CN111176135B - 一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其根据RTDS的可仿真规模，确定边界条件和待建模区域，基于原始已知全网数据进行等值简化获得等值电网数据；基于等值电网数据，在RTDS仿真平台上搭建电网网架，将RTDS电网模型的仿真结果与等值网原始数据进行对比；基于内网机组的聚合结果以及实地调研数据，在就地虚拟盘仿真平台上搭建全动力过程的电源仿真模型；在电源仿真模型中分别增加数据接口模块，同时增装网络通讯接口板卡FPGA；在RTDS仿真模型中搭建数据收发接口模型。该方法利用RTDS自身提供多种数据交互接口，就地虚拟盘仿真软件支持不同类型软硬件接口的集成，通过自主开发数据交互通道的方式，实现两个仿真平台的数据交互。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真技术领域，尤其涉及一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法。
背景技术
我国新能源资源与负荷中心呈现明显的逆向分布特点，再加上新能源本身的随机性和波动性，造成电网对新能源的消纳能力相对薄弱。为了研究促进新能源消纳的相关技术，需要从多源互补、新能源参与调度等多个方面着手开展相关工作。由于电力系统运行具有不可中断性，再加上理论成果和技术的不确定性，因此任何研究成果在得到实际应用前，均需要基于一定的手段和方式进行测试验证。电力系统仿真技术为测试验证提供了良好的基础条件，但现有仿真软件均存在一定的技术瓶颈，与实际电网的数据和测试环境存在较大的偏差，由此获得的结论并不能给电网运行提供友好的技术支撑。此外，随着新能源的规模化开发，现有水火等常规调频机组已不能为电网的可靠运行提供充分的备用容量，因此将新能源机组融入调度体系是目前的研究热点之一。然而研究新能源机组的可控性，势必要对新能源机组动力系统部分进行数字模拟，因此设计含电源全动力过程的实时仿真模型，可为促进新能源并网技术的测试验证提供良好的模型环境。
电力系统仿真领域的基础平台各有不同的侧重点，其中RTDS(Real Time DigitalSimulator，实时数字仿真器)具有良好的可扩展性和实时性，在系统级闭环控制、实际装置测试等方面得到了广泛的应用。但该仿真平台价格昂贵，且可仿真规模受限于其硬件资源，若将各类型电源的全动力过程考虑进来，势必会影响电网部分的仿真规模。
因此综合考量经济性和模型准确性等多方面因素，本发明提供的方法中利用RTDS作为电网模型的构建平台，电源模型的构建则基于另一套仿真平台实现，即就地虚拟盘仿真软件，由于两套仿真平台具有相互独立性，但RTDS自身提供多种数据交互接口，就地虚拟盘仿真软件提供的图形组态工具具有良好的稳定性、开放性和通用性，支持不同类型软硬件接口的集成，因此可以通过自主开发数据交互通道的方式，实现两个仿真平台的数据交互，最终构建出包含电源动力过程的实时仿真模型。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，在实验室环境下模拟出与实际电网运行工况一致的工作模式，为研究风电参与调度控制、多源互补等相关技术工作提供良好的模型和数据环境。
为实现上述目的，本发明提供一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，包括：
步骤1：选择研究对象，对电源和电网数据进行采集；
步骤2：根据RTDS的可仿真规模，确定边界条件和待建模区域，基于原始已知全网数据进行等值简化工作，包括外网的等值简化和内网的同调聚合，获得等值电网数据；
步骤3：基于等值电网数据，在RTDS仿真平台上搭建电网网架，电源节点暂时用电压源代替，初始条件与等值电网某断面一致，将RTDS电网模型的仿真结果与等值网原始数据进行对比，以验证所搭建RTDS电网模型的准确性；
