CN103971557A - 一种电网数字动态实时仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电网数字动态实时仿真系统，通过计算机对所模拟系统进行动态实时仿真，并将待测装置试验所需的电压、电流等信号经高速通信系统输出，通过信号转换及输入输出系统的数模转换和电压、电流功率放大器送入待测装置以进行装置的试验研究。同时，待测装置的响应信号可通过信号转换及输入输出系统实时反馈回计算机，从而形成闭环试验。本发明能实现对电网进行数字仿真，能对电网设备进行故障、运行原理模拟；让学员能最大程度的认知电网结构，增强培训效果。
Description
技术领域
本发明涉及电网数字仿真技术领域，特别是一种电网数字动态实时仿真系统。
背景技术
电力员工在上岗前都认知电网系统，对其故障的发生，解决的方式及运行的原理都要有深刻的了解。然而，现有的上岗培训都是通过进入变电站现在进行交流，由于变电站处于运行状态，因此，培训师对学员的授课都只停留在理论，最多只是让用户了解下，变电站的一些设备。即使现有的培训具有一些电子文档，但是其也无法满足学员的教学需求。因此，提供一种具有对电网数字仿真的系统是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种电网数字动态实时仿真系统，能实现对电网进行数字仿真，能对电网设备进行故障、运行原理模拟；让学员能最大程度的认知电网结构，增强培训效果。
本发明采用以下方案实现：一种电网数字动态实时仿真系统，其特征在于包括：
设置有仿真软件的计算机，所述的仿真软件包括：
电网暂态仿真计算软件；
图形化电力系统仿真建模系统，包括全中文友好的图形化界面、系统元件的拓扑关系以及参数输入、系统仿真的图形化输出以及后台数据库管理等模块；
实时仿真进程控制系统，包括实时通信、同步控制、底层硬件驱动以及信号转换和输入输出处理模块；以及DDRTS 系统辅助功能模块，包括静态继电器测试模块、信号发生及谐波测试模块、实时回放测试模块以及系统硬件配置模块；
高速通信系统，用于计算机生成的仿真信号以及变电站待测设备反馈信号的高速传输；
信号转换及输入输出系统，实现高速通信系统与变电站待测设备之间的连接通讯；包括数字量与模拟量之间的转换以及开关量的输入输出，模拟、数字量的转换。
在本发明一实施例中，所述的计算机还设置有打印软体，该打印软体为选择打印区域包括三种打印选择：１、打印整个图页，包括空白区域；２、当前窗口：只打印屏幕显示的部分； ３、只打印有元件或控制模块存在的图页范围。
在本发明一实施例中，所述的高速通信系统是基于数字信号处理器（DSP）和PCI 总线技术的通讯卡，用于微机与信号转换及输入输出系统之间的数据通信。
在本发明一实施例中，所述电网暂态仿真采用隐式梯形积分法和暂态等值电路对网络进行求解；在网络元件的处理中，对于集中参数元件，应用隐式梯形积分法将微分方程化为离散化差分方程，并得到一个等值电阻和等值电流源并联的暂态等值计算模型；对于输电线路这样的分布参数元件，采用无损线的贝瑞隆模型也可导出仅包含电阻和电流源的线路暂态等值计算模型，考虑线路损耗时可采用贝瑞隆无损线路加纵向电阻的模型；这样在任意时刻，这些集中和分布网络元件离散化之后得到的一系列等值电阻和等值电流源构成了暂态等值计算电路；
以此暂态等值计算电路为基础得到节点导纳矩阵，形成节点方程，即：
GU = I (1－1)
其中： G：暂态等值电路的纯电阻节点导纳矩阵； U：t时刻各节点电压组成的列向量；I ：各节点注入电流组成的列向量，每一节点的注入电流为 t时刻暂态等值计算电路中与该节点相连的等值电流源以及外施电流源的代数和； 根据节点方程，对对称的节点导纳矩阵进行三角分解，通过前代和回代运算求解下一步长点 t +Δt时刻的各节点电压；然后得到t +Δt时刻的各支路电流，重新计算 t +Δt 时刻的暂态等值计算电路，如此反复以固定的仿真步长Δt 向前在每一个步长点对系统进行求解；在此过程中，节点导纳矩阵保持不变；如果在仿真过程中系统发生了故障或操作，必须修正节点导纳矩阵并重新进行三角分解。
