CN108536925B - 一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统 - Google Patents

一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108536925B
CN108536925B CN201810235198.XA CN201810235198A CN108536925B CN 108536925 B CN108536925 B CN 108536925B CN 201810235198 A CN201810235198 A CN 201810235198A CN 108536925 B CN108536925 B CN 108536925B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
module
real
time sequence
simulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810235198.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108536925A (zh
Inventor
程成
张能
孙建军
宫金武
孙丽敬
杨爱岭
查晓明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201810235198.XA priority Critical patent/CN108536925B/zh
Publication of CN108536925A publication Critical patent/CN108536925A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108536925B publication Critical patent/CN108536925B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Electricity, gas or water supply

Abstract

本发明涉及一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，尤其是通过RTLAB实时仿真器实现动态全过程实时混合仿真接口的系统。本发明基于已有的实时仿真器RTLAB，通过在平台中搭建机电—电磁混合仿真系统，利用基于MATLAB自带的函数编写接口模块和功能模块自主设计的时序控制模块和数据转换模块进行信号调理。同时，通过外接隔离型数据接口板卡作为平台内部的信号转接，实现了隔离型的机电‑电磁动态全过程实时混合仿真。此外，本接口系统中还包括一种正常稳态和故障暂态下的并行时序控制方法，并根据故障事件自动启动故障时序算法，从而改善了故障时刻基波有效值的提取，有效的提高了混合仿真的精度和计算效率。