步骤4：基于内网机组的聚合结果以及实地调研数据，在就地虚拟盘仿真平台上搭建全动力过程的电源仿真模型，并进行单机响应测试，以保证电源模型可以复现出与实际机组比较一致的动态行为；
步骤5：在电源仿真模型中分别增加数据接口模块，同时增装网络通讯接口板卡FPGA，编写可实现FPAG板卡与其他硬件设备进行数据交互的底层通讯代码，以及方便进行数据维护的人机操作界面后台代码；
步骤6：在RTDS仿真模型中搭建数据收发接口模型；
步骤7：分别在RTDS仿真模型和电源仿真模型中设置同一断面下的初始条件，分别启动电网模型和电源模型，待仿真模型的运行状态平稳后，进行模型同步，并切除RTDS仿真模型中的电压源。
进一步，步骤1中，根据研究对象中包含的电源类型，进行实地考察和数据采集，并获取某年度运行方式下的电网数据。
进一步，步骤2包括：
步骤201：统计实时数字仿真器RTDS的硬件资源，确定可仿真规模；
步骤202：根据研究需要以及RTDS可仿真规模，确定保留区域和边界条件；
步骤203：根据边界条件，对外部区域进行静态等值简化；
步骤204：统计保留区域内的电源类型，以及相同类型电源的同调性，对同调机组进行参数聚合；
步骤205：综合外网等值结果和内网聚合结果，形成等值网数据文件；
步骤206：从静态安全分析和暂态稳定计算两个方面，分别对原始全网数据和等值网数据进行仿真计算，验证等值结果的正确性，若存在较大偏差，则重复执行步骤203和步骤204。
进一步，步骤3包括：
步骤301：统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK支持的最大可仿真节点数；
步骤302：根据统计结果，将等值网进行分块，跨RACK的线路应为以集中参数表示的长线路；
步骤303：以RACK为单位进行网架模型的搭建以及电源节点运行条件的设定，网架模型包括母线、变压器、输电线路模型，电源节点以电压源形式接入，并在出口处设置断路器；
步骤304：将电压源的初始条件设置为等值网某断面的状态，在RTDS的潮流计算工具进行模型验证；
步骤305：若潮流计算结果与等值网一致，则切换到RTDS的运行界面上，根据数据监控的需要，设置多种数据监控形式，启动RTDS电网仿真模型，选择关键电气量的量测信息，与等值网断面数据进行对比，再次确认RTDS模型的正确性。
进一步，步骤4包括：
步骤401：根据不同类型机组的物理机理搭建相应的动力系统过程，利用就地虚拟盘仿真平台提供的友好人机界面，使用组态工具绘制并搭建电源仿真模型，其中风电以场为单位进行设计，采用分布式仿真机机群，常规水火电则以机组为单位进行设计和建模；
步骤402：在电源出口处接入电压源，选择典型电厂故障，在仿真模型中进行故障复现，记录仿真模型的动态响应行为；
步骤403：将仿真模型的动态响应数据，与现场采集数据进行对比分析，根据对比结果，对电源仿真模型进行优化调整。
进一步，步骤5包括：
步骤501：利用Socket套接字开发基于TCP/IP的客户端/服务器模式，作为电源仿真模型所在节点的接口模块，该接口模块作为虚拟的数据收发装置，实现电源仿真模型与其他外部数据源的数据交互；
步骤502：在电源仿真模型所在的局域网环境下，增设一个计算机节点，用于放置网络通讯接口板卡FPGA，并通过百兆光纤与RTDS侧的GTFPGA板卡建立硬件连接，同时开发底层通讯代码，实现FPGA板卡与GTFPGA板卡的双向数据交互；
步骤503：将FPGA板卡所在节点通过网线连接在电源仿真模型所在局域网环境中，利用Socket套接字开发基于TCP/IP的客户端/服务器工作模式，与电源仿真模型所在节点建立数据联系；
步骤504：开发人机操控界面，方便进行数据收发管理。
进一步，步骤6包括：
步骤601：统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK需要通信的数据量，确定网络通讯接口板卡GTFPGA的安装位置；
步骤602：在安装有网络通讯接口卡GTFPGA的计算单元RACK上加入相应的接口模块，根据数据交互的需要，进行变量名和变量类型的编辑；
