随着我国风电装机容量的快速增长，风电的渗透率越来越高，而其出力的随机性、不确定性和间歇性导致系统的功率波动进一步扩大，给电网的安全稳定运行带来了诸多新的挑战。考虑到风电送出的实际情况，搭建一套考虑大规模分布式风电场经直流外送并网精准并且有效的测试与验证平台，可以方便的开展关于风电场的规划、消纳能力、次同步振荡、虚拟同步及优化调度等问题的深入研究，探索“源–网–荷”灵活互动与自主交互模式，解决大规模风电场友好并网的问题。
该系统方案结合了科梁公司RT-LAB及Hypersim两大旗舰实时仿真平台的优势，其中借助HyperSim强大的大规模电力系统仿真能力和优势以仿真传统直流及特高压直流输电，而借助RT-LAB特有及专业的电力电子仿真能力模拟大规模分布式风电场，考虑合适的解耦位置，两者通过高速光纤通讯进行自然解耦，从而完成大规模分布式风力发电经直流外送并入大电网场景的精准而有效的实时仿真模拟，开展系统级的关键技术问题研究。
组成与原理
该系统分为RT-LAB及Hypersim两大仿真平台，各个仿真平台主要包括多核CPU、多FGPA扩展及开发主机。其中CPU为主要的计算单元，可以完成较大规模新能源风场模型、传统直流及特高压直流模型的计算、CAN通讯、串口通讯、TCP/IP、IEC61850通讯等多种不同的通讯实现，而FPGA具备高速的硬件计算能力，主要负责一些高精度的模型计算、高速的IO及光纤通讯管理，CPU与FPGA采用了高速的PCIe总线进行实时的通讯，同时也可以通过该总线扩展一些PCIe扩展装置。各自的开发主机则完成不同平台的模型开发、离线验证、实验管理、数据管理及模型运行监控等。
此两大平台基于由OPAL-RT开发的同一套硬件平台，可以方便的实现两大仿真平台的互联，同时也可以单独的完成各自的仿真任务。
图1 系统组成示意图
功能与规格
该应用方案包括的主要设备、功能及主要指标如下表所示。
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高性能仿真机 |
功能 |
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OP5600 |
大电网及高压直流仿真 |
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OP5707 |
风场模型配置及数据交互 |
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互联及部分风场模型 |
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OP5607 |
直流控保与实时仿真口装置 |
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分布式风场模拟 |
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Dolphin转换机 |
扩展OP5607 |
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工作站 |
传统直流开发调试环境 |
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分布式风场开发调试环境 |
其中RT-LAB侧OP5607可以根据需要仿真风场详细值的台数而配置不同的数量。一台Dolphin转换机可以最多扩展8台OP5607，如果需要仿真更多风机详细值模型也可以配置多个Dolphin转换机。
应用方案
该应用方式为采用详细值风场模型，模拟大规模分布式风力发电通过特高压直流输电并入大电网的场景。为了更加精确的模拟该场景，采用了RT-LAB与HYPERSIM联合仿真的方案，如此可以充分的利用各自在电力电子领域和电力系统仿真的优势，实现单一平台无法或者很难精确模拟的场景，与此同时为了获得更加可靠的仿真精度与结果，系统采用了接入多台风机控制器和传统直流控制保护装置的半实物仿真方案。该应用方案系统具有层次清晰、扩展性强、功能具体等诸多优势，并且通过联合仿真，可以对实际中很多难以解决或描述的问题进行更为精确的仿真分析和研究。
图2 大规模分布式风力发电系统应用示意图
