适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统及混合仿真方法

摘要

本发明提供了一种适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统，该混合仿真系统包括：RTDS仿真机、高速并行计算机、电磁I/O模块、机电I/O模块、交直流稳定控制装置；RTDS仿真机通过光纤与高速并行计算机连接；RTDS仿真机与交直流稳定控制装置之间通过电磁I/O模块连接，电磁I/O模块的一端通过光纤与RTDS仿真机连接，另一端通过线缆与交直流稳定控制装置连接；高速并行计算机与交直流稳定控制装置之间通过机电I/O模块连接，机电I/O模块的一端通过光纤与高速并行计算机连接，另一端通过线缆与交直流稳定控制装置连接。本发明的混合仿真系统，能够实现对交直流大规模互联电网稳定性问题的准确分析，提高对大电网仿真的精度。本发明同时提供了一种采用上述混合仿真系统的混合仿真方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统、以及采用 该混合仿真系统的混合仿真方法，属于交直流大电网数字仿真技术领域。

背景技术

电力系统快速发展的新形势给大电网仿真分析工具提出了挑战，在准 确分析交直流电网运行特性仿真上，传统的电力系统分析工具越显捉襟见 肘。电力系统混合仿真系统结合先进的电磁、机电仿真技术优势，可以在 一次计算过程中既能全面模拟大规模互联电网的机电暂态过程，又能准确 模拟局部电网或元件快速响应特性的电磁暂态过程。

为研究交直流大电网存在的安全稳定问题，在现有的仿真技术中，需 要在电磁暂态仿真系统中装设稳定控制装置构成一个稳定控制闭环系统， 由于电磁暂态仿真的局限性，严重制约了所研究的电网规模，难以适应大 电网在多种运行方式下的快速建模研究，同时影响电网稳定控制决策及时 有效地施行。由于混合仿真的复杂性，当前尚未有关于稳定控制装置在混 合仿真系统中研究应用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种适用于稳定控制装 置接口的混合仿真系统，及采用该混合仿真系统的混合仿真方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种适用于稳定控制装 置接口的混合仿真系统，该混合仿真系统包括：RTDS仿真机、高速并行计 算机、电磁I/O模块、机电I/O模块、交直流稳定控制装置；

RTDS仿真机通过光纤与高速并行计算机连接；

RTDS仿真机与交直流稳定控制装置之间通过电磁I/O模块连接，电磁 I/O模块的一端通过光纤与RTDS仿真机连接，另一端通过线缆与交直流稳 定控制装置连接；

高速并行计算机与交直流稳定控制装置之间通过机电I/O模块连接， 机电I/O模块的一端通过光纤与高速并行计算机连接，另一端通过线缆与 交直流稳定控制装置连接。

本发明中，RTDS仿真机用于对直流输电系统进行电磁暂态仿真，高速 并行计算机用于对交流输电系统进行机电暂态仿真。

本发明的混合仿真系统，能够实现对交直流大规模互联电网稳定性问 题的准确分析，提高对大电网仿真的精度，通过快速建立交直流大系统模 型，实现多种稳控系统运行方式下的策略研究，为电力系统调度部门提供 及时的决策判断，确保系统稳定问题的及早揭示与有效应对。

本发明的适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统为交直流大电网仿 真研究电网稳定问题提供了一种先进的解决方案。

本发明还能够为调度部门组织开展电网安全稳定问题的培训提供帮 助，使调度运行人员能够认清稳定控制系统运行危险点，确保电力系统安 全运行。

根据本发明另一具体实施方式，高速并行计算机设置有主机、FPGA模 块、高速通信模块、时钟同步模块；FPGA模块一端通过PCI-E总线与主机 通信，另一端通过光纤与RTDS仿真机通信；高速通信模块一端通过PCI-E 总线与主机通信，另一端通过线缆与时钟同步模块通信。

根据本发明另一具体实施方式，电磁I/O模块包括高速模拟量输出 GTAO板卡和高速数字量输入GTDI板卡，GTAO板卡和GTDI板卡之间通过光 纤进行级联。

根据本发明另一具体实施方式，机电I/O模块包括接口扩展卡、时钟 扩展卡和若干接口箱，接口扩展卡一端通过光纤与高速通信模块连接，另 一端通过光纤与若干接口箱连接，时钟扩展卡一端通过光纤与时钟同步模 块连接，另一端通过光纤与若干接口箱连接。

根据本发明另一具体实施方式，FPGA模块采用Virtex-7FPGA VC709 板卡。

根据本发明另一具体实施方式，接口扩展卡包括光纤扩展模块和光信 号接收模块，其中接口扩展卡与高速通信模块之间的通过以太网进行数据 交换。

根据本发明另一具体实施方式，每个接口箱由采集模块、光电通信模 块和电源模块组成。

根据本发明另一具体实施方式，采集模块包含若干DA模块和若干DI 模块。电源模块可接入交流220V电压或直流220V电压。

另一方面，本发明提供了一种采用上述混合仿真系统的混合仿真方 法，该方法包括如下步骤：

A、直流输电系统采用RTDS仿真机进行电磁暂态仿真，交流输电系统 采用高速并行计算机进行机电暂态仿真；

B、RTDS仿真机在每一个电磁步长内，将直流输电系统输出的电压、 电流瞬时值信号发送到高速模拟量输出GTAO板卡，GTAO板卡将接收到的信 号进行解析传输到交直流稳定控制装置；

C、高速并行计算机在每一个机电步长内，将交流输电系统输出的电 压、电流相量值信号发送到接口扩展卡，当若干接口箱中的光电通信模块 接收到采集启动信号时，光电通信模块开始以10ms的采样周期采集接口扩 展卡输出的电压信号和电流信号，在光电通信模块中对电压信号和电流信 号进行相量到瞬时量的转换，并将转换后的瞬时量通过DA模块传输到交直 流稳定控制装置；