步骤603：利用RTDS自定义模块，设计功率源式的电源接口模块，该模块的输入量来自电源仿真模型送出的出力状态，其输出端与电源接入点通过断路器进行电气联系；
进一步，步骤7包括：
步骤701：根据等值网某断面条件，对RTDS仿真模型中的电压源和负荷状态进行设置，仿真启动时电源接口模块是断开状态；
步骤702：根据同一断面条件，对电源仿真模型进行启动条件的设定，其出口条件以电压源形式表示和限定；
步骤703：RTDS仿真模型和电源仿真模型进入平稳状态后，将电源仿真模型的出力工况通过接口模块接入RTDS仿真模型；
步骤704：监视电源接入点的电压源出力状态，若电压源出力接近于可忽略不计，断开其出口断路器，将电压源从电网模型中切除。
进一步，电网数据包括网架结构、一次设备静态和暂态参数。
进一步，在进行同调性判别时，选择手工划分法。
本发明提供的实时仿真模型构建方法，可以实现电源全动力过程的详细仿真，有效保障了电源模型的准确性；且电源模型所在仿真环境具有良好的扩展性，支持新功能模块的集成，为研究风电场参与调度控制的相关技术提供了良好的模型条件；电网模型所在平台RTDS支持实际装置的接入，并提供GTNET等数字型接口板卡，可实现仿真断面的实时外送，在装备研发测试以及与调度EMS系统构建系统级闭环控制环境等方面提供了便利；电源仿真模型在独立的仿真环境中实现，仅以功率源接口模块的形式在RTDS仿真资源中占用较小的计算空间，有效缓解因RTDS计算资源而受限的电网仿真规模，可最大限度的保留研究对象的动态特性。
本发明提供的方法中包含的基础平台具有良好的扩展性和兼容性，支持新功能模块的集成，可以根据研究需要，接入实际物理装置或其他终端系统，或开发新的功能模块，使得仿真模型得到最大化的利用。
附图说明
图1是本发明的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法流程图；
图2是本发明提供的构建方法所需硬件环境的结构示意图；
图3是本发明提供的电源仿真节点所在局部环境下的数据交互流程图；
图4是本发明提供的RTDS电网模型与GTFPGA板卡之间的数据交互流程图；
图5是本发明提供的RTDS电网模型中功率式电源接口模块的实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法流程图，图2是本发明提供的构建方法所需硬件环境的结构示意图。参考图1和图2，本发明提供的含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法包括：
步骤1：选择研究对象，对电源和电网数据进行采集；
根据研究对象中包含的电源类型，进行实地考察和数据采集，并获取某年度运行方式下的电网数据，包括网架结构、一次设备静态和暂态参数。
作为仿真模型搭建的基础数据，采集得到的电源和电网数据应具有较高的准确性，且考虑到数据的通用性，电网相关数据可以通过相关单位直接获得，一般是BPA格式的数据文件，该数据文件中包含了简单的电源模型，电源部分的其他详细数据既可以从电厂的试验数据中提取。
步骤2：根据RTDS的可仿真规模，确定边界条件和待建模区域，基于原始已知全网数据进行等值简化工作，包括外网的等值简化和内网的同调聚合，获得等值电网数据；
步骤201：统计实时数字仿真器RTDS的硬件资源，确定可仿真规模；
根据RTDS硬件资源确定可仿真规模时，需考虑两个方面，一是所配置处理器型号及其可处理的最大节点数，一是拟搭建的电网模型中控制元件及各种数据接口模块可能占用的计算空间，因此最终确定的仿真规模应小于RTDS可仿真的最大节点数。
步骤202：根据研究需要以及RTDS可仿真规模，确定保留区域和边界条件；
确定边界条件的基本原则是在满足研究需要和RTDS可仿真规模的前提下，避免造成难度较大的等值简化工作。
步骤203：根据边界条件，对外部区域进行静态等值简化。
