基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统及展示方法

摘要

基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统及其展示方法，展示系统设置有建立交直流电网模型的仿真工作站、实时数字仿真器、规约转换卡、交换机及电网特性展示装置；实时数字仿真器通过规约转换卡、经过交换机向电网特性展示装置输出模拟量和数字量，电网特性展示装置经交换机、通过规约转换卡向实时数字仿真器返回操作控制命令。还有暂态数据处理单元，暂态数据处理单元设置有暂态数据提取单元和转换单元，电网特性展示装置设置有暂态数据库、变量数据库、查找匹配单元和回放展示单元。本发明能够实现稳态数据和暂态数据等电网运行特性的直观展示，性能可靠，简单实用。

说明书

技术领域

本发明涉及交直流电网技术领域，特别涉及一种基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统及其展示方法。

背景技术  

随着高压直流、串联补偿、SVC、STATCOM等大功率电力电子技术的广泛应用，以及风力发电、储能等清洁能源的逐步推广，电网的运行特性变得更为复杂，可能出现的交直流电网事故也将更为多样，网内大机组、大容量高压直流和FACTS装置的控制特性对事故的恢复至关重要。

大系统安全稳定问题突出，对调度人员、运行和维护人员专业素质和运行经验的要求也越来越高。传统的静态安全分析方法、动态潮流算法、机电暂态仿真、调度员培训系统DTS不能反映大功率电力电子设备快速变化的电磁暂态过程，缺少控制保护装置对电网稳定影响的真实反映，已不能满足如今复杂电网的安全评估和培训演练需要。

面对当前复杂电网，需要利用最新的电网仿真技术，建立交直流复杂大电网模型，对交直流电网相互作用、大功率电力电子设备和新能源设备的响应特性、控制保护的动作特性等进行精确仿真，并将大电网特性真实展示出来，为科研人员和调度运行人员提供较为精确的研究和培训演练平台。

但是，现有技术中没有这种能够对交直流复杂电网运行特性进行模拟展示的系统，因此，针对现有技术不足，提供一种基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统及其展示方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便、灵活，可精确反映交直流电网运行特性的基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统。

本发明的上述目前通过如下技术手段实现：

提供基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统，设置有建立交直流电网模型的仿真工作站、实时数字仿真器、规约转换卡、交换机及电网特性展示装置；

所述仿真工作站通过以太网络与所述实时数字仿真器连接，所述实时数字仿真器与所述规约转换卡双向连接，所述规约转换卡与所述交换机双向连接，所述交换机与所述电网特性展示装置双向连接；

所述实时数字仿真器通过规约转换卡、经过交换机向所述电网特性展示装置输出模拟量和数字量，所述电网特性展示装置经交换机、通过规约转换卡向所述实时数字仿真器返回操作控制命令。

上述实时数字仿真器为RTDS实时数字仿真器。

上述规约转换卡为DNP通信规约的通信卡，用于实时数字仿真器与外部装置进行数据连接。

上述电网特性展示装置为EMS能量管理系统。

上述电网特性展示装置设置有解析单元、映射单元及稳态数据库，所述交换机输送的数据经解析单元解析，再经映射单元进行数据映射处理后存储于稳态数据库，电网特性展示装置根据稳态数据库的数据将实时数字仿真器的稳态数据进行展示。

上述基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统， 还设置有暂态数据处理单元，所述暂态数据处理单元分别与所述实时数字仿真器和所述电网特性展示装置双向连接；

所述暂态数据处理单元设置有暂态数据提取单元和转换单元，所述电网特性展示装置设置有暂态数据库、变量数据库、查找匹配单元和回放展示单元。

所述暂态数据提取单元的输入端与所述实时数字仿真器连接，所述暂态数据提取单元的输出端与所述转换单元的输入端连接，所述转换单元的输出端与所述暂态数据库的输入端连接，所述暂态数据库分别与所述查找匹配单元和所述回放展示单元双向连接，所述查找匹配单元与所述变量数据库双向连接；

所述暂态数据提取单元提取所述实时数字仿真器的暂态数据，并将所提取的暂态数据输入至所述转换单元，经转换单元转换后的数据输入并存储于所述暂态数据库；

所述查找匹配单元查找变量数据库与暂态数据库中的对应变量，由变量数据库赋给暂态数据库相同的key值，实现变量数据库与暂态数据库的关联，暂态数据库中需要展示的变量通过回放展示单元进行回放和展示。

