CN107918294A - 一种基于rtds的智能电网继电保护仿真平台及其仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台，包括上位机、RTDS实时仿真器、以太网交换机、线路保护装置和打印机，上位机连接到RTDS实时仿真器，RTDS实时仿真器通过以太网交换机连接到线路保护装置，上位机还连接有打印机。本发明以IEC61850为基础背景，以RTDS实时仿真器为依托，搭建电力系统模型和智能电网继电保护通信模型，采用半实物的仿真方式，让继电保护研究的实验科研人员能够清晰明了的理解智能电网继电保护的运行过程，并参与继电保护算法的开发，仿真效果好，采用硬件结构替代实物，仿真安全性高，成本低。
Description
技术领域
本发明属于继电保护仿真技术领域，具体涉及一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台及其仿真方法。
背景技术
2003年IEC TC57发布IEC61850标准，该标准使变电站中来自不同厂商的智能电子设备（IED）实现了互操作，现在IEC61850已经被广泛应用于变电站自动化系统。2003年发布的文件被称为IEC61850 Ed1.0，从IEC61850 Ed1.0发布后，IEC TC57 WG10与IEC与IEC、IEEE、CIGRE等组织进行了广泛合作，起草和修订了大量的相关标准和技术报告，使IEC61850的应用从变电站拓展到发电厂、分布式能源（DER）、输变电设备监测以及配电自动化系统等领域，现在IEC61850已经成为智能电网建设的重要基础性标准之一。
现有的仿真方式采用实际设备进行仿真，仿真成本高，安全性差，仿真效果不好。
RTDS( Real Time Digital Simulation) 电力系统实时仿真装置是一种实时全数字电力系统电磁暂态仿真模拟装置，也是研究和分析电力系统特征、对继电保护进行闭环测试的重要检验工具，在国内外都已得到广泛的应用。在保护闭环测试的领域中，可以实现在实时大电时对一个或多个继电器进行闭环测试。RTDS既可用于传统继电器的测试，也可以作为对 IEC61850标准保护继电器的闭环测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台及其仿真方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台，包括上位机、RTDS实时仿真器、以太网交换机、线路保护装置和打印机，上位机连接到RTDS实时仿真器，RTDS实时仿真器通过以太网交换机连接到线路保护装置，上位机还连接有打印机。
一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台的仿真方法，该方法为；上位机中设置有RSCAD建模模块、Wireshark网络抓包模块和多个IEC61850文件编辑模块，采用RSCAD建模模块搭建电力系统、控制和显示仿真模型，并将模型编译和下装到RTDS硬件板卡，Wireshark网络抓包模块用于网络数据监控，对以太网交换机所组成的局域网进行监测，多个IEC61850文件编辑模块包括CIDEditor编辑模块和ICDEditor编辑模块，多个IEC61850文件编辑用于修改、配置并生成某线路保护装置CID和ICD文件。
RSCAD建模模块设置有DRAFT画板和RUNTIME画板，DRAFT画板用于搭建电力系统模型、智能电网保护通信模型和编辑配置IEC61850 GTNETx2板卡的ICD文件和全站SCD文件，RUNTIME画板用于搭建采样、显示和控制模型。
电力系统模型包括无穷大电源、电子互感器、断路器、电网节点、传输线路、故障控制电路和负载。
智能电网保护通信模型主要包括GTNET-SV和GTNET-GSE。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明以IEC61850为基础背景，以RTDS实时仿真器为依托，搭建电力系统模型和智能电网继电保护通信模型，采用半实物的仿真方式，让继电保护研究的实验科研人员能够清晰明了的理解智能电网继电保护的运行过程，并参与继电保护算法的开发，仿真效果好，采用硬件结构替代实物，仿真安全性高，成本低。
附图说明
图1是仿真平台接线示意图；
图2是SCD文件配置原理图；
图3是IEC61850通信流程图；
图4是全站SCD文件配置图；
图5是某继电保护装置IED ICD文件配置图；
图6是某继电保护装置IED CID文件配置图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图6所示，一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台，包括上位机、RTDS实时仿真器3、以太网交换机4、线路保护装置5和打印机6，上位机连接到RTDS实时仿真器3，RTDS实时仿真器3通过以太网交换机4连接到线路保护装置5，上位机还连接有打印机6，线路保护装置采用某线路保护装置，基于IEC61850通信标准完成电力系统电压、电流幅值和相位数据格式变换和传输，实现保护控制操作，打印机用于打印出IEC 61850 XML语言程序，以作虚端子连接分析，进一步提高仿真效果，上位机包括主机2和与主机连接的显示器1。
RTDS实时仿真器装有GTWIF、GPC/PB5、GTNETx2等多个功能板卡，板卡间协同工作，能够在搭建电力系统变电站仿真模型的基础上，模拟电力系统正常运行状态、电力系统振荡以及故障暂态状态，能够实现对外部实际物理控制设备或保护设备的动态性能进行实时仿真研究。
GTWIF卡的GTIR光纤通信通道和全局总线通信端口能够完成多个之间的数据通讯，总线并行工作，实现数据并行通讯。