等值简化工作直接基于电网数据进行，可不考虑电源的其他试验数据。由于电网数据的存储格式为BPA，BPA软件本身提供网络化简功能，操作简单方便，也可避免数据转换造成不必要的工作量，因此在进行静态等值简化时，可优先选择BPA的网络化简功能。网络化简的基本前提是稳态潮流一致，因此所得等值简化结果与原始数据的静态特性和动态特性基本一致，在验证其动态特性时，可通过设置相同类型的故障，对比同一电气量在故障前后的动态响应曲线。
步骤204：统计保留区域内的电源类型，研究相同类型电源的同调性，对同调机组进行参数聚合；
电源的同调性是指动态过程中部分发电机动态行为存在相似性，具体表现为机组功角摇摆曲线之间具有较高的接近度。在进行同调性判别时，可优先选择手工划分法，该方法依赖于运行经验，而经验的获得是基于大量暂态稳定仿真计算，在外网基本结构没有发生较大变化时，电源间的同调性不会发生明显的改变。
同调机组的参数聚合包括同调发电机及其调节系统模型和参数的聚合，调节系统包括励磁调节器和调速器、原动机、PSS，可通过Powell优化法和加权平均法相结合的方式进行。
实际电网中风电以场群的形式，通过一个汇入点集中接入电网，且由于现有仿真软件本身存在的缺陷，并不能完整的复现出风电场的模型，因此风电是以场群为单位进行同调性的判别，所依赖的数据为实地调研结果，包括风电场内包含的机组类型及电厂试验数据。
步骤205：综合外网等值结果和内网聚合结果，形成等值网数据文件；
步骤206：从静态安全分析和暂态稳定计算两个方面，分别对原始全网数据和等值网数据进行仿真计算，验证等值结果的正确性，若存在较大偏差，则重复执行步骤203和步骤204。
步骤3：基于等值电网数据，在RTDS仿真平台上搭建电网网架，电源节点暂时用电压源代替，初始条件与等值电网某断面一致，将RTDS电网模型的仿真结果与等值网原始数据进行对比，以验证所搭建RTDS电网模型的准确性；
步骤301：统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK支持的最大可仿真节点数；
步骤302：根据统计结果，将等值网进行分块，跨RACK的线路应为以集中参数表示的长线路。否则会影响仿真步长，进而影响仿真结果；
步骤303：以RACK为单位进行网架模型的搭建以及电源节点运行条件的设定，网架模型包括母线、变压器、输电线路等一次设备的模型，电源节点以电压源形式接入，并在出口处设置断路器；
步骤304：将电压源的初始条件设置为等值网某断面的状态，在RTDS的潮流计算工具进行模型验证；
步骤305：若潮流计算结果与等值网一致，则切换到RTDS的运行界面上，根据数据监控的需要，设置多种数据监控形式，启动RTDS电网仿真模型，选择关键电气量的量测信息，与等值网断面数据进行对比，再次确认RTDS模型的正确性。
步骤4：基于内网机组的聚合结果以及实地调研数据，在就地虚拟盘仿真平台上搭建全动力过程的电源仿真模型，并进行单机响应测试，以保证电源模型可以复现出与实际机组比较一致的动态行为；
步骤401：根据不同类型机组的物理机理搭建相应的动力系统过程，利用就地虚拟盘仿真平台提供的友好人机界面，使用组态工具绘制并搭建电源仿真模型，其中风电以场为单位进行设计，采用分布式仿真机机群，常规水火电则以机组为单位进行设计和建模；
步骤402：在电源出口处接入电压源，选择典型电厂故障，在仿真模型中进行故障复现，记录仿真模型的动态响应行为；
步骤403：将仿真模型的动态响应数据，与现场采集数据进行对比分析，根据对比结果，对电源仿真模型进行优化调整。
步骤5：在电源仿真模型中分别增加数据接口模块，同时增装网络通讯接口板卡FPGA，编写可实现FPAG板卡与其他硬件设备进行数据交互的底层通讯代码，以及方便进行数据维护的人机操作界面后台代码；
步骤501：利用Socket套接字开发基于TCP/IP的客户端/服务器模式，作为电源仿真模型所在节点的接口模块，该接口模块作为虚拟的数据收发装置，实现电源仿真模型与其他外部数据源的数据交互；