Description

一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统
技术领域
本发明涉及动态全过程实时混合仿真领域，涉及一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，尤其是通过RTLAB实时仿真器实现动态全过程实时混合仿真接口系统。
背景技术
随着现代区域电网的规模不断扩大，各个区域的电网关联性增加，以及大量新型电力电子的不断投入，现代电力系统的规模不断扩展，元件构成和运行也日益复杂，对电力系统分析和仿真技术提出了新的挑战。然而，在现有的仿真分析软件即机电暂态分析软件和电磁暂态分析软件中，机电暂态分析软件采用基波、相量、序对系统进行分析，在仿真电力电子设备时均采用准稳态模型模拟，对不关注的部分进行简化，导致仿真的准确性和可靠性降低。而电磁暂态分析软件则基于ABC三相瞬时值表示，系统所有元件动态特性均采用微分方程描述，但由于采用的电磁模型和求解方法，导致仿真的规模不可能太大。
机电-电磁暂态动态全过程实时混合仿真技术克服了上述纯机电暂态仿真与纯电磁暂态仿真技术的固有缺陷，对大规模常规电力系统进行机电暂态仿真，对局部快速响应过程进行电磁暂态仿真。该技术可以较好地解决系统仿真的规模、速度和精度等问题，为具有大量新能源接入、高压直流输电、柔性交流输电、高频电力电子设备的庞大复杂电力系统提供了一种有效实用的实时混合仿真手段。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能够实现隔离型动态全过程实时混合仿真，保证数据传输精度与数据转换的仿真接口系统。
本发明的目的之二是在上述系统中提供一种时序可控制并自动灵活切换的动态全过程实时方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一是：
一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，包括两台RTLAB实时仿真器、两个FPGA模块、PC机和隔离型数据接口板卡；PC机分别与第一RTLAB实时仿真器、第二RTLAB实时仿真器连接，第一RTLAB实时仿真器与第一FPGA模块连接，第二RTLAB实时仿真器与第二FPGA模块连接，第一FPGA模块、第二FPGA模块分别与隔离型数据接口板卡连接；
第一RTLAB实时仿真器包含同步信号模块、时序控制模块、数据转换模块、机电仿真模型；第二RTLAB实时仿真器含同步信号模块、时序控制模块、数据转换模块、电磁仿真模型；每个FPGA模块均包含FPGA时钟同步模块和FPGA信号调理模块；
第一FPGA时钟同步模块与第一同步信号模块连接，第一时序控制模块、第一数据转换模块、机电仿真模型、第一FPGA信号调理模块、第一时序控制模块依次连接；
第二FPGA时钟同步模块与第二同步信号模块连接，第二时序控制模块、第二数据转换模块、电磁仿真模型、第二FPGA信号调理模块、第二时序控制模块依次连接；
所述RTLAB实时仿真器用于进行实时仿真解算；
所述FPGA时钟同步模块和同步信号模块用于两台RTLAB实时仿真器的时间同步；
所述FPGA信号调理模块用于接收及发送RTLAB实时仿真器的传输信号；
所述时序控制模块与RTLAB接口断面相连，对动态全过程的实时混合仿真提供时序控制；
所述两个数据转换模块分别与仿真模型相连，用于将电磁侧瞬时值数据转换为机电侧所需的向量值形式，同时将机电侧向量值转换为电磁侧所需的瞬时值形式；
所述隔离型数据接口板卡作为外置接口板，与FPGA信号调理模块进行数据交互，保证两台实时仿真器之间的信号传输。
所述时序控制模块在时序控制上采用一种时序可控制并自动灵活切换的动态全过程实现方法，利用基于MATLAB自带的函数编写接口模块和功能模块自主设计的时序控制模块，对机电侧和电磁侧两侧的数据进行时序控制；
设定机电仿真步长为电磁仿真步长的整数倍，正常情况下两侧接口交互时刻取为每个机电仿真步长结束时刻，在交互时刻两侧系统互传数据给对侧，故障状态下，自动切换两侧接口交互时刻为两个机电仿真步长结束时刻，两侧仿真计算步长保持不变，在交互时刻两侧系统互传数据给对侧，保证故障情况下两侧的数据计算精度。
所述时序可控制并自动灵活切换的动态全过程实现方法具体步骤如下：
步骤1，在系统正常运行时，时序控制模块未检测到故障状态，则系统采用正常的并行时序交互；
步骤2，两侧同时计算，并行时序交互时，两侧在每个规定的数据交互时刻，两侧进行数据交互；
步骤3，时序控制模块检测到故障状态时，两侧更改数据交互时刻为两个机电步长结束时刻，并在上述时刻进行并行数据交互；
