背景介绍

为实现“双碳”目标，加快推进能源转型、构建以新能源为主体的新型电力系统势在必行。而风电场作为新型电力系统重要组成部分，随着并网运行的风力发电穿透率不断提升，对风力发电的研究重点逐渐从风力发电机的电能质量转移到了由并网风机所引起的电网运行稳定性问题上。

而基于MT 8020具有超强CPU计算能力特点，单CPU核可以在50us的步长下仿真完整的6台双馈风机模型（包括网侧、机侧矢量控制，变桨功能等），采用MT 8020对风电场进行实时仿真测试不仅可以精确模拟风电场运行工况，还能大幅提高科研人员研发、测试的效率。

风电场等效建模

风电场往往由几十台甚至上百台风电机组构成，如果对每台风电机组都进行单独建模，则会大大增加电力系统仿真模型的复杂度和仿真计算时间，甚至面临“维数灾”问题。为了解决这个问题，需要对风电场建立动态的等值模型，来减少仿真计算时的计算资源消耗。

针对该问题的研究思路主要有两种：

1、在已知风电场所采用风电机组型式的前提下，根据风电场的外特性，采用单机或多机等值方法来得出风电场的等效模型，并使用一些智能算法找出风电场等效模型的参数；

2、通过详细分析风电场内的各风电机组运行状况以及结线方式，再根据机组的运行状况合理分群后，运用合理的等值方法，得出该风电场聚合模型的各个参数。

其中如何针对风电场中的风机进行聚类等效是风电场等效建模关键问题，比如以风速作为唯一特征的风机聚类：风机按照主风向整齐排列，风机风速排布规律，可将每一行/列的风机视为一个等效单元；或者以风电场中每条馈线上多个风机等值为1台风机。

如下为以每条馈线进行等值的某风电场等效模型图：

风电场等值模型

其中这48台风电机组分布在6条35kV馈线上，其中每台风电机组首先经过37kV/ 0.69kV箱式变压器升压，然后6 条主集电线路汇聚到35kV分段母线上，经两台容量为50 MVA 的115kV/37kV 升压变压器升压后，按扩大单元接线方式汇聚到送出母线上，再由长度为50 km的架空线路送出，接入到短路容量为3000 MVA的电网中。

MT 8020风电场实时仿真

风电场模型搭建

如下图为风电场离线仿真模型，根据上述的风电场等值模型介绍，将每条馈线上的双馈风机等值为一个双馈风机模型，再由升压变压器汇集到25kV母线上，最后经120kV /25 kV 升压变压器送入电网。

风电场离线仿真模型

MT 8020 CPU实时仿真测试

基于MT 8020超强CPU实时仿真能力，将上述含6台双馈风机模型、6个双馈风机控制、变压器以及线路等元件的风电场算例进行编译并下载至MT 8020单核CPU中，以50us步长进行CPU实时仿真。下面重点介绍不同风速下以及电网电压跌落两种工况下风电场运行状况。

1）不同风速工况

如下图分别为不同风速工况下风电场离线仿真与实时仿真波形图，其中图一(a-d)为风速为15m/s工况下风电场离线仿真与实时仿真波形：

图一（a）:风机并网点电压电流离线仿真波形

图一（b）:DFIG转子离线仿真电流波形

图一（c）:风机并网点电压电流实时仿真波形

图一（d）:DFIG转子实时仿真电流波形

图二(a-d)为风速为10m/s工况下风电场离线仿真与实时仿真波形：

图二（a）:风机并网点电压电流离线仿真波形

图二（b）:DFIG转子离线仿真电流波形

图二（c）:风机并网点电压电流实时仿真波形

图二（d）:DFIG转子实时仿真电流波形

由图一(a-d)和图二(a-d)可知，不同风速下离线仿真与实时仿真结果基本一致，在风速变小时，风机输出的功率变小（电流幅度变小），同时在风速发生变化时候，为了最佳汲取风能，电机的转速也发生了对应的变化，为了补偿这个转速的变化，DFIG转子的励磁电流频率有了相应的变化，来实现DFIG的一个变速恒频的运行。可以看到利用MT 8020可以较好的模拟不同风速工况下风电场运行状况。

2）电网电压跌落工况

下图为电网电压跌落50%工况下风电场离线仿真与实时仿真波形图。由图可知，电网电压跌落工况下离线仿真与实时仿真结果基本一致，利用MT 8020可以较好的模拟电网电压跌落工况下风电场运行状况。

图三（a）：风机并网点离线仿真电压电流波形

图三（b）：风机并网点实时仿真电压波形

图三（c）：风机并网点实时仿真电流波形

MT 8020电力超算性能的CPU应用方向

◆ 新能源场站仿真

快速实现新能源场站模型实时化，精确模拟新能源场站实际运行状况、助力研究高比例新能源接入将对电网安全运行和新能源消纳带来的影响。

◆ 智能配电网系统仿真

快速搭建智能配电网系统实时仿真模型，精确模拟智能配电网中源网荷载各种运行状态，助力验证智能配电网系统的可靠性、适应性和安全性。

◆ 船舶微电网仿真

快速搭建船舶微电网实时仿真模型，精确模拟船舶微电网中新能源、柴发电机以及各种负荷运行状态，助力验证船舶微电网中各系统之间协调控制策略可行性。