本发明的另一目的在于提供一种简单、方便的基于RTDS的交直流电网运行特性展示系统的交直流电网运行特性的展示方法。

本发明的上述目前通过如下技术手段实现：

提供一种采用上述基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统的展示方法，电网稳态数据的展示，包括如下步骤：

（1）根据交直流电网的一次系统参数，在实时数字仿真器中选择基础模型，输入对应的一次系统参并按照实际电网拓扑结构搭建交直流电网一次系统数字仿真模型；

（2）在实时数字仿真器上设置DNP协议输出通道，每一个通道对应一个规约转换卡，在每个通道上配置所要展示的模拟量和数字量点表；

（3）设置规约转换卡及交换机的参数，使实时数字仿真器与电网特性展示装置双向通信；

（4）在电网特性展示装置上配置DNP通道，接收所述交换机输送的来自所述实时数字仿真器的数据，并由DNP通道通过交换机经规约转换卡向所述实时数字仿真器返回操作命令，实现实时数字仿真器的稳态数据在电网特性展示装置上的展示和互动。

上基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统的展示方法，电网暂态数据的展示包括如下步骤：

(1)运行实时数字仿真器的数字仿真模型；

(2)暂态数据提取单元提取要展示的暂态数据，并将所提取的暂态数据输入至转换单元；

(3)所述转换单元进行数据转换后，将转换后的数据输入并存储于电网特性展示装置的暂态数据存储库；

(4)查找匹配单元通过查找变量数据库与暂态数据库中的对应变量，实现变量数据库与暂态数据库的关联；

(5)暂态数据库中需要展示的变量通过回放展示单元进行回放和展示。

上述暂态数据提取单元提取的要展示的暂态数据录波为comtrade格式，所述转换单元将comtrade格式的数据转换为dat格式，以使电网特性展示装置能够识别。

上述查找匹配单元查找变量数据库与暂态数据库中的对应变量，由变量数据库赋给暂态数据库相同的key值，实现变量数据库与暂态数据库的关联。

本发明基RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统及其展示方法，采用实时数字仿真器模拟真实电网，通过规约转换卡实现实时数字仿真器与电网特性展示装置的双向数据连接，能够实现电运行特性的直观展示。本发明设计灵活，性能可靠，简单实用，能够精确地展示交直流电网的运行特性。

附图说明

图1为本发明基于RTDS的交直流电网特性展示系统的结构示意图；

图2为本发明的接口示意图；

图3为本发明电网暂态数据展示步骤示意图。

在图1至图3中，包括：

交直流电网模型的仿真工作站1、实时数字仿真器2、

规约转换卡3、交换机4、

电网特性展示装置5、稳态数据库51、

暂态数据库52、变量数据库53、

暂态数据处理单元6、暂态数据提取单元61、转换单元62。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统，如图1所示，设置有建立交直流电网模型的仿真工作站1、实时数字仿真器2、规约转换卡3、交换机4及电网特性展示装置5。

仿真工作站1通过以太网络与实时数字仿真器2连接，实时数字仿真器2与规约转换卡3双向连接，规约转换卡3与交换机4双向连接，交换机4与电网特性展示装置5双向连接。

实时数字仿真器2通过规约转换卡3、经过交换机4向电网特性展示装置5输出模拟量和数字量，电网特性展示装置5经交换机4、通过规约转换卡3向实时数字仿真器2返回操作控制命令。

具体的，实时数字仿真器2为RTDS实时数字仿真器2。规约转换卡3为DNP通信规约的通信卡，用于实时数字仿真器2与外部装置进行数据连接。电网特性展示装置5为EMS能量管理系统。

电网特性展示装置5设置有解析单元、映射单元及稳态数据库51，交换机4输送的数据经解析单元解析，再经映射单元进行数据映射处理后存储于稳态数据库51，电网特性展示装置5根据稳态数据库51的数据将实时数字仿真器2的稳态数据进行展示。

该基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统，可以进行电网稳态数据的展示和电网暂态数据的展示。

电网稳态数据的展示步骤如下：

（1）根据交直流电网的实际线路、母线、负荷、电力设备等一次系统参数，在实时数字仿真器2中选择基础模型，输入对应的一次系统参并按照实际电网拓扑结构搭建交直流电网一次系统数字仿真模型；

