电力系统机网协调仿真模型中电厂与电网间的通讯方法

摘要

一种电力系统机网协调仿真模型中电厂与电网间的通讯方法：S1电厂动力系统仿真器把汽轮机输出机械功率PM通过通信接口发送给电网实时数字仿真器RTDS；S2电网实时数字仿真器RTDS计算出发电机转子转速ω、发电机输出电功率PE以及发电机端电U；S3电网实时数字仿真器RTDS将步骤S2所得通过通信接口发送给电厂动力系统仿真器。本发明可以实现火电厂动力系统与电网系统的机网联合仿真，以便建立机网协调实验室平台，并对电厂和电网的特性进行研究，分析调速器等电厂控制设备与励磁调节器、继电保护等电气控制装置之间的相互影响。

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真模型间的通信方法，尤其是涉及一种电力系统机网协调仿真模型中 电厂与电网间的通讯方法。具体而言就是电厂动力系统仿真器与电网实时数字仿真器RTDS 之间的数据交互方法。

背景技术

在电力系统的发展过程中，电力系统仿真一直发挥着极其重要的作用。利用仿真可以对 未来电力系统项目的可行性进行研究，预测系统未来的性能和可能存在的瓶颈。仿真同样能 够有效地分析电网中实际发生的故障情况，并制定正确的保护和限制措施。利用仿真也可以 对电网进行优化，有效地提高系统运行的经济性和可靠性。

电力系统仿真是根据原始电力系统建立相应模型，并进行计算和实验，研究电力系统在 特定时间内的动态行为和运行特性。电力系统仿真可以把复杂系统的运行放在实验室中进 行，具有良好的可控性、无破坏性和经济性等优点。电网实时数字仿真器RTDS作为电磁暂 态实时分析工具，仿真精度高，速度快，可做到精细化仿真。对于含有大功率高电压的电力 电子器件的复杂网络，电网实时数字仿真器RTDS是有力的仿真工具。

由于目前厂网协调仿真平台的缺乏，造成电网实时数字仿真器RTDS仿真系统与电厂动 力系统仿真器分别独立工作，不能完成通讯进而实现厂网联合仿真，缺乏数据的实时性和仿 真的真实性。

因此，电力系统需要能够实现机网协调仿真的平台工具，本发明通过通讯手段将两者联 合起来，进而进行系统仿真分析与计算，实现厂网联合仿真。这可以为火电厂动力系统的精 确建模提供数据并能与电网数字仿真器RTDS联合仿真，更具有实际意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提拱一种电力系统机网协调仿真模型中电厂与电网间 的通讯方法，实现电厂动力系统仿真器与电网实时数字仿真器RTDS之间的数据交互，且数 据的实时性和仿真的真实性都得到有效保证，实现厂网联合仿真。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电力系统机网协调仿真模型中电厂与电网间的通讯方法，其特征是：包括以下步 骤：

S1电厂动力系统仿真器把汽轮机输出机械功率P_M通过通信接口发送给电网实时数字仿 真器RTDS；

S2电网实时数字仿真器RTDS根据公式（1）、公式（2）和公式（3）计算出发电机转 子转速ω、发电机输出电功率P_E以及发电机端电U；

$\omega =\frac{\mathrm{d\theta }}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$P_E=P_M-\frac{T_J}{{\omega }_0}·\frac{\mathrm{d\omega }}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$U=\frac{P_E}{I}---\left(3\right)$

式中，T_J为发电机组的惯性时间常数，θ为转子的机械角位移，t为时间，I为发电机电 流；

S3电网实时数字仿真器RTDS将步骤S2所得通过通信接口发送给电厂动力系统仿真 器；

所述的电网实时数字仿真器RTDS与电厂动力系统仿真器之间的通信接口，具体通过模 数转换或数模转换A/D-D/A卡或RTDS的GTNET卡实现，RTDS仿真系统与外界设备的数 据交互通过RTDS/GTNET卡进行，采用DNP3.0(Distributed Network Protocol)规约；在原有 RTDS模型基础上搭建DNP模型，并为每个DNP模型绑定RTDS-DNP点映射文件。

通过上述方法实现火电厂动力系统与RTDS电网数字仿真器之间的通信与数据交换，从 而实现厂网联合仿真并分析调速器等电厂控制设备与励磁调节器、继电保护等电气控制装置 之间的相互影响。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：解决了目前厂网联合仿真的通讯难题，使之 应用于厂网联合仿真，可以克服只能单独模拟电网和电厂的运行情况的难题，更好地实现了 电网和电厂运行状况的仿真，具有更高的可靠性和真实性。