步骤4，时序控制模块检测到系统重新进入稳态后，重新切换为正常情况下的交互时序，直至下一个故障发生或者仿真结束。
所述隔离型数据接口板卡与第一、第二两个FPGA模块通过DB37插座连接，隔离型数据接口板卡包括数模转换器、模数转换器、数字隔离芯片。
本发明采用的技术方案之二是：一种时序可控制并自动灵活切换的动态全过程实现方法。利用基于MATLAB自带的函数编写接口模块和功能模块自主设计的时序控制模块，对两侧数据进行时序控制。设定机电仿真步长为电磁仿真步长的整数倍。正常情况下两侧接口交互时刻取为每个机电仿真步长结束时刻，在交互时刻两侧系统互传数据给对侧。故障状态下，自动切换两侧接口交互时刻为两个机电仿真步长结束时刻，两侧仿真计算步长保持不变，在交互时刻两侧系统互传数据给对侧，保证故障情况下两侧的数据计算精度。具体步骤如下：
步骤1，在系统正常运行时，仿真系统未检测到故障状态，混合仿真实时系统采用正常的并行时序交互；
步骤2，两侧同时计算，并行时序交互时，两侧在每个规定的数据交互时刻，两侧进行数据交互；
步骤3，系统检测到故障状态时，两侧更改数据交互时刻为两个机电步长结束时刻，并在上述时刻进行并行数据交互。
步骤4，系统重新进入稳态后，重新切换为正常情况下的交互时序，直至下一个故障发生或者仿真结束。
本发明的有益效果是：实现了隔离型动态全过程的实时混合仿真，时序自动灵活切换的并行时序方法能够提高仿真精度和仿真效率，隔离型动态全过程实时混合仿真接口提高了混合仿真的准确性、动态性、实时仿真设备安全性，保证了两侧交互数据的同步性。
附图说明
图1为本发明涉及的隔离型动态全过程实时混合仿真的平台系统架构图；
图2为本发明涉及的时序控制原理图；
图3为本发明涉及的接口交互时序图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1中左边的实时仿真器运行机电系统，右边的实时仿真器运行电磁系统。也可以反过来，是根据实时仿真器中运行的模型是机电或者电磁模型来定义的。
通过PC机，在两台RTLAB实时仿真器中分别搭建机电和电磁系统，包括同步信号模块、时序控制模块、数据转换模块、仿真模型。
FPGA通过FPGA时钟同步模块发送时钟同步信号给RTLAB实时仿真器中的同步信号模块，以维持两侧仿真的同步性。
时序控制模块利用基于MATLAB自带的函数编写接口模块和功能模块自主设计，对两侧数据交互进行时序控制；两个时序控制模块中的控制程序相同。
两侧模型数据转换模块先将对侧信息传送至本侧的数据利用数据转换模块转化为本侧能够接受的数据形式，其中电磁侧能接受的数据形式为瞬时值，机电测能接受的数据形式为相量值。转化后的数据由实时仿真器RTLAB发送给FPGA信号调理模块。
隔离型数据接口板卡作为外置接口板，接收并发送FPGA信号调理模块传输的信号。从而实现了两台实时仿真器之间的通讯。
图2是为本发明实施提供的一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口的时序控制方法，。在系统稳态状态下，采用并行的正常时序保证仿真效率。当系统监测到故障情况时，采用并行的故障时序直至系统重新进入稳态或者仿真结束，保证实时性及数据精度。本方法的具体实施步骤如下：
步骤一:仿真开始，时序控制模块检测是否有无故障事件。如果没有，混合仿真按照正常时序开始进行。
步骤二:如果时序控制模块检测到故障事件，时序控制模块判断故障发生时刻位于奇数还是偶数个机电步长。
步骤三:时序控制模块根据步骤二判断，立即进入相应的故障时序，继续混合仿真。
步骤四：时序控制模块判断故障事件是否切除，如果故障事件切除，可自动切换至正常时序。否则，时序控制模块将继续按照故障时序继续运行。
步骤五：仿真结束。
图3是本发明涉及的接口交互时序。本时序为并行时序，取机电仿真步长为电磁仿真步长的整数倍。正常时序中，两侧交互时刻为机电步长结束时刻。故障时序中，接口交互时刻取为两个机电仿真步长结束时刻。具体实施步骤如下：
步骤一，正常时序时，两侧在T0时刻进行数据交互①过程，然后两侧都各自进行运算②过程；
步骤二，若在T1时刻，时序控制模块没有检测到故障事件，则在交互时刻T1再次进行数据交互即③过程，然后两侧各自进行运算④过程；下一个交互时刻若时序控制模块仍然未检测到故障事件，则在T2-T3时间内重复上述过程；
步骤三，若T2时刻时序控制模块检测到系统故障，则时序由正常时序变为故障时序；两侧再次进行数据交互即⑤过程，在T2-T4时间段内并行计算即⑥过程，接下来一直重复步骤三直至故障事件消除。
步骤四，若在T4时刻系统变为稳态，则交互时序重新变为正常时序。