在本发明一实施例中，所述变电站待测设备的配置包括PCS-902GC线路纵联距离保护装置、FOX-41B 型继电保护光纤通信接口装置和PST-1200U变压器电气量保护装置。
本发明该系统仿真直观，响应速度快，而且能在计算机上通过图形化电力系统仿真建模系统构建要模拟的电网架构，通过测试设备配合计算机，就能模拟整个变电站系统的工作状态，具有较好的培训价值。
附图说明
图1是本发明系统原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供一种电网数字动态实时仿真系统，其特征在于包括：设置有仿真软件的计算机、高速通信系统以及信号转换及输入输出系统；其中，所述的仿真软件包括：电网暂态仿真计算软件；图形化电力系统仿真建模系统，包括全中文友好的图形化界面、系统元件的拓扑关系以及参数输入、系统仿真的图形化输出以及后台数据库管理等模块；实时仿真进程控制系统，包括实时通信、同步控制、底层硬件驱动以及信号转换和输入输出处理模块；以及DDRTS 系统辅助功能模块，包括静态继电器测试模块、信号发生及谐波测试模块、实时回放测试模块以及系统硬件配置模块。高速通信系统，用于计算机生成的仿真信号以及变电站待测设备反馈信号的高速传输；信号转换及输入输出系统，实现高速通信系统与变电站待测设备之间的连接通讯；包括数字量与模拟量之间的转换以及开关量的输入输出，模拟、数字量的转换。
较佳的，所述的高速通信系统是基于数字信号处理器（DSP）和PCI 总线技术的通讯卡，用于微机与信号转换及输入输出系统之间的数据通信；信号转换及输入输出系统：包括数字量与模拟量之间的转换以及开关量的输入输出，模拟、数字量的转换均采用高精度的 16 位芯片；电压、电流功率放大器：幅值、相位和频率均连续可调。
所述电网暂态仿真采用隐式梯形积分法和暂态等值电路对网络进行求解；在网络元件的处理中，对于集中参数元件，应用隐式梯形积分法将微分方程化为离散化差分方程，并得到一个等值电阻和等值电流源并联的暂态等值计算模型；对于输电线路这样的分布参数元件，采用无损线的贝瑞隆模型也可导出仅包含电阻和电流源的线路暂态等值计算模型，考虑线路损耗时可采用贝瑞隆无损线路加纵向电阻的模型；这样在任意时刻，这些集中和分布网络元件离散化之后得到的一系列等值电阻和等值电流源构成了暂态等值计算电路；以此暂态等值计算电路为基础得到节点导纳矩阵，形成节点方程，即：
GU = I (1－1)
其中： G：暂态等值电路的纯电阻节点导纳矩阵； U：t时刻各节点电压组成的列向量；I ：各节点注入电流组成的列向量，每一节点的注入电流为 t时刻暂态等值计算电路中与该节点相连的等值电流源以及外施电流源的代数和； 根据节点方程，对对称的节点导纳矩阵进行三角分解，通过前代和回代运算求解下一步长点 t +Δt时刻的各节点电压；然后得到t +Δt时刻的各支路电流，重新计算 t +Δt 时刻的暂态等值计算电路，如此反复以固定的仿真步长Δt 向前在每一个步长点对系统进行求解；在此过程中，节点导纳矩阵保持不变；如果在仿真过程中系统发生了故障或操作，必须修正节点导纳矩阵并重新进行三角分解。
为了方便使用，所述的计算机还设置有打印软体，该打印软体为选择打印区域包括三种打印选择：１、打印整个图页，包括空白区域；２、当前窗口：只打印屏幕显示的部分； ３、只打印有元件或控制模块存在的图页范围。
较佳的，本实施例中，所述变电站待测设备的配置包括PCS-902GC线路纵联距离保护装置、FOX-41B 型继电保护光纤通信接口装置和PST-1200U变压器电气量保护装置。
本发明的系统应用范围广泛，主要包括：