步骤502：在电源仿真模型所在的局域网环境下，增设一个计算机节点，用于放置网络通讯接口板卡FPGA，并通过百兆光纤与RTDS侧的GTFPGA板卡建立硬件连接，同时开发底层通讯代码，实现FPGA板卡与GTFPGA板卡的双向数据交互；
步骤503：将FPGA板卡所在节点通过网线连接在电源仿真模型所在局域网环境中，利用Socket套接字开发基于TCP/IP的客户端/服务器工作模式，与电源仿真模型所在节点建立数据联系；
步骤504：开发人机操控界面，方便进行数据收发管理。
步骤6：在RTDS仿真模型中搭建数据收发接口模型。数据收发接口模型用于实现不同类型电源数据的外部输入和内部输出；
步骤601：统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK需要通信的数据量，确定网络通讯接口板卡GTFPGA的安装位置；
在实际应用中，通信的变量通常以模拟信号状态量为主，因此为提高通信效率，预安装GTFPGA卡的RACK应满足：首先，与该RACK通过层间通信卡卡直接通信的所有RACK(包含该RACK)上参与通信的模拟信号状态量的数量总和应尽可能的大；其次，该RACK本身参与通信的模拟信号状态量尽可能的大。
步骤602：在安装有网络通讯接口卡GTFPGA的计算单元RACK上加入相应的接口模块，根据数据交互的需要，进行变量名和变量类型的编辑；
由于GTFPGA板卡只能与一个计算单元RACK有直接物理连接，但考虑到单个RACK计算资源的限制，不可能将所有电源接入点布置在同一个RACK上，而RACK之间的变量传输需要增设输入输出模块。RTDS电网模型与GTFPGA板卡之间的数据交互流程见图4，图中左行数据为RTDS仿真数据，右行数据为电源方正数据。因此与GTFPGA板卡有直接物理连接的处理器所在Rack上的所有变量，可以直接在GTFPGA板卡对应的接口模块中进行变量名和变量类型的编辑，但如果变量不直接属于该Rack，则需要通过输入输出模块，将其他Rack上的变量输出到该Rack，再进行与GTFPGA的关联编辑。同样地，外部控制的变量，直接通过GTFPGA接口模块写入RTDS电网模型，如果所控变量不属于与GTFPGA有直接物理联系的Rack，则需要先经过输出模块，再通过输入模块写入相应的Rack。
步骤603：利用RTDS自定义模块，设计功率源式的电源接口模块，该模块的输入量来自电源仿真模型送出的出力状态，其输出端与电源接入点通过断路器进行电气联系；
本发明提供的电源接口模块具体实现流程见图5，该模块通过采集电源接入点的三相电压，依次经过dq变换和相序变换，首先计算得到三相基波正序电压，然后利用功率、电压和电流三者之间的关系，利用电源仿真模型送出的有功和无功出力，计算得到三相基波电流。
步骤7：分别在RTDS仿真模型和电源仿真模型中设置同一断面下的初始条件，分别启动电网模型和电源模型，待仿真模型的运行状态平稳后，进行模型同步，并切除RTDS仿真模型中的电压源。
步骤701：根据等值网某断面条件，对RTDS仿真模型中的电压源和负荷状态进行设置，仿真启动时电源接口模块是断开状态；
步骤702：根据同一断面条件，对电源仿真模型进行启动条件的设定，其出口条件以电压源形式表示和限定；
步骤703：RTDS仿真模型和电源仿真模型进入平稳状态后，将电源仿真模型的出力工况通过接口模块接入RTDS仿真模型；
步骤704：监视电源接入点的电压源出力状态，若电压源出力接近于可忽略不计，断开其出口断路器，将电压源从电网模型中切除。
下面以新疆电网风资源丰富且风电场装机容量较大的哈密地区为研究对象，说明本发明的具体实施方案。
新疆电网隶属于西北区域电网，可获得的电网数据文件中包含了西北区域的所有网架数据，根据可用RTDS硬件资源，统计其可仿真的最大节点数为288个三相节点，但考虑拟建模区域内包含的各种控制元件和数据接口模块可能占用的计算空间，最终确定的保留区域所包含的节点数应控制在200以内。
