CN106547218A - 直流输电现场层实时模拟系统、仿真系统和闭环试验系统 - Google Patents

直流输电现场层实时模拟系统、仿真系统和闭环试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直流输电现场层实时模拟系统、仿真系统和闭环试验系统，属于特高压直流输电工程技术领域。本发明的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块。该模拟系统能够实时模拟测控装置和一次设备，解决了厂内实验时测控装置和RTDS配合仿真不足的问题。

Description

直流输电现场层实时模拟系统、仿真系统和闭环试验系统
技术领域
本发明涉及一种直流输电现场层实时模拟系统、仿真系统和闭环试验系统，属于特高压直流输电工程技术领域。
背景技术
直流输电工程中，工程结构分为运行人员控制层、控制保护层和现场层。在场内试验时，运行人员控制层和保护层能直接用于试验验证，而现场层设备则需要借助实时仿真设备才能完成，一般采用测控装置和RTDS配合来完成。现场层测控装置需要完成现场控制级的数据采集、预处理及数据上传功能，同时还要执行主控站的控制输出命令，通过PROFIBUS现场总线与中央控制主站进行通信。HCM3000平台做为主站，可以与几十个从站设备进行通信；从站功能由测控装置来完成，工程应用中，一般需要配置几十台测控装置和现场的一次侧设备相连。
HCM3000平台是针对特高压、多端直流输电、柔性直流输电及其它工业控制领域开发的大型嵌入式工业控制平台，可以完成直流输电控制保护层程序的开发。HCM3000平台有多CPU并行处理能力、丰富的外围接口、图形化工程开发环境ViGET应用软件，可根据应用需要软、硬件灵活组态。图形化编程软件ViGET中，开发人员可以把逻辑算法、功能等封装成图形化模块，通过搭建模块之间的逻辑关系来完成控制保护程序；ViGET软件开发的应用程序由CFC文件组成。ViGET软件有编辑和在线监视两种模式。控制保护程序编译下载到板卡中，通过ViGET界面可以在线查看程序的实时运行状态。RTDS全称为实时数字仿真系统，用于直流输电厂内实验时一次设备的实时仿真。厂内实验时，测控装置需求量大、占地空间大、资金投入多、RTDS仿真能力不足、不能满足实时性要求、运算能力不足等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流输电现场层实时模拟系统，以解决目前采用测控装置和RTDS配合进行仿真导致测控装置需求量大、占地空间大、仿真能力不足以及无法满足实时性要求的问题。同时本发明还提供了一种数字仿真系统和闭环试验系统。
本发明为解决上述技术问题而提供一种直流输电现场层实时模拟系统，该模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块，
所述的测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能；
所述的一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块；
所述的系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信；
所述的输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互；
所述的DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能；
所述的对时模块用于完成与GPS装置的对时。
进一步地，所述的模拟系统还包括人机操作界面，所述人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。
进一步地，所述的模拟系统还包括联锁逻辑无缝验证模块，该模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。
进一步地，所述的模拟系统采用CompactPCI总线。
本发明还提供了一种数字仿真系统，该仿真系统包括实时数字仿真仪和直流输电现场层实时模拟系统，所述直流输电现场层实时模拟系统与实时数字仿真仪RTDS相连，所述的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块，
所述的测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能；
所述的一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块；
所述的系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信；
所述的输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互；
所述的DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能；
所述的对时模块用于完成与GPS装置的对时。
进一步地，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括人机操作界面，所述人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。
进一步地，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括联锁逻辑无缝验证模块，该模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。
本发明还提供了一种闭环试验系统，该系统包括通过硬连接线互相连接的直流输电保护单元、实时数字仿真仪和直流输电现场层实时模拟系统，直流输电现场层实时模拟系统与直流输电保护单元通过DP总线连接，所述的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块，
所述的测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能；
所述的一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块；
所述的系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信；
所述的输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互；
所述的DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能；
所述的对时模块用于完成与GPS装置的对时。
进一步地，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括人机操作界面，所述人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。
进一步地，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括联锁逻辑无缝验证模块，该模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。
本发明的有益效果是:本发明的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块。该模拟系统能够实时模拟测控装置和一次设备，解决了厂内实验时测控装置和RTDS配合仿真不足的问题。
并且还设置有人机操作界面，实现了直流输电现场层实时模拟系统实时性、可扩展性、灵活组态、强运算能力、人机操作界面统一的功能。
附图说明
图1是直流输电工程拓扑结构图；
图2是本发明直流输电现场层实时模拟系统的通信连接图；
图3是本发明直流输电现场层实时模拟系统的构成图；
图4是本发明直流输电现场层实时模拟系统的人机操作界面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明一种直流输电现场层实时模拟系统的实施例
本发明的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，如图1所示，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块、对时模块、人机操作界面和联锁逻辑无缝验证模块。
测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能，以完成测控设备的单装置功能仿真，在一个CPU板卡可以仿真多个测控装置，测控装置被模拟成一组功能块，完成测控装置的开入、开出、事件生成等功能，在模拟系统中，用户可以根据需要测控装置的数量，来配置多少组功能块。一次设备被抽象成图标，图标和模拟的数据关联，根据数据的变化，图标显示不同的状态。同时通过SNTP加分脉冲方式完成GPS装置对时功能。一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块，与RTDS系统配合完成所有一次设备的仿真。系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信。输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互。DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能，一个DP板卡可以实现对多个Profbus DP从站设备的仿真功能。采用DP板卡模拟1～125个从站设备，每个从站设备的输入和输出报文可以实现244个字节。对时模块通过SNTP加分脉冲方式完成与GPS装置对时。
人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。如图3所示，ViGET软件开发界面集成了人机操作界面和程序开发界面，采用SmartWorks+ViGET方案，在ViGET软件中嵌入HMIEditor控件，用户根据需要创建后台操作界面。如图4人机操作界面所示：操作界面包括仿真的一次设备和监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，可以直接在操作界面上读取和设置仿真程序变量的值，实现了仿真程序和人机交互界面的集成统一。
联锁逻辑无缝验证模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。测控装置与仿真系统采用相同的SmartWorks+ViGET软件平台，测控装置的CFC程序文件加载到仿真程序中，编译、下载、运行。DCSIM系统和测控装置联锁逻辑采用的功能块相同，实现了联锁逻辑的无缝验证，提高了代码的重用性。
该模拟系统采用了标准CompactPCI总线，同时实现了反射内存(RFM)总线，机箱中多CPU板卡的数据共享，可以根据仿真需要配置CPU板卡的数量，同时也可配置多个机箱，通过反射内存技术提高了CPU板卡之间数据传输速率，实现了可扩展性和超强的计算能力。
本发明一种数字仿真系统的实施例
本实施例中的数字仿真系统包括实时数字仿真仪和直流输电现场层实时模拟系统，其中直流输电现场层实时模拟系统与实时数字仿真仪RTDS相连，直流输电现场层实时模拟系统的具体实现手段请参考上个实施例，这里不再赘述。
本发明闭环试验系统的实施例
本发明的闭环试验系统包括通过硬连接线互相连接的直流输电保护单元、实时数字仿真仪和直流输电现场层实时模拟系统，直流输电现场层实时模拟系统与直流输电保护单元通过DP总线连接。如图2所示，通信连接1为直流输电控制保护单元(C&P)通过ProfibusDP总线与直流输电现场层实时模拟系统(DCSIM100)通信；通信连接2指的是直流输电控制保护单元与直流输电现场层实时模拟系统的硬接线，主要是模拟量、数字量等。通信连接3指的是以太网连接，用于调试PC机与直流输电现场层实时模拟系统的数据交互，或者直流输电现场层实时模拟系统之间的数据交互。通信连接4指的是直流输电现场层实时模拟系统与RTDS系统之间的硬连接线，主要是模拟量、数字量等。通信连接5指的是直流输电控制保护单元与RTDS系统之间的硬接线，主要是模拟量、数字量等。直流输电现场层实时模拟系统的具体实现手段请参考上个实施例，这里不再赘述。

