性，解决高比例新能源电网安全稳定运行难题、构建高比例新能源电力系统、提升电网支撑能力提供了一种有益的方法与重要手段。
1.一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述通信接口lib库文件使用c语言编译，通信接口lib库文件与emtdc内核计算程序数据接口的实现依赖于内部封装的4个公用数组storf、stori、storl、storc及其指针nstorf、nstori、nstorl、nstorc；数据流向为pscad可视化界面、emtdc内核计算程序、通信接口lib库文件、实时数据库sdk数据接口、实时数据库，数据均为双向流动；对每台风机的电气模型使用到的以上数组进行模块化封装，模块支持扩展。
3.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述实时数据库为主从冗余数据库，在仿真运行期间，两个数据库之间进行数据同步。
4.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述服务器上运行的风机主控单元运行风机主控算法，负责控制风机执行启停、并网、保护、监测、故障诊断、偏航、变桨、变流器功率指令、停机的一系列相应动作；风机主控单元控制算法至少应包括风机运行状态切换、自动启动、事故停机、变桨控制、功率控制、自动与手动偏航控制、自动与手动解缆、超速停机、手动停机、故障记录、事故追忆、发电机状态监测与机组振动监测。
5.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：bladed传给pscad的数据至少应包括发电机转速与实际有功功率；pscad传给bladed的数据至少应包括实时电磁转矩；pscad传给主控单元的数据至少应包括发电机转速与实际有功功率、实际无功功率、高低穿信号；bladed传给主控单元的数据至少应包括风速、风向、实际桨距角、叶轮转速、电机转速、机舱角度、机舱振动加速度、偏航极限、叶根挥舞弯矩与摆振弯矩、实际模拟步长；主控单元传给bladed的控制指令至少包括目标桨距角以及停机出口信号；主控单元传给pscad的控制指令至少包括目标电磁转矩、无功功率指令。
6.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：基于bladed软件建立风机的风场模型、机械结构模型与气动模型，风场模型包括风速模型，风速模型包括正常风况与极端风况、定常工况及3d湍流风工控，风速分布符合锐利分布函数和威布尔分布函数；气动模型及机械结构模型包括风力机叶片气动模型、气弹模型、塔架模型、机舱模型、轮毂模型、传动系统模型。
7.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述电气部分模型具体涉及发电机、变流器、网侧滤波器、变压器、线路、故障模拟电路、电网，所述电气部分模型通过可视化编程模拟电网环境、变流器拓扑的情况。
8.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述风机主控单元采用模块化开发方式，功能模块即插即用，支持热插拔；至少应包括逻辑判断模块、故障保护模块、整机的协调控制模块、整机的控制模块；风机主控单元包含的模块支持扩展。
9.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述风机主控单元运行状态包括初始化、停机、待机、启动、冲转、并网与服务检修状态。
10.如权利要求1所述的一种风电机组群虚拟惯量支撑协调控制实时联合仿真方法，其特征在于：所述风机主控单元控制算法还包括初最大功率跟踪、恒功率运行、恒转速运行、低电压穿越、有功功率调节、无功功率调节。