在网络化简等值步骤中，首先采用BPA软件进行网络简化，限制条件为保留哈密地区所有节点，若出现化简结果不收敛的现象，则适当扩展保留节点，一般选择在边界节点处延伸1-2个外部节点。基于BPA网络化简功能得到的等值网模型所包含的节点数仍远远超出RTDS的可仿真规模，考虑到大部分220kV及以下网络为负荷汇入区，且以辐射网形式存在，因此若某负荷密集区不包含电磁环网，将负荷节点上缩至220kV甚至500kV网络中。对负荷网络进行等效简化后，电网规模仍然与预期目标存在一定距离，对保留区域内的电源类型和数量进行统计后，进行同调识别和参数聚合，最终确定的等值网规模为146个节点，包含5个风电场接入点，15台火电，4台水电。
在电网模型搭建步骤中，根据各计算单元RACK的计算能力，对等值网进行分块，分块时应将长线路作为断点，否则会影响模型的仿真步长。以计算单元RACK为单位分别搭建网架结构和相关一次设备模型，电源接入点暂时以电压源代替，初始条件按照等值网潮流进行设定，同时与其他计算单元有直接电气联系的节点也用电压源进行状态设置，模型编译成功后，利用RTDS提供的潮流计算工具进行稳态计算，将潮流计算结果与等值网潮流做对比，若出现严重偏差，重点检查输电线路和变压器的参数录入是否正确。所有计算单元的模型搭建完毕后，将RACK之间的边界节点所连电压源去掉，对模型进行编译，编译成功后进行潮流计算，并与等值网潮流结果进行对比。
在GTFPGA接口模块搭建步骤中，统计各RACK与外部电源仿真模型之间的数据交互，将GTFPGA安装在通信数据量较多的RACK上，同时在该RACK的电网模型中增加GTFPGA板卡对应的接口模块，在其他RACK上增设输入输出模块，同时在与GTFPGA板卡有直接物理连接的RACK增加一一对应的输入输出模块，最后在GTFPGA接口模块中进行变量名和变量类型的编辑。
在电源接口模块搭建步骤中，首先利用附图5提供的流程图，在RTDS的自定义模块中用C语言编写后台代码，并设计合适的模块图标，包含5个输入端子，分别用于接收电源仿真模型送出的有功和无功出力，以及电源接入点的三相电压，三个输出端子，与电源接入点的三相电网模型直接相连。电源接口模块编译成功后，在用户模式下将该接口模块加入库中，在不同的电源接入点处增加该电源接口模块，输出端子直接与接入点相连，输入端子按照不同要求，分别接收经GTFPGA接口模块转发的有功和无功值，以及实际采集得到的接入点三相电压。
在电源仿真环境构建步骤中，根据功能需求配置两种类型的硬件节点，一种硬件节点专门用于运行电源仿真模型，根据电源类型设置多个节点，考虑到计算能力，该节点的底层硬件设置为高性能服务器，另一种硬件节点用于安装FPGA板卡并运行接口代码程序，作为数据收发中心，建立电源仿真模型和电网仿真模型之间的数据交互，该节点对数据处理能力要求不高，因此以普通计算机节点的形式存在。上述两种节点通过普通网口连接至同一集线器或交换机。
在电源仿真模型搭建步骤中，按照电源类型分别进行设计开发。火电仿真模型完全真实再现实际机组的逻辑关系，仿真对象包括：锅炉汽水系统、风烟系统、制粉燃烧系统、汽轮机本体及调速控制系统，能实现机组各种运行工况的仿真，包括各种启停操作、正常运行和故障运行工况的仿真。风电以场的形式进行模型构建，根据实际风电场的动力过程和电气运行情况，包含风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、变流器模型，以及各种辅助控制模块。水电仿真模型包含水轮机、调速系统、油系统、冷却水系统、水口闸门、尾水事故闸门、压缩空气系统等。
在电源数据接口开发步骤中，FPGA板卡是电源仿真模型与电网仿真模型之间实现数据交互的关键设备，该板卡具有热拔插的特征，可通过计算机主板提供的PCI插槽建立物理连接。FPGA板卡在计算机主板上固定后，通过一条光纤与RTDS侧的GTFPGA板卡建立物理联系。考虑到数据交互的需求，电源侧数据接口模块需同时具备接收和发送的功能，因此在利用Socket套接字开发基于TCP/IP的工作模式时，在电源仿真节点和配置有FPGA板卡的节点上均需配置成客户端/服务器模式，并根据数据收发的需求，自动切换工作模式，图3示出了电源仿真节点所在局部环境下的数据交互流程。图中，上行数据为来自RTDS仿真模型，包括电源接入点线电压、电源实际出力；下行数据为来自电源仿真模型，包括电源出力。
