成功案例
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连接到 2 kV 配电系统的 25 MW 光伏发电场模型多核并行实测
一、概述
新能源场站和区域电网作为复杂且具有动态特性的大规模电力系统，需要实时仿真测试来验证其性能、稳定性和响应能力。在这种背景下，多核并行仿真运算显得尤为重要。多核并行仿真能够同时处理电力系统的复杂模型，加速仿真过程，实现接近实时的模拟，以更准确地模拟系统的动态特性和多样情况。这种方法能够验证控制策略、应对能源波动和需求变化，模拟故障情况，同时为电力系统的优化和性能提升提供支持，使新能源电力系统能够更高效、稳定地运行，并为未来的发展做好准备。
灵思创奇Links-SuperBox 实时仿真机，搭载高性能的志强金牌双CPU（单CPU8核），16核32线程主频3.9G，最高支持32核扩展，搭配可选的Simulink可编程FPGA，CPU仿真器作为大规模复杂电力系统电磁暂态仿真并行处理仿真计算，FPGA仿真器计算微秒级以下的高频电力电子器件仿真，同时用作连接外部设备与CPU仿真器之间的接口单元，可实现大规模电力系统多核并行仿真运算。
二、应用示例
2.1模型介绍
光伏发电系统模型包括两个光伏阵列（光伏阵列1和光伏阵列2在1 W/m5太阳辐照度和电池温度为500°C时分别可产生1000.2 MW和25 kW的功率），升压转换器，MPPT系统，直流母线，三电平NPC转换器，直流稳压器，无功功率调节器和耦合变压器。光伏阵列转化太阳能为电能，经过多个阶段的转换和控制，最终将电能连接到电网。系统优化功率提取、稳定电压和控制功率因素，实现高效光伏发电和电网互联，电网模型由典型的 25 kV 配电馈线和 120 kV 等效输电系统组成。
图1 总体结构
图2 光伏阵列模型
图3 电网模型
2.2系统拆分多核并行运算
为了提高计算效率、精确分析问题、验证控制策略以及适应为来更复杂电力系统的需求，我们通常将复杂的电力系统模型分解为更小、更可管理的部分。并分别运行在各个CPU仿真核中。
1）模型拆分成两部分，添加输入输出接口后编译成可执行文件
图4 模型拆分
图5 模型编译
2）建立仿真工程，用户只需一键导入系统分割编译后的文件，分配运行核心，进行接口映射，即可实现大系统多核并行仿真，其中每个模型仿真步长25us。
图6 分配运行核心
图7 接口映射
2.3仿真结果对比
由图8-图11可见，正常工况下系统电压、电流稳定，该系统simulink仿真与实时仿真结果一致，灵思创奇实时仿真机可以较好模拟电力系统实际运行状况。
1）25kV三相电网电压仿真结果对比
图8 Simulink仿真波形
图9 多核并行实时仿真波形
2）25kV三相电网电流仿真结果对比
图10-1 Simulink仿真波形(a)
图10-2 Simulink仿真波形(b)
图10-3 Simulink仿真波形(c)
图10-4 Simulink仿真波形(d)
图11-1 多核并行实时仿真波形(a)
图11-2 多核并行实时仿真波形(b)
图11-3 多核并行实时仿真波形(c)
图11-4 多核并行实时仿真波形(d)
图12 实时仿真任务执行时间统计