CN201774252U - 基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台 - Google Patents

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CN2009202960240U
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郭琦
韩伟强
张海波
张东英
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North China Electric Power University
Power Grid Technology Research Center of China Southern Power Grid Co Ltd
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North China Electric Power University
Power Grid Technology Research Center of China Southern Power Grid Co Ltd
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Abstract

本实用新型是一种基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台。包括有操作界面模块(1)、数据显示和控制模块(2)、显示与控制数据库模块(3)，其中操作界面模块(1)与数据显示和控制模块(2)连接，数据显示和控制模块(2)分别于显示与控制数据库模块(3)及RTDS系统连接。上述显示与控制数据库模块(3)还连接有维护工具模块(4)。本实用新型可以直接在电网接线模型上直观地监视电网电压、有功、无功、及开关状态等信息，并直接对电路元件进行操作，只需面对电网接线界面，就可以掌握电网的实时状态。本实用新型是一种设计合理，方便实用的基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台。

Description

基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台
技术领域
本实用新型是一种基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台，属于基于可视化实时仿真系统的电力系统仿真平台的改造技术。
背景技术
实时数字仿真仪(RTDS)是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)开发的专门用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，该装置基于数字信号处理器(DSP)和先进的并行处理技术以维持连续的实时处理，可以对交直流系统进行实时准确的仿真。RTDS系统包括软、硬件两部分。硬件部分由计算机柜和工作站微机组成。其中，计算机柜基本单元为RACK，每个RACK主要有3种功能卡组成：处理器卡TPC、GPC或3PC，工作站接口卡WIF，层间通信卡IRC。工作站微机为上位机，既是人机接口，也是对下位机的控制设备。通过微机可进行编程、控制和各种实时的操作；软件系统囊括了几乎所有物理电力系统元件的精确模型，通过这些基本的元件，用户可以建立需要研究的电力系统网络。我国目前有多家单位引进了规模不等的RTDS系统。其中有诸多电力供应商和主要保护制造厂家如南瑞、国电南自、北京四方、许继等，将RTDS作为产品功能测试的重要手段；还有一些高等院校和电力科研及调度部门，利用RTDS进行电网安全稳定分析、电力系统稳定控制、交直流混合系统研究、直流系统控制研究、潮流分布计算、操作员培训、电网故障分析和仿真计算以及电力系统其它方面的研究。
RTDS建模周期短、灵活性强、频率特性范围大、仿真结果比传统的稳定和精确，已逐步替代传统的物理仿真方式，在国内得到越来越多的认可。
随着RTDS越来越广泛的应用，面向更广泛的用户，对它的方便性也提出了更高的要求。现有RTDS界面分为两部分：
(1)建模平台，用于用户搭建电网模型，设置模型参数和连接关系，可以显示为单线图或三相的接线图。建模后，需要切换到运行平台进行仿真计算。
(2)运行平台，由用户设置需要监视或控制的变量名，在启动仿真后，可由用户调整控制量，并观察这些监视量的瞬时值变化曲线。运行平台与建模平台完全分离，不显示接线图，当电网模型很大，需要监视或控制过多的变量和曲线，用户不得不在运行界面与模型显示界面之间频繁地切换，以将运算结果与图形元件一一对应。这种电网接线与潮流数据显示分离的模式使RTDS的方便性受到了极大地约束。
实用新型内容
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种可以直接在电网接线模型上直观地监视电网电压、有功、无功、及开关状态等信息，并直接对电路元件进行操作，只需面对电网接线界面，就可以掌握电网的实时状态的基于可视化实时仿真系统的电力系统仿真平台。本实用新型设计合理，方便实用。
本实用新型的技术方案是：本实用新型的基于可视化实时仿真系统的电力系统仿真平台，包括有操作界面模块(1)、数据显示和控制模块(2)、显示与控制数据库模块(3)，其中操作界面模块(1)与数据显示和控制模块(2)连接，数据显示和控制模块(2)分别于显示与控制数据库模块(3)及RTDS系统连接。
上述显示与控制数据库模块(3)还连接有维护工具模块(4)。
上述数据显示和控制模块(2)读入RTDS系统的数据并及时显示到操作界面模块(1)，且读入操作界面模块(1)上的电网操作信息，并写入到RTDS系统，实现数据显示和控制模块(2)与RTDS系统之间的数据交换。
上述维护工具模块(4)用于自动生成并维护显示与控制数据库模块(3)，并自动生成需要在操作界面模块(1)上显示的平台数据变量。
上述平台数据变量包括模拟量、开关量数据表。