Claims (4)

1.一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，其特征在于：包括两台RTLAB实时仿真器、两个FPGA模块、PC机和隔离型数据接口板卡；PC机分别与第一RTLAB实时仿真器、第二RTLAB实时仿真器连接，第一RTLAB实时仿真器与第一FPGA模块连接，第二RTLAB实时仿真器与第二FPGA模块连接，第一FPGA模块、第二FPGA模块分别与隔离型数据接口板卡连接；
第一RTLAB实时仿真器包含同步信号模块、时序控制模块、数据转换模块、机电仿真模型；第二RTLAB实时仿真器含同步信号模块、时序控制模块、数据转换模块、电磁仿真模型；每个FPGA模块均包含FPGA时钟同步模块和FPGA信号调理模块；
第一FPGA时钟同步模块与第一同步信号模块连接，第一时序控制模块、第一数据转换模块、机电仿真模型、第一FPGA信号调理模块、第一时序控制模块依次连接；
第二FPGA时钟同步模块与第二同步信号模块连接，第二时序控制模块、第二数据转换模块、电磁仿真模型、第二FPGA信号调理模块、第二时序控制模块依次连接；
所述RTLAB实时仿真器用于进行实时仿真解算；
所述FPGA时钟同步模块和同步信号模块用于两台RTLAB实时仿真器的时间同步；
所述FPGA信号调理模块用于接收及发送RTLAB实时仿真器的传输信号；
所述时序控制模块与RTLAB接口断面相连，对动态全过程的实时混合仿真提供时序控制；
所述两个数据转换模块分别与仿真模型相连，用于将电磁侧瞬时值数据转换为机电侧所需的向量值形式，同时将机电侧向量值转换为电磁侧所需的瞬时值形式；
所述隔离型数据接口板卡作为外置接口板，与FPGA信号调理模块进行数据交互，保证两台实时仿真器之间的信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，其特征在于：所述时序控制模块在时序控制上采用一种时序可控制并自动灵活切换的动态全过程实现方法，利用基于MATLAB自带的函数编写接口模块和功能模块自主设计的时序控制模块，对机电侧和电磁侧两侧的数据进行时序控制；
设定机电仿真步长为电磁仿真步长的整数倍，正常情况下两侧接口交互时刻取为每个机电仿真步长结束时刻，在交互时刻两侧系统互传数据给对侧，故障状态下，自动切换两侧接口交互时刻为两个机电仿真步长结束时刻，两侧仿真计算步长保持不变，在交互时刻两侧系统互传数据给对侧，保证故障情况下两侧的数据计算精度。
3.根据权利要求2所述的一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，其特征在于：所述时序可控制并自动灵活切换的动态全过程实现方法具体步骤如下：
步骤1，在系统正常运行时，时序控制模块未检测到故障状态，则系统采用正常的并行时序交互；
步骤2，两侧同时计算，并行时序交互时，两侧在每个规定的数据交互时刻，两侧进行数据交互；
步骤3，时序控制模块检测到故障状态时，两侧更改数据交互时刻为两个机电步长结束时刻，并在上述时刻进行并行数据交互；
步骤4，时序控制模块检测到系统重新进入稳态后，重新切换为正常情况下的交互时序，直至下一个故障发生或者仿真结束。
4.根据权利要求1所述的一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统，其特征在于：所述隔离型数据接口板卡与两个FPGA模块通过DB37插座连接，隔离型数据接口板卡包括数模转换器、模数转换器、数字隔离芯片。
CN201810235198.XA 2018-03-21 2018-03-21 一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统 Active CN108536925B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810235198.XA CN108536925B (zh) 2018-03-21 2018-03-21 一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810235198.XA CN108536925B (zh) 2018-03-21 2018-03-21 一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108536925A CN108536925A (zh) 2018-09-14
CN108536925B true CN108536925B (zh) 2021-03-16