D、时钟同步模块将高速通信模块的时钟信号作为对时标准，以设定 的频率将时钟信号通过时钟扩展卡下发到若干接口箱进行数据同步；

E、交直流稳定控制装置对输入的电压信号和电流信号进行采集、接 收和分析计算，并将分析计算值与设定定值进行判断；当分析计算值大于 设定定值时，则交直流稳定控制装置发出动作出口信号，若动作出口信号 经高速数字量输入GTDI板卡则返回RTDS仿真机，若动作出口信号经若干 接口箱中的DI模块则返回高速并行计算机。

具体地，步骤E中的动作包括切除和闭锁。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

本发明的混合仿真系统，能够实现对交直流大规模互联电网稳定性问 题的准确分析，提高对大电网仿真的精度，通过快速建立交直流大系统模 型，实现多种稳控系统运行方式下的策略研究，为电力系统调度部门提供 及时的决策判断，确保系统稳定问题的及早揭示与有效应对。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1的适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统的整体结 构示意图；

图2为实施例1的适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统的结构详 图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种适用于稳定控制装置接口的混合仿真系统，如图1所 示，包括RTDS仿真机(1)、高速并行计算机(2)、电磁I/O模块(3)、 机电I/O模块(4)和交直流稳定控制装置(5)，RTDS仿真机(1)通过光 纤与高速并行计算机(2)连接，RTDS仿真机(1)与交直流稳定控制装置 (5)之间通过电磁I/O模块(3)连接，高速并行计算机(2)与交直流稳 定控制装置(5)之间通过机电I/O模块(4)连接，其中电磁I/O模块(3) 的一端通过光纤与RTDS仿真机(1)连接，另一端通过线缆与交直流稳定 控制装置(5)连接，机电I/O模块(4)的一端通过光纤与高速并行计算 机(2)连接，另一端通过线缆与交直流稳定控制装置(5)连接。

如图2所示，高速并行计算机(2)，设置有主机(100)、FPGA模块 (101)、高速通信模块(102)和时钟同步模块(103)，FPGA模块(101) 一端通过PCI-E总线与主机(100)通信，另一端通过光纤与RTDS仿真机 (1)通信，高速通信模块(102)一端通过PCI-E总线与主机(100)通信， 另一端通过线缆与时钟同步模块(103)通信。

主机(100)采用型号为HP-Z820的惠普服务器，其处理器主频为 3.5GHz，共有12核心。

如图2所示，电磁I/O模块(3)，包括高速模拟量输出GTAO板卡(201) 和高速数字量输入GTDI板卡(202)，GTAO板卡(201)和GTDI板卡(202) 之间通过光纤进行级联。

如图2所示，机电I/O模块(4)，包括接口扩展卡(301)、时钟扩 展卡(302)和若干接口箱(303)，接口扩展卡(301)一端通过光纤与高 速通信模块(102)连接，另一端通过光纤与若干接口箱(303)连接，时 钟扩展卡(302)一端通过光纤与时钟同步模块(103)连接，另一端通过 光纤与若干接口箱(303)连接。

FPGA模块(101)采用XILINX公司生产的型号为Virtex-7FPGA VC709 板卡。

接口扩展卡(301)，包括光纤扩展模块和光信号接收模块，其中接口 扩展卡(301)与高速通信模块(102)之间的通信机制采用以太网方式进 行数据交换。

若干接口箱(303)，每个接口箱由采集模块、光电通信模块和电源模 块组成。采集模块包含若干DA模块和若干DI模块，电源模块可接入交流 220V电压或直流220V电压。

若干DA模块，每个DA模块共有12路模拟量输出信号，可输出 10V～+10V之间的电压。

若干DI模块，每个DI模块共有10路数字量输入信号，DI模块端口可 接入空节点或不大于直流220V电平节点。

采用本实施例混合仿真系统的混合仿真方法，包括如下步骤：

A、直流输电系统采用RTDS仿真机(1)进行电磁暂态仿真，交流输电 系统采用高速并行计算机(2)进行机电暂态仿真；

B、RTDS仿真机(1)在每一个电磁步长内，将直流输电系统输出的电 压、电流瞬时值信号发送到高速模拟量输出GTAO板卡(201)，GTAO板卡 (201)将接收到的信号进行解析传输到交直流稳定控制装置(5)；

C、高速并行计算机(2)在每一个机电步长内，将交流输电系统输出 的电压、电流相量值信号发送到接口扩展卡(301)，当若干接口箱(303) 中的光电通信模块接收到采集启动信号时，光电通信模块开始以10ms的采 样周期采集接口扩展卡(301)输出的电压信号和电流信号，在光电通信模 块中对电压信号和电流信号进行相量到瞬时量的转换，并以200us的传输 速率将转换后的瞬时量通过DA模块传输到交直流稳定控制装置(5)；

D、时钟同步模块(103)将高速通信模块(102)的时钟信号作为对时 标准，以设定的频率将时钟信号通过时钟扩展卡(302)下发到若干接口箱 (303)进行数据同步；

E、交直流稳定控制装置(5)对输入的电压信号和电流信号进行采集、 接收和分析计算，分析计算值与设定定值进行判断，当分析计算值大于设 定定值时，则交直流稳定控制装置(5)发出动作出口信号，若动作出口信 号经高速数字量输入GTDI板卡(202)则返回RTDS仿真机(1)，若动作 出口信号经若干接口箱(303)中的DI模块则返回高速并行计算机(2)。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范 围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作 些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵 盖。