在电源电网模型同步步骤中，基于同一潮流断面，对电源和电网设置初始启动条件，其中电网中电源接入点用电压源进行状态固定，而电源接口模块暂时不接入电网中，分别启动两侧仿真模型，实时观察两侧数据接口模块接收到的数据是否与对端的仿真结果一致。待两侧仿真模型的运行状态平稳后，且数据传输不存在跳变等现象，将电网侧电源接口模块出口处的断路器闭合，此时电源和电网仿真模型的仿真结果均会出现短时的波动，待波动结束后，观察电网侧电源接入点处电压源的出力情况，若其出力接近于0或相对于实际电源出力可忽略不计，则断开该电压源出口处的断路器。最终切除电网仿真模型中的所有电压源，从而实现了电源仿真模型和电网仿真模型的同步运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，包括：
步骤1：选择研究对象，对电源和电网数据进行采集；
步骤2：根据RTDS的可仿真规模，确定边界条件和待建模区域，基于原始已知全网数据进行等值简化工作，包括外网的等值简化和内网的同调聚合，获得等值电网数据；
步骤3：基于等值电网数据，在RTDS仿真平台上搭建电网网架，电源节点暂时用电压源代替，初始条件与等值电网某断面一致，将RTDS电网模型的仿真结果与等值电网原始数据进行对比，以验证所搭建RTDS电网模型的准确性；
步骤4：基于内网机组的聚合结果以及实地调研数据，在就地虚拟盘仿真平台上搭建全动力过程的电源仿真模型，并进行单机响应测试，以保证电源模型可以复现出与实际机组比较一致的动态行为；
步骤5：在电源仿真模型中分别增加数据接口模块，同时增装网络通讯接口板卡FPGA，编写可实现FPAG板卡与其他硬件设备进行数据交互的底层通讯代码，以及方便进行数据维护的人机操作界面后台代码；
步骤6：在RTDS仿真模型中搭建数据收发接口模型；
步骤7：分别在RTDS仿真模型和电源仿真模型中设置同一断面下的初始条件，分别启动电网模型和电源模型，待仿真模型的运行状态平稳后，进行模型同步，并切除RTDS仿真模型中的电压源。
2.根据权利要求1所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于：所述步骤1中，根据研究对象中包含的电源类型，进行实地考察和数据采集，并获取某年度运行方式下的电网数据。
3.根据权利要求2所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤201：统计实时数字仿真器RTDS的硬件资源，确定可仿真规模；
步骤202：根据研究需要以及RTDS可仿真规模，确定保留区域和边界条件；
步骤203：根据边界条件，对外部区域进行静态等值简化；
步骤204：统计保留区域内的电源类型，以及相同类型电源的同调性，对同调机组进行参数聚合；
步骤205：综合外网等值结果和内网聚合结果，形成等值电网数据文件；
步骤206：从静态安全分析和暂态稳定计算两个方面，分别对原始全网数据和等值电网数据进行仿真计算，验证等值结果的正确性，若存在较大偏差，则重复执行步骤203和步骤204。
4.根据权利要求3所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤301：统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK支持的最大可仿真节点数；
步骤302：根据统计结果，将等值电网进行分块，跨RACK的线路应为以集中参数表示的长线路；
步骤303：以RACK为单位进行网架模型的搭建以及电源节点运行条件的设定，网架模型包括母线、变压器、输电线路模型，电源节点以电压源形式接入，并在出口处设置断路器；