本实用新型针对RTDS的弊端，用户通过该平台可以直接在电网接线模型上直观地监视电网电压、有功、无功、及开关状态等信息，并直接对电路元件进行操作，只需面对电网接线界面，就可以掌握电网的实时状态。并完全不需要再与RTDS进行交互。本实用新型还提供必要的图形和数据维护工具，使用户可以进行二次开发。当仿真的电力系统结构和规模发生变化时，用户能够利用必要的维护工具修改或重新建立新的仿真对象。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的基于可视化实时仿真系统的电力系统仿真平台，可以在该平台上对电力系统进行事故研究、反事故措施验证和事故预决策等研究，在该平台上还可以对进行电网调度员、变电站运行人员的培训，经二次开发，还可以建成大规模电网的事故反演系统。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型实现的原理图。
具体实施方式
实施例：
本实用新型的结构框图如图1所示，包括有操作界面模块(1)、数据显示和控制模块(2)、显示与控制数据库模块(3)，其中操作界面模块(1)与数据显示和控制模块(2)连接，数据显示和控制模块(2)分别与显示与控制数据库模块(3)及RTDS系统连接。
上述显示与控制数据库模块(3)还连接有维护工具模块(4)。
上述数据显示和控制模块(2)读入RTDS系统的数据并及时显示到操作界面模块(1)，且读入操作界面模块(1)上的电网操作信息，并写入到RTDS系统，实现数据显示和控制模块(2)与RTDS系统之间的数据交换。
上述维护工具模块(4)用于自动生成并维护显示与控制数据库模块(3)，并自动生成需要在操作界面模块(1)上显示的平台数据变量。
本实施例中，上述平台数据变量包括模拟量、开关量数据表。
本实用新型的实现方法如下：用户在操作界面模块(1)绘制好与RTDS系统对应的电网接线后，通过维护工具模块(4)创建显示与控制数据库模块(3)，以及与RTDS系统进行数据交换的模拟量、数字量，并在电网接线上按照RTDS中的对应关系，将各元件与这些模拟量、数字量关联。这样在图形平台与RTDS通信之后就可以保证各数据正确显示。
图形平台与RTDS通信采用如下方法：RTDS通过GTNET卡的通信模块DNP实现基于TCP/IP协议的LAN/WAN的数据通信，与图形平台进行交换数据。
为了满足实时性要求，本实用新型平台中数据的读写采用定时器触发方式，按一定的较短的时间间隔(该时间可灵活设定，如50ms)检测并读取RTDS输出的仿真潮流数据，刷新图形界面，并保存为历史数据。而图形界面输入RTDS的操作数据采用另一定时器触发。本实用新型实现的基本流程如图2所示。
本实用新型针对一个双发电机、双回输电线路，并带有动态负荷的220kv电网模型进行了测试。测试的步骤和内容如下：
(1)在RTDS的运行平台上启动仿真。
(2)在操作界面模块(1)上启动测试过程。在操作界面模块(1)上，可观察到开关状态、功率数据随着RTDS的仿真过程不断刷新。
(3)在操作界面模块(1)上调整原动机出力。在调整的同时，可观察到两个发电机的有功功率和线路上功率的动态变化过程，如果调整合理，最后趋于稳定。当然，也可以选择RTDS调速器模型中其它控制量，来控制发电机的有功出力。
(4)在操作界面模块(1)上调整机端参考电压。在调整的同时，可观察到两个发电机的无功功率和线路上功率的动态变化过程，如果调整合理，最后趋于稳定。选用该控制量，调整范围较小，当然，也可以选择RTDS励磁模型中其它控制量，来控制发电机的无功出力。
(5)在操作界面模块(1)上调整负荷的有功或无功功率。在调整的同时，可观察到两个发电机的功率和线路上功率的动态变化过程，最后趋于稳
(6)在操作界面模块(1)上操作某开关断开。断开后，可观察到两个发电机的功率和线路上功率的动态变化过程，最后趋于稳定。
(7)在仿真过程中，对比操作界面模块(1)和RTDS运行平台的同一个监视数据，数值相同。
测试结果表明，本实用新型基于RTDS的图形平台能够正确、实时地与RTDS交换数据，方便用户利用该图形界面对RTDS的仿真过程进行监视和控制，达到设计要求，该图形平台增强了RTDS的使用方便性，具有很大的实用价值。这种方法也可以发展用于将RTDS与在线EMS连接，研究利用RTDS进行在线仿真。本实用新型平台还具有以下功能：作为RTDS的输入输出图形界面，能够编辑、显示EMS风格的电网接线图及其各种运行参数，能够显示RTDS的实时输出结果。在RTDS仿真过程中，实时采集所有RTDS输出的模拟量信息(电压、功率)，用与SCADA相近的数据刷新频率，输出到图形界面上，能够在图形界面上接收用户的输入数据(操作开关刀闸，调整电源及负荷功率)，将它们送到RTDS，使RTDS能在新的参数下进行仿真模拟；保存RTDS某仿真过程中某些参数的全部历史数据，提供图形化的数据分析工具，包括趋势图、棒图、饼图等。

Claims (4)

1.一种基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台，其特征在于包括有操作界面模块(1)、数据显示和控制模块(2)、显示与控制数据库模块(3)，其中操作界面模块(1)与数据显示和控制模块(2)连接，数据显示和控制模块(2)分别于显示与控制数据库模块(3)及RTDS系统连接。
2.根据权利要求1所述的基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台，其特征在于上述显示与控制数据库模块(3)还连接有维护工具模块(4)。
3.根据权利要求2所述的基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台，其特征在于上述数据显示和控制模块(2)读入RTDS系统的数据并及时显示到操作界面模块(1)，且读入操作界面模块(1)上的电网操作信息，并写入到RTDS系统，实现数据显示和控制模块(2)与RTDS系统之间的数据交换。
4.根据权利要求3所述的基于图形化实时仿真的电力系统仿真研发平台，其特征在于上述维护工具模块(4)用于自动生成并维护显示与控制数据库模块(3)，并自动生成需要在操作界面模块(1)上显示的平台数据变量。 
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102253292A (zh) * 2011-05-20 2011-11-23 重庆电力科学试验研究院 基于rtds的线路继电保护装置功能试验平台及方法
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