（2）在实时数字仿真器2上设置DNP协议输出通道，每一个通道对应一个规约转换卡3，在每个通道上配置所要展示的模拟量和数字量点表；

（3）设置规约转换卡3及交换机4的参数，使实时数字仿真器2与电网特性展示装置5双向通信；

（4）在电网特性展示装置5上配置DNP通道，接收交换机4输送的来自所述实时数字仿真器2的数据，并由DNP通道通过交换机4经规约转换卡3向所述实时数字仿真器2返回操作命令，实现实时数字仿真器2的稳态数据在电网特性展示装置5上的展示和互动。

图2是本发明的一种接口实施方案示意图，实时数字仿真器2中的一次系统数字仿真模型运算得到的直流线路电压、功率、直流换流阀组电流、交流线路电压、功率，通过规约转换卡3经过交换机4直接输出至电网特性展示装置5的模拟量实时数据库进行采集；实时数字仿真器2中的一次系统数字仿真模型运算得到的直流线路断路器位置、交流线路位置信号，通过规约转换卡3经过交换机4直接输出至电网特性展示装置5的数字量实时数据库进行采集；电网特性展示装置5的遥控命令，经交换机4并通过规约转换卡3返回至实时数字仿真器2；电网特性展示装置5的遥调命令，经交换机4并通过规约转换卡3返回至实时数字仿真器2。

该基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统， 还设置有暂态数据处理单元6，暂态数据处理单元6分别与实时数字仿真器2和电网特性展示装置5双向连接。

暂态数据处理单元6设置有暂态数据提取单元61和转换单元62，电网特性展示装置5设置有暂态数据库52、变量数据库53、查找匹配单元和回放展示单元。

暂态数据提取单元61的输入端与实时数字仿真器2连接，暂态数据提取单元61的输出端与转换单元62的输入端连接，转换单元62的输出端与暂态数据库52的输入端连接，暂态数据库52分别与查找匹配单元和回放展示单元双向连接，查找匹配单元与变量数据库53双向连接。

暂态数据提取单元61提取实时数字仿真器2的暂态数据，并将所提取的暂态数据输入至转换单元62，经转换单元62转换后的数据输入并存储于暂态数据库52。

查找匹配单元查找变量数据库与暂态数据库52中的对应变量，由变量数据库53赋给暂态数据库52相同的key值，即映射字值，实现变量数据库53与暂态数据库52的关联，暂态数据库52中需要展示的变量通过回放展示单元进行回放和展示。

该基于RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统，可以进行电网稳态数据的展示和电网暂态数据的展示。

如图3所示，电网暂态数据的展示包括如下步骤：

(1)运行实时数字仿真器2的数字仿真模型；

(2) 暂态数据提取单元61提取要展示的暂态数据，并将所提取的暂态数据输入至转换单元62；具体的，暂态数据提取单元61提取的要展示的暂态数据录波为comtrade格式；

(3)转换单元62进行数据转换后，将转换后的数据输入并存储于电网特性展示装置5的暂态数据存储库；具体的，转换单元62将comtrade格式的数据转换为dat格式，以使电网特性展示装置5能够识别；

(4)查找匹配单元通过查找变量数据库53与暂态数据库52中的对应变量，由变量数据库53赋给暂态数据库52相同的key值，实现变量数据库53与暂态数据库52的关联；

(5)暂态数据库52中需要展示的变量通过回放展示单元进行回放和展示。可通过设置回放的顺序为按照录波的时间顺序回放，每秒钟回放一个点，添加回放过程的启动、暂停、加速和后退控件，有效地控制曲线回放的速度，可实现暂态录波在电网特性展示装置5上的回放和展示，同时在暂态画面编辑态下将数据关联至变量数据库53对应变量，可实现变量的暂态数据在暂态显示画面上的展示。

电网稳态数据库51和变量数据库53关联，是通过自动查找稳态数据库51和变量数据库53中的相同映射字key值来进行匹配、映射；类似的，电网暂态数据库52和变量数据库53关联，是通过自动查找暂态数据库52和变量数据库53中的相同映射字key来进行匹配、映射。

本发明基RTDS实时数字仿真的交直流电网运行特性展示系统及其展示方法，采用实时数字仿真器2模拟真实电网，通过规约转换卡3实现实时数字仿真器2与电网特性展示装置5的双向数据连接，能够实现电运行稳态数据和暂态数据等特性的直观展示。本发明设计灵活，性能可靠，简单实用，能够精确地展示交直流电网的运行特性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。