步骤304：将电压源的初始条件设置为等值电网某断面的状态，在RTDS的潮流计算工具进行模型验证；
步骤305：若潮流计算结果与等值电网一致，则切换到RTDS的运行界面上，根据数据监控的需要，设置多种数据监控形式，启动RTDS电网仿真模型，选择关键电气量的量测信息，与等值电网断面数据进行对比，再次确认RTDS模型的正确性。
5.根据权利要求4所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤401：根据不同类型机组的物理机理搭建相应的动力系统过程，利用就地虚拟盘仿真平台提供的友好人机界面，使用组态工具绘制并搭建电源仿真模型，其中风电以场为单位进行设计，采用分布式仿真机机群，常规水火电则以机组为单位进行设计和建模；
步骤402：在电源出口处接入电压源，选择典型电厂故障，在仿真模型中进行故障复现，记录仿真模型的动态响应行为；
步骤403：将仿真模型的动态响应数据，与现场采集数据进行对比分析，根据对比结果，对电源仿真模型进行优化调整。
6.根据权利要求5所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于，所述步骤5包括：
步骤501：利用Socket套接字开发基于TCP/IP的客户端/服务器模式，作为电源仿真模型所在节点的接口模块，该接口模块作为虚拟的数据收发装置，实现电源仿真模型与其他外部数据源的数据交互；
步骤502：在电源仿真模型所在的局域网环境下，增设一个计算机节点，用于放置网络通讯接口板卡FPGA，并通过百兆光纤与RTDS侧的GTFPGA板卡建立硬件连接，同时开发底层通讯代码，实现FPGA板卡与GTFPGA板卡的双向数据交互；
步骤503：将FPGA板卡所在节点通过网线连接在电源仿真模型所在局域网环境中，利用Socket套接字开发基于TCP/IP的客户端/服务器工作模式，与电源仿真模型所在节点建立数据联系；
步骤504：开发人机操控界面，方便进行数据收发管理。
7.根据权利要求6所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于，所述步骤6包括：
步骤601：统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK需要通信的数据量，确定网络通讯接口板卡GTFPGA的安装位置；
步骤602：在安装有网络通讯接口卡GTFPGA的计算单元RACK上加入相应的接口模块，根据数据交互的需要，进行变量名和变量类型的编辑；
步骤603：利用RTDS自定义模块，设计功率源式的电源接口模块，该模块的输入量来自电源仿真模型送出的出力状态，其输出端与电源接入点通过断路器进行电气联系。
8.根据权利要求7所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于，所述步骤7包括：
步骤701：根据等值电网某断面条件，对RTDS仿真模型中的电压源和负荷状态进行设置，仿真启动时电源接口模块是断开状态；
步骤702：根据同一断面条件，对电源仿真模型进行启动条件的设定，其出口条件以电压源形式表示和限定；
步骤703：RTDS仿真模型和电源仿真模型进入平稳状态后，将电源仿真模型的出力工况通过接口模块接入RTDS仿真模型；
步骤704：监视电源接入点的电压源出力状态，若电压源出力接近于可忽略不计，断开其出口断路器，将电压源从电网模型中切除。
9.根据权利要求2所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于：所述电网数据包括网架结构、一次设备静态和暂态参数。
10.根据权利要求3所述的一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法，其特征在于：在进行同调性判别时，选择手工划分法。
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