附图说明

图1为电网实时数字仿真器RTDS与电厂动力系统仿真器之间的接口示意图；

图2为电网实时数字仿真器RTDS中同步发电机接口示意图；

图3为电网实时数字仿真器RTDS模型基础上搭建的用于通信的GTNET-DNP模型；

图4为实施例中发电机侧机械转矩T_M的变化曲线；

图5为实施例中发电机转子转速ω的变化曲线；

图6为实施例中三相电流的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，本发明的电力系统机网协调仿真模型中电厂与电网间的通讯方法，包括以下 步骤：

S1电厂动力系统仿真器把汽轮机输出机械功率P_M通过通信接口发送给电网实时数字仿 真器RTDS；

S2电网实时数字仿真器RTDS根据公式（1）、公式（2）和公式（3）计算出发电机转 子转速ω、发电机输出电功率P_E以及发电机端电U；

$\omega =\frac{\mathrm{d\theta }}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$P_E=P_M-\frac{T_J}{{\omega }_0}·\frac{\mathrm{d\omega }}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$U=\frac{P_E}{I}---\left(3\right)$

式中，T_J为发电机组的惯性时间常数，θ为转子的机械角位移，t为时间，I为发电机电 流；

S3电网实时数字仿真器RTDS将步骤S2所得通过通信接口发送给电厂动力系统仿真 器；

所述的电网实时数字仿真器RTDS与电厂动力系统仿真器之间的通信接口，具体通过模 数转换或数模转换A/D-D/A卡或RTDS的GTNET卡实现，RTDS仿真系统与外界设备的数 据交互通过RTDS/GTNET卡进行，采用DNP3.0(Distributed Network Protocol)规约。

参见图3，为实现RTDS与软件平台所在工作站的交互与通信，需要在原有RTDS模型 基础上搭建DNP模型，并为每个DNP模型绑定RTDS-DNP点映射文件。

电力系统中的发电机和汽轮机通过转子连接在一起，电厂动力系统仿真器计算汽轮机输 出机械功率P_M，发送给RTDS中的发电机模型，RTDS计算出发电机转子转速ω、发电机 输出电功率P_E后在送给电厂动力系统仿真器。如图2是RTDS的发电机接口模型，其用于 接收火电厂动力系统提供的机械功率P_M，以及能够向动力系统侧反馈发电机的电磁功率P_E以及发电机的转速ω。

RTDS仿真系统与外界设备的数据交互通过RTDS/GTNET卡进行，采用的是DNP3.0规 约。为实现RTDS与软件平台所在工作站的交互，在原有RTDS模型基础上搭建DNP模 型，并为每个DNP模型绑定RTDS-DNP点映射文件。RTDS的GTNET卡是专门为测试数 字化保护等智能设备而设计，支持DNP3.0规约，一个GTNET卡可以同时与外部5个智能 装置通信。

基于统一的机网协调实验室平台可以同时对电厂和电网的特性进行研究，分析调速器等 电厂控制设备与励磁调节器、继电保护等电气控制装置之间的相互影响。

下面为利用上述火电厂与电网实时数字仿真器接口的仿真实例，实例对单机无穷大系统 进行输电线路发生单相接地故障的仿真。

火电厂的汽轮机输出的机械功率P_M通过电网实时数字仿真器RTDS与电厂动力系统仿 真器之间的接口传送到电网实时数字仿真器RTDS发电机模块，以机械转矩T_M的形式作用 于发电机转子，同时电网实时数字仿真器RTDS侧发电机的转子转速ω通过电网实时数字仿 真器RTDS与电厂动力系统仿真器之间的接口传送到火电厂动力系统侧，用于动力系统侧进 行调速控制，维持汽轮机转子转速保持恒定。

仿真结果如图4、图5、及图6所示。其中图4为发电机侧机械转矩T_M的变化曲线；图 5为发电机转子转速ω的变化曲线；图6为输电线路故障侧三相电流的变化曲线。

由仿真结果可见，机网协调仿真系统能够稳定运行，仿真结果能够体现实际电力系统的 运行状况，火电厂与电网实时数字仿真器接口运行良好，能够较好的实现火电厂与电网实时 数字仿真器RTDS的联合仿真。