PB5处理器卡是目前最新一代的处理器板卡，用于电力系统仿真模型网络方程求解，每块板卡包含2块Freescale PowerPC MPC7448处理器芯片，其具有运算速度快，功能强大的特点。
GTNETx2为RTDS基于IEC61850开发的通信板卡，GTNETx2板卡中能够同时配置两种通信协议，本仿真平台分别配置GOOSE协议和IEC61850 9-2协议。
以太网交换机选用24个百兆以太网口和4个千兆以太网口的某科技股份有限公司wisLink-W-2000。
线路保护装置选用某科技股份有限公司iPACS5711D线路测控装置，适用于110kV以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统。
一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台的仿真方法，该方法为；上位机中设置有RSCAD建模模块、Wireshark网络抓包模块和多个IEC61850文件编辑模块，采用RSCAD建模模块搭建电力系统、控制和显示仿真模型，并将模型编译和下装到RTDS硬件板卡，Wireshark网络抓包模块用于网络数据监控，对以太网交换机所组成的局域网进行监测，此平台利用Wireshark进行SV和GOOSE报文的网络抓包工作，多个IEC61850文件编辑模块包括CIDEditor编辑模块和ICDEditor编辑模块，多个IEC61850文件编辑用于修改、配置并生成某线路保护装置CID和ICD文件。
RSCAD建模模块设置有DRAFT画板和RUNTIME画板，DRAFT画板用于搭建电力系统模型、智能电网保护通信模型和编辑配置IEC61850 GTNETx2板卡的ICD文件和全站SCD文件，RUNTIME画板用于搭建采样、显示和控制模型。
电力系统模型包括无穷大电源、电子互感器、断路器、电网节点、传输线路、故障控制电路和负载。
智能电网保护通信模型主要包括GTNET-SV和GTNET-GSE。
搭建的智能电网保护通信模型主要包括GTNET-SV和GTNET-GSE，GTNET-SV模型通常使用SV-V5，通信协议可配置为IEC61850-9-2LE或者IEC61850-9-2协议，IEC61850-9-2LE的SV模块可以配置1个数据流或2个数据流，每个数据流为4个电流和4个电压，采样速率为80或256 Samples/Cycle，IEC61850-9-2的SV模块可以配置发送1个数据流，每个数据流可以配置为1至24通道，通道类型可配置为时间延迟、电压和电流通道，同样RSCAD库中包含GTNET-GSE模型：GOOSE-V2和GOOSE-V5，使用GOOSE-V2能够提供IEC61850 GSSE/GOOSE的通信协议，同时发布4条GOOSE信息，GOOSE-V5可以配置为4个IED。
上述智能电网保护通信模型搭建完毕后，使用RSCAD 内置IEC61850系统配置工具，进行GTNET-GOOSE发送配置和SCD文件的配置工作，在获得某继电保护ICD文件后配置生成全站SCD文件。
在RUNTIME画板搭建采样、显示和控制模型搭建完成后，通过以太网交换机，在主机上使用Wireshark进行SV和GOOSE报文的网络抓包工作，使用线路保护装置完成RCSAD中的短路器控制，并将实验数据和波形用打印机输出。
工作原理首先基于在RCCAD中搭建所研究的电力系统仿真模型，并设置好故障和断路器，将仿真模型编译下载到RTDS硬件板卡中，将多台某线路保护测控装置与RTDS通过某以太网交换机连接。电网模型解算出的电压电流等信号封装成数据包通过IEC61850接口传送到某线路保护测控装置，某线路保护测控装置对输入数据包进行分析处理后通过作出判断，将跳闸信号同样通过IEC61850接口传送给RSCAD电力系统模型中的断路器，从而作出保护动作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台，其特征在于：包括上位机、RTDS实时仿真器、以太网交换机、线路保护装置和打印机，上位机连接到RTDS实时仿真器，RTDS实时仿真器通过以太网交换机连接到线路保护装置，上位机还连接有打印机。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台的仿真方法，其特征在于：该方法为；上位机中设置有RSCAD建模模块、Wireshark网络抓包模块和多个IEC61850文件编辑模块，采用RSCAD建模模块搭建电力系统、控制和显示仿真模型，并将模型编译和下装到RTDS硬件板卡，Wireshark网络抓包模块用于网络数据监控，对以太网交换机所组成的局域网进行监测，多个IEC61850文件编辑模块包括CIDEditor编辑模块和ICDEditor编辑模块，多个IEC61850文件编辑用于修改、配置并生成某线路保护装置CID和ICD文件。
3.根据权利要求2所述的一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台的仿真方法，其特征在于：RSCAD建模模块设置有DRAFT画板和RUNTIME画板，DRAFT画板用于搭建电力系统模型、智能电网保护通信模型和编辑配置IEC61850 GTNETx2板卡的ICD文件和全站SCD文件，RUNTIME画板用于搭建采样、显示和控制模型。
4.根据权利要求3所述的一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台的仿真方法，其特征在于：电力系统模型包括无穷大电源、电子互感器、断路器、电网节点、传输线路、故障控制电路和负载。
5.根据权利要求3所述的一种基于RTDS的智能电网继电保护仿真平台的仿真方法，其特征在于：智能电网保护通信模型主要包括GTNET-SV和GTNET-GSE。
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