[发明专利]一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台及仿真方法

说明书

本公开提出了一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台及仿真方法，包括：实时主机及实时数字仿真器RTDS；所述实时主机中运行有适用于实时操作系统的OpenFAST软件、运行在实时线程下的实时控制器以及开源实时网络协议栈RTnet；所述OpenFAST软件中建立风机相关的各种模型；所述RTDS中建立有风电机组的电气部分模型，其中采用RTDS模拟变流器的开关动态与发电机的电磁暂态；OpenFAST软件与实时控制器两者之间采用共享内存变量方式进行数据交互，实时主机通过RTnet与RTDS之间进行实时双向通信，构成完整的闭环仿真。本公开使用开源的实时操作系统扩展、开源的已经通过GL认证的OpenFAST软件、开源的实时网络协议框架，能够在保证仿真精度的条件下极大的降低平台成本。

技术领域

本公开涉及风能仿真技术领域，特别是涉及一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台及仿真方法。

背景技术

目前已存在的风能转换系统仿真技术中，仍缺乏一种采用硬实时操作系统和数字协议接口的具有硬实时性能的联合仿真平台。

已有中国专利CN102749853A，公开了一种风电机组整机控制半实物仿真平台。该平台基于dSPACE构建了风机气动模型，并通过与小功率样机相结合实现了一个小功率对拖平台。此半实物平台能够模拟电磁暂态对机械部分造成的动态影响，反之亦然。但此实验平台由于其小功率样机的限制，无法模拟大功率风电机组的运行工况。其风机气动模型部分通过dSPACE实现,不如OpenFAST软件精细，且未考虑塔架柔性以及叶片等机械部分模型。

已有中国专利CN106980272A，公开了一种风电机组控制系统硬件在环模拟及测试平台。该专利中基于GH Bladed与RTDS构建了实时联合仿真平台，该平台能够捕捉风能转换系统的完整动态。但是该专利中采用中间通信PLC作为GH Bladed和RTDS的接口。首先，Bladed与通信PLC采用异步通信协议进行通信，这容易导致平台间数据交互不能在一个采样步长内正确进行。其次GH Bladed和RTDS之间的交互数据需要经过通信PLC进行，这会导致两个仿真交互数据的延迟较高，容易对仿真精度产生影响。另外，此仿真平台采用商业软件GH Bladed，成本较高。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，采用开源的风机仿真软件OpenFAST，降低了建立平台的成本。采用运行于实时操作系统中的OpenFAST与RTDS进行联合仿真，并利用实时网络协议建立OpenFAST与RTDS之间直接数据交互的接口，降低数据交互延迟，增强仿真精度。

本说明书实施方式提供一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，通过以下技术方案实现：

包括：实时主机及实时数字仿真器RTDS；

所述实时主机中运行有适用于实时操作系统的OpenFAST软件、运行在实时线程下的实时控制器以及开源实时网络协议栈RTnet；

所述OpenFAST软件中建立风机相关的各种模型；

所述RTDS中建立有风电机组的电气部分模型，其中采用RTDS模拟变流器的开关动态与发电机的电磁暂态；

OpenFAST软件与实时控制器两者之间采用共享内存变量方式进行数据交互，实时主机通过RTnet与RTDS之间进行实时双向通信，构成完整的闭环仿真。

进一步的技术方案，所述实时主机通过Xenomai实时扩展程序将原生的Linux操作系统扩展为硬实时操作系统，通过为OpenFAST软件编写实时调度代码来实现OpenFAST软件在实时主机上实时运行。

进一步的技术方案，通过在实时主机中开辟新的实时线程来调度风机控制器的运行，保证风机控制器运行在硬实时条件下。