Claims (10)

1.一种直流输电现场层实时模拟系统，其特征在于，该模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块，
所述的测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能；
所述的一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块；
所述的系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信；
所述的输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互；
所述的DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能；
所述的对时模块用于完成与GPS装置的对时。
2.根据权利要求1所述的直流输电现场层实时模拟系统，其特征在于，所述的模拟系统还包括人机操作界面，所述人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。
3.根据权利要求1所述的直流输电现场层实时模拟系统，其特征在于，所述的模拟系统还包括联锁逻辑无缝验证模块，该模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。
4.根据权利要求1所述的直流输电现场层实时模拟系统，其特征在于，所述的模拟系统采用CompactPCI总线。
5.一种数字仿真系统，其特征在于，该仿真系统包括实时数字仿真仪和直流输电现场层实时模拟系统，所述直流输电现场层实时模拟系统与实时数字仿真仪RTDS相连，所述的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块，
所述的测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能；
所述的一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块；
所述的系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信；
所述的输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互；
所述的DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能；
所述的对时模块用于完成与GPS装置的对时。
6.根据权利要求5所述的数字仿真系统，其特征在于，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括人机操作界面，所述人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。
7.根据权利要求5所述的数字仿真系统，其特征在于，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括联锁逻辑无缝验证模块，该模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。
8.一种闭环试验系统，其特征在于，该系统包括通过硬连接线互相连接的直流输电保护单元、实时数字仿真仪和直流输电现场层实时模拟系统，直流输电现场层实时模拟系统与直流输电保护单元通过DP总线连接，所述的直流输电现场层实时模拟系统采用SmartWorks+ViGET架构，包括测控装置模拟模块、一次设备模拟模块、系统通信模块、输入输出模拟模块、DP从站模拟模块和对时模块，
所述的测控装置模拟模块用于模拟测控装置的开入、开出、事件生成功能；
所述的一次设备模拟模块用于模拟交直流现场设备，包括断路器、刀闸和分接头调节功能块；
所述的系统通信仿真模块用于通过DP总线完成与控制保护系统的通信；
所述的输入输出仿真模块用于模拟模拟量和开关量信号的接收和发送，以实现与RTDS、HCM3000平台之间的信息交互；
所述的DP从站模拟模块用于模拟DP从站设备，具有从DP总线上读取报文数据和发送报文的功能；
所述的对时模块用于完成与GPS装置的对时。
9.根据权利要求8所述的闭环试验系统，其特征在于，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括人机操作界面，所述人机操作界面包括模拟的一次设备和模拟的测控装置监视的变量，通过变量与仿真程序的关联，以供仿真程序变量值的读取和设置。
10.根据权利要求8所述的闭环试验系统，其特征在于，所述的直流输电现场层实时模拟系统还包括联锁逻辑无缝验证模块，该模块用于验证测控装置联锁逻辑程序的正确性。
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