1、进行电网的全过程仿真研究，应用于系统的规划、设计以及系统事故分析和对策制定；
2、进行继电保护装置、安全自动装置以及测量和控制装置的闭环试验；
3、培训调度运行及生产运行部门的工程技术人员和高校电力专业的学生；
4、进行静态继电器测试、装置的谐波测试，利用现场录波波形和离线仿真波形对装置进行实时回放测试。
此外，该系统也可对大型电网的电磁暂态和机电暂态过程进行离线仿真。DDRTS 也可进行电网的实时仿真。在实时仿真中，电网的仿真计算速度与实际物理过程速度保持一致，从而可以外接实际装置进行闭环试验研究。闭环试验研究对于装置的设计和投运前的性能验证具有很重要的意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种电网数字动态实时仿真系统，其特征在于包括：
设置有仿真软件的计算机，所述的仿真软件包括：
电网暂态仿真计算软件；
图形化电力系统仿真建模系统，包括全中文友好的图形化
界面、系统元件的拓扑关系以及参数输入、系统仿真的图形化输出以及后台数据库管理等模块；实时仿真进程控制系统，包括实时通信、同步控制、底层硬件驱动以及信号转换和输入输出处理模块；以及DDRTS 系统辅助功能模块，包括静态继电器测试模块、信号发生及谐波测试模块、实时回放测试模块以及系统硬件配置模块；
高速通信系统，用于计算机生成的仿真信号以及变电站待测设备反馈信号的高速传输；
信号转换及输入输出系统，实现高速通信系统与变电站待测设备之间的连接通讯；包括数字量与模拟量之间的转换以及开关量的输入输出，模拟、数字量的转换。
2.根据权利要求１所述的电网数字动态实时仿真系统，其特征在于：所述的计算机还设置有打印软体，该打印软体为选择打印区域包括三种打印选择：１、打印整个图页，包括空白区域；２、当前窗口：只打印屏幕显示的部分； ３、只打印有元件或控制模块存在的图页范围。
3.根据权利要求１所述的电网数字动态实时仿真系统，其特征在于：所述的高速通信系统是基于数字信号处理器（DSP）和PCI 总线技术的通讯卡，用于微机与信号转换及输入输出系统之间的数据通信。
4.根据权利要求１所述的电网数字动态实时仿真系统，其特征在于：所述电网暂态仿真采用隐式梯形积分法和暂态等值电路对网络进行求解；在网络元件的处理中，对于集中参数元件，应用隐式梯形积分法将微分方程化为离散化差分方程，并得到一个等值电阻和等值电流源并联的暂态等值计算模型；对于输电线路这样的分布参数元件，采用无损线的贝瑞隆模型也可导出仅包含电阻和电流源的线路暂态等值计算模型，考虑线路损耗时可采用贝瑞隆无损线路加纵向电阻的模型；这样在任意时刻，这些集中和分布网络元件离散化之后得到的一系列等值电阻和等值电流源构成了暂态等值计算电路；
以此暂态等值计算电路为基础得到节点导纳矩阵，形成节点方程，即：
GU = I (1－1)
其中： G：暂态等值电路的纯电阻节点导纳矩阵； U：t时刻各节点电压组成的列向量；I ：各节点注入电流组成的列向量，每一节点的注入电流为 t时刻暂态等值计算电路中与该节点相连的等值电流源以及外施电流源的代数和； 根据节点方程，对对称的节点导纳矩阵进行三角分解，通过前代和回代运算求解下一步长点 t +Δt时刻的各节点电压；然后得到t +Δt时刻的各支路电流，重新计算 t +Δt 时刻的暂态等值计算电路，如此反复以固定的仿真步长Δt 向前在每一个步长点对系统进行求解；在此过程中，节点导纳矩阵保持不变；如果在仿真过程中系统发生了故障或操作，必须修正节点导纳矩阵并重新进行三角分解。
5.根据权利要求1所述的电网数字动态实时仿真系统，其特征在于：所述变电站待测设备的配置包括PCS-902GC线路纵联距离保护装置、FOX-41B 型继电保护光纤通信接口装置和PST-1200U变压器电气量保护装置。
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