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数字动态实时仿真系统简介 |
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| 数字动态实时仿真系统简介 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:20:45  |
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1 南京工程学院 2 殷图科技发展有限公司 3国电南瑞科技股份有限公司 李升1 韩念杭1 李干林1 胡明亮2 周仲晖2 邓新华3
摘要：数字仿真技术是以计算机为主体，采用数学模型和数值算法，对电力系统进行模拟的技术。该文主要介绍了这一技术的原理及在南京工程学院的应用情况。
关键词：数字动态实时仿真；DDRTS；变电站综合自动化
中图分类号：TM743 文献标志码:A 文章编号:1003-0867(2006)01-0030-02
在电力系统中为验证新的控制、保护等装置的性能，在安装、投运之前需要对其进行实时仿真测试，以确定其是否满足设计要求。而电力系统实时仿真是指实时模拟电力系统各类运行过程，并能接入实际物理装置进行试验的电力系统仿真方式，具体的可分为传统动模（动态模拟）试验方式、数模混合仿真方式和实时数字仿真方式。动模试验是一种物理模拟方式（物理仿真），应用相似理论建立缩小的物理模型来模拟实际的电力系统，随着仿真系统规模的扩大，系统情况的复杂，建立动模试验的投资也越大，建设周期也越长，因而限制了动模试验方式的进一步发展。数模混合仿真方式和动模试验方式的主要区别是将电机等旋转元件采用数字元件模拟，在功能上有了较大的提高，但模拟的系统规模仍受限制。数字仿真是以计算机为主体，采用数学模型和数值算法对电力系统进行模拟，具有安全、经济、方便等优点。数字仿真分为离线仿真和实时仿真，其中实时数字仿真是近年来研究和应用的热点之一。随着电力系统数字仿真和DSP技术的发展，出现了实时数字仿真测试系统，如加拿大RTDS公司的RTDS系统、法国EDF公司的ARENE系统、加拿大魁北克TEQSIM 公司的HYPERSIM系统等。
数字动态实时仿真系统DDRTS（Digital Dynamic Real-Time Simulator）是由深圳殷图科技发展有限公司、东北电力调度通信中心和清华大学电机系共同研发的一种全数字化的电网实时仿真与闭环试验系统。DDRTS基于微机开放式的体系结构和全中文图形化电力系统仿真软件，用于模拟电力系统的电磁暂态和机电暂态过程：一方面可以进行电力系统仿真研究；另一方面可应用于保护、控制等装置的实时闭环测试。
1 DDRTS的系统构成及闭环试验原理
DDRTS系统是大型软件系统与复杂硬件系统的结合体，它通过高速通信系统与信号转换及输入输出系统同外部设备相连，可进行继电保护装置、安全自动装置以及测量与控制装置的实时闭环试验。DDRTS进行闭环试验研究的原理如图1所示。其工作过程为：利用电网电磁暂态仿真软件NETSP，在计算机上建立数字仿真系统；计算机对所模拟系统进行动态实时仿真，并将待测装置试验所需的电压、电流等信号经高速通信系统输出，通过信号转换（D/A）及输入输出（I/O）系统的数模转换和电压、电流功率放大器送入待测装置以进行装置的试验研究；待测装置的响应信号可通过信号转换（A/D）及输入输出（I/O）系统实时反馈回计算机，从而形成闭环试验。
图1 DDRTS系统闭环试验原理示意图
DDRTS系统的软件运行平台为WINDOWS 2000/XP，主要由以下几个部分组成：
（1）大型电力系统电磁暂态仿真计算软件NETSP：NETSP是EMTP类的数字仿真程序，可进行电网电磁暂态的离线仿真和实时仿真，并在实时仿真的基础上实现外部装置的闭环试验研究。
（2）图形化电力系统仿真建模系统：包括全中文友好的图形化界面、系统元件的拓扑关系以及参数输入、系统仿真的图形化输出，以及后台数据库管理等模块。
（3）实时仿真进程控制系统：包括实时通信、同步控制、底层硬件驱动以及信号转换和输入输出处理等模块。
（4）DDRTS系统辅助功能模块：包括静态继电器测试模块、信号发生及谐波测试模块、实时回放测试模块以及系统硬件配置模块等。
DDRTS系统的硬件组成包括以下几个部分：
（1）微机：采用高速微处理器，以提升仿真计算速度。
（2）高速信号通信系统：核心为基于数字信号处理器（DSP）和PCI总线技术的通信卡，用于微机与信号转换及输入输出系统之间的数据通信。同微机CPU构成了DDRTS系统的双处理器体系结构。两个处理器并行工作，大大增加了微机CPU的仿真计算利用率，从而显著提高了系统实时仿真的速度。
（3）信号转换及输入输出系统：包括数字量与模拟量之间的转换，以及开关量的输入输出，模拟、数字量的转换均采用高精度的16位心片；D/A单元：16路16位D/A转换，用于将仿真结果转换成电压、电流模拟量送入功率放大器，其中8路电压信号，8路电流信号；模拟量输出范围：±10 V；系统最大容量提供4个D/A单元；I/O单元：16路开关量输入和16路开关量输出。开关量输入用于将外接实际装置的开关量信号输入计算机。开关量输出用于将断路器的状态开关量输出；系统最大容量提供2个I/O单元。
（4）电压、电流功率放大器，其幅值、相位和频率均连续可调。
DDRTS和基于多处理器的全数字实时仿真系统RTDS相比，DDRTS这种基于微机的实时数字仿真系统具有建模方便、成本低、升级容易、良好的可扩展性和兼容性等优点，是进行电力系统实时数字仿真的一个重要工具。
2 DDRTS系统的应用
南京工程学院出于教学、科研及技术培训的需要，建立了一套110 kV变电站综合自动化技术培训系统。该培训系统的基本结构如图2所示，其中110 kV变电站的一次系统采用DDRTS进行实时动态仿真，变电站综合自动化系统采用南瑞科技NS2000系统的真实设备。模拟断路器操作与闭锁机构和变电站二次信号I/O与转换装置配合，将数字仿真的一次系统及设备与真实的NS2000变电站综合自动化设备连接起来，形成一个完整的闭环数字物理混合的变电站综合自动化技术培训系统。功率放大器将变电站二次信号I/O与转换装置输出（模拟TV、TA二次侧输出）的交流电压、电流模拟量信号进一步放大（电压最大可达120V，电流最大可达30A），用于通用的继电保护装置的测试。
该培训系统向培训人员提供了一个非常逼真的工程环境，具有一定的先进性和实用意义。
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