Family

ID=63485020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810235198.XA Active CN108536925B (zh) 2018-03-21 2018-03-21 一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108536925B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109521690A (zh) * 2018-10-16 2019-03-26 武汉职业技术学院 一种基于rtds与rtlab联合实时混合仿真的接口数据传输方法
CN109063408B (zh) * 2018-10-31 2022-04-01 邓宏伟 一种基于直算法的电磁机电暂态仿真方法
CN110879543B (zh) * 2019-12-31 2022-04-15 清华四川能源互联网研究院 一种电力系统的实时混合仿真平台
CN111859700B (zh) * 2020-07-29 2024-04-16 南方电网科学研究院有限责任公司 一种直流输电工程光测量的闭环仿真系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103942372A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 天津大学 基于fpga的有源配电网暂态实时仿真多速率接口方法
CN103995734A (zh) * 2014-06-18 2014-08-20 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 基于rtds的电力系统混合实时仿真系统及仿真方法
CN104993711A (zh) * 2015-05-22 2015-10-21 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种电压暂降过渡过程模拟装置及方法
CN106647324A (zh) * 2016-09-30 2017-05-10 武汉大学 硬件在环混合实时仿真系统接口稳定性改进方法
CN107066732A (zh) * 2017-04-13 2017-08-18 清华大学 面向交直流混合网络的分布式混合仿真分析方法及装置
CN107169244A (zh) * 2017-06-27 2017-09-15 武汉大学 一种机电‑电磁暂态混合仿真接口系统及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7844423B2 (en) * 2006-10-27 2010-11-30 Opnet Technologies, Inc Component-based modeling of wireless mac protocols for efficient simulations
US10503845B2 (en) * 2015-12-28 2019-12-10 Disney Enterprises, Inc. Particle-in-cell methods preserving shearing and rotation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103942372A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 天津大学 基于fpga的有源配电网暂态实时仿真多速率接口方法
CN103995734A (zh) * 2014-06-18 2014-08-20 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 基于rtds的电力系统混合实时仿真系统及仿真方法
CN104993711A (zh) * 2015-05-22 2015-10-21 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种电压暂降过渡过程模拟装置及方法
CN106647324A (zh) * 2016-09-30 2017-05-10 武汉大学 硬件在环混合实时仿真系统接口稳定性改进方法
CN107066732A (zh) * 2017-04-13 2017-08-18 清华大学 面向交直流混合网络的分布式混合仿真分析方法及装置
CN107169244A (zh) * 2017-06-27 2017-09-15 武汉大学 一种机电‑电磁暂态混合仿真接口系统及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Stable and Fast-Transient Performance;孙建军 等;《Energies》;20171011;1-19 *
机电-电磁暂态混合仿真多端口模型的比较分析;杨洋;《电力系统自动化》;20171010;127-134 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108536925A (zh) 2018-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108536925B (zh) 一种隔离型动态全过程实时混合仿真接口系统
CN109614700B (zh) 一种基于数模混合仿真技术的能源互联网仿真系统
CN107255940B (zh) 安全稳定控制装置远程实时仿真系统
CN107169244B (zh) 一种机电-电磁暂态混合仿真接口系统及方法
CN103336460B (zh) 一种电磁机电混合实时仿真数字化接口的控制方法
CN109582004B (zh) 智能检测平台
CN103036216B (zh) 应用于智能化变电站数字化母差保护系统及时钟同步方法
CN110687826B (zh) 一种mmc阀控脉冲分配屏的延时补偿系统
CN110442042B (zh) 电动汽车接入电力电子变压器数字物理混合实时仿真系统
CN102931652B (zh) 模块化多电平柔性直流输电阀控系统与极控系统通信方法
CN210895044U (zh) 一种可灵活接入mmc阀控脉冲分配屏的实时仿真系统
CN104615479A (zh) 一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法
CN105550385B (zh) 一种含分布式电源配电网的小步长暂态仿真方法及系统
CN108984847B (zh) 一种基于分频阻抗补偿的实时数字混合仿真接口方法
Prokhorov et al. Hardware-in-the-loop testbed based on hybrid real time simulator
Yamane et al. Multi-FPGA solution for large power systems and microgrids real time simulation
CN211403814U (zh) 用电信息采集低压台区专变用户仿真装置
CN206211982U (zh) 一种用于电能检测系统的模数转换装置
CN215498427U (zh) 一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器
CN205091555U (zh) 数模混合仿真系统及其接口电路
CN107809168B (zh) 一种气体离心机中频电源同步装置
CN113534770B (zh) 直流输电系统的控制装置的测试系统
CN113110099B (zh) 一种多模式一体化混合实时仿真平台
CN216351097U (zh) 一种变电站继电保护模拟带负荷测试系统
US20230336122A1 (en) Hil testing platform for photovoltaic power station, and ppc performance testing method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant