本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)交直流電力系統(tǒng)也步入了快速發(fā)展期，高壓直流、MMC-HVDC、STATCOM等大功率電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，交直流電網(wǎng)規(guī)模越來越龐大，系統(tǒng)電力電子化特征越來越明顯，系統(tǒng)運(yùn)行特性也變得更為復(fù)雜，這對(duì)交直流電力系統(tǒng)仿真提出了更為嚴(yán)苛的要求。

為了深入研究分析電力電子化特征明顯、多回交直流混聯(lián)運(yùn)行的復(fù)雜大電網(wǎng)，應(yīng)以全景仿真規(guī)模、重要控制裝置接入、與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)接口等技術(shù)要求采取合適的仿真手段和仿真工具。但目前國(guó)內(nèi)外已有的仿真工具對(duì)此均有一定的局限性，不能很好滿足交直流復(fù)雜大電網(wǎng)仿真分析的要求。例如，RTDS(Real Time Digital Simulator)作為目前國(guó)際上廣泛使用的商業(yè)化電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真工具，雖然可以能較為精確地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)仿真，但是由于受限于仿真規(guī)模無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的電力系統(tǒng)仿真；電力系統(tǒng)分析軟件BPA作為常用的機(jī)電暫態(tài)仿真程序，具有計(jì)算規(guī)模大、計(jì)算速度快、數(shù)值穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，然而由于BPA僅僅是一種仿真分析軟件，而無(wú)法接入外部設(shè)備進(jìn)行實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的仿真，因此該仿真輸出結(jié)果無(wú)法真實(shí)的反映實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情形，不具備實(shí)時(shí)仿真的功能。

因此，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是目前亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，包括：

電壓源換流器VSC仿真子平臺(tái)，所述VSC仿真子平臺(tái)包括：相互連接的VSC實(shí)時(shí)仿真器和VSC控制裝置，其中，所述VSC實(shí)時(shí)仿真器用于仿真VSC設(shè)備，所述VSC控制裝置用于控制所述VSC實(shí)時(shí)仿真器仿真出的VSC設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，其中：所述VSC實(shí)時(shí)仿真器包括第一實(shí)時(shí)數(shù)字仿真RTDS仿真器；

高壓直流輸電HVDC仿真子平臺(tái)，所述HVDC仿真子平臺(tái)包括：相互連接的第二RTDS仿真器和直流控制裝置，所述第二RTDS仿真器用于仿真HVDC系統(tǒng)，所述直流控制裝置用于從所述第二RTDS仿真器獲取所述第二RTDS仿真器的仿真數(shù)據(jù)，并向所述第二RTDS仿真器反饋控制命令；

交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)，所述交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)包括：相互連接的并行計(jì)算機(jī)和第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA單元，所述并行計(jì)算機(jī)用于仿真交流系統(tǒng)；

所述第一RTDS仿真器與所述第二RTDS仿真器通過總線集線器GBH和通信交換器IRC Switch連接，所述第一FPGA單元與所述第二RTDS仿真器通過光纖連接，用于實(shí)現(xiàn)所述并行計(jì)算機(jī)與所述第二RTDS仿真器之間的通信。

可選的，所述VSC實(shí)時(shí)仿真器還包括：第二FPGA單元，所述第二FPGA單元與所述VSC控制保護(hù)裝置光纖連接，其中：所述第二FPGA單元用于仿真模塊化多電平換流器MMC子模塊，所述VSC控制裝置用于控制所述第二FPGA單元仿真出的MMC子模塊的運(yùn)行狀態(tài)；

第二FPGA單元與所述第一RTDS仿真器光纖連接，其中：所述第一RTDS仿真器用于仿真與MMC子模塊連接的外部電路，所述第二FPGA單元用于將閥組狀態(tài)傳輸至所述第一RTDS仿真器，所述第一RTDS仿真器用于將閥組參數(shù)傳輸至所述FPGA單元。

可選的，所述HVDC仿真子平臺(tái)還包括：直流人機(jī)界面HMI，所述直流HMI與所述直流控制裝置數(shù)據(jù)連接，所述直流HMI用于向所述直流控制裝置發(fā)送操作命令，并接收所述直流控制裝置返回的所述HVDC系統(tǒng)狀態(tài)。

示例性的，所述VSC控制裝置包括：MMC閥級(jí)控制、MMC站級(jí)控制以及MMC系統(tǒng)級(jí)控制，所述MMC閥級(jí)控制分別與MMC站級(jí)控制、第二FPGA單元光纖連接，所述MMC站級(jí)控制與所述MMC系統(tǒng)級(jí)控制光纖連接；

所述MMC系統(tǒng)級(jí)控制用于向MMC站級(jí)控制發(fā)送運(yùn)行指令，并接收所述MMC站級(jí)控制返回的運(yùn)行狀態(tài)信息；所述MMC站級(jí)控制用于向所述MMC閥級(jí)控制發(fā)送檢測(cè)MMC子模塊運(yùn)行狀態(tài)的指令，并接收所述MMC閥級(jí)返回的MMC子模塊導(dǎo)通個(gè)數(shù)的運(yùn)行信息；所述MMC閥級(jí)控制用于控制所述第二FPGA單元仿真出的MMC子模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

具體的，所述第二FPGA單元還用于仿真計(jì)算第一元件，仿真步長(zhǎng)為2-3μs，所述第一元件包括：閥組和橋臂電抗；

所述第一RTDS仿真器用于仿真的所述外部電路中的元件包括第二元件和第三元件，所述第二元件的仿真步長(zhǎng)為50-100μs，所述第三元件的仿真步長(zhǎng)為2-3μs，所述第二元件包括交流母線和主斷路器，所述第三元件包括旁路斷路器、啟動(dòng)電阻以及直流線路。

具體的，所述第一FPGA單元將所述并行計(jì)算機(jī)每個(gè)仿真步長(zhǎng)得到的交流母線電壓以及相角信息發(fā)送至所述第二RTDS仿真器，所述第二RTDS仿真器將仿真的功率信息和時(shí)間同步信號(hào)發(fā)送至所述第一FPGA單元。

示例性的，所述第一FPGA單元的型號(hào)為ML605，所述第一FPGA與所述并行計(jì)算機(jī)通過總線接口PCI-E連接。

具體的，所述第二RTDS仿真器用于第四元件的仿真，所述第四元件的仿真步長(zhǎng)為50-100μs，所述第四元件包括閥橋、換流變換器、平波電抗器、直流線路、濾波器以及避雷器；還用于將信號(hào)狀態(tài)量發(fā)送至直流控制裝置，所述信號(hào)狀態(tài)量包括信號(hào)的模擬量和開關(guān)量。

本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種應(yīng)用于第一方面所述的系統(tǒng)的仿真方法，所述方法包括：

根據(jù)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的并行計(jì)算機(jī)中建立交流系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型；

根據(jù)HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)在HVDC仿真子平臺(tái)的第二RTDS仿真器中建立HVDC系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型；

根據(jù)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在VSC仿真子平臺(tái)中建立VSC設(shè)備的電磁暫態(tài)模型；

啟動(dòng)VSC仿真子平臺(tái)中VSC控制裝置的第一保護(hù)程序和HVDC仿真子平臺(tái)中直流控制裝置的第二保護(hù)程序；

啟動(dòng)所述電磁暫態(tài)模型進(jìn)行仿真，以便于電磁暫態(tài)模型通過向交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的第二FPGA單元發(fā)送時(shí)間同步信號(hào)啟動(dòng)機(jī)電暫態(tài)模型進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真。

示例性的，所述根據(jù)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在VSC仿真子平臺(tái)中建立VSC設(shè)備的電磁暫態(tài)模型，具體包括：

根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在VSC仿真子平臺(tái)中的第一RTDS仿真器中建立VSC設(shè)備的外部電路的電磁暫態(tài)仿真模型，在VSC仿真子平臺(tái)中的第二FPGA單元中建立VSC設(shè)備自身的電磁暫態(tài)模型。

本發(fā)明實(shí)施例提供的電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)中的VSC仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了快速電磁暫態(tài)過程的模擬仿真、HVDC仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)電磁暫態(tài)過程的模擬仿真以及交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電暫態(tài)過程的模擬仿真，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種暫態(tài)過程的模擬仿真，利用交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的并行計(jì)算機(jī)多路同時(shí)運(yùn)算的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的交流輸電系統(tǒng)仿真，以及利用VSC仿真子平臺(tái)和HVDC仿真子平臺(tái)中的RTDS仿真器實(shí)現(xiàn)常規(guī)的交直流輸電系統(tǒng)的仿真，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真；另一方面，該系統(tǒng)中VSC仿真子平臺(tái)和HVDC仿真子平臺(tái)中的RTDS仿真器能夠與外部設(shè)備(例如控制裝置或保護(hù)裝置)連接，使得該系統(tǒng)能夠接收外部的輸入，從而真正的實(shí)現(xiàn)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)模擬仿真；此外，利用FPGA單元和RTDS仿真器的電磁暫態(tài)仿真的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力電子設(shè)備的精確化仿真，同時(shí)接入的HVDC仿真子平臺(tái)的直流控制裝置以及VSC仿真子平臺(tái)中的VSC控制裝置，使得仿真過程更加準(zhǔn)確，有效解決了交直流復(fù)雜大電網(wǎng)仿真分析中的全景仿真規(guī)模、重要控制裝置接入以及與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)接口難以接入的技術(shù)難題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)組成示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中的器件與仿真過程間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真方法的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為了便于清楚描述本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用了“第一”、“第二”等字樣對(duì)功能或作用基本相同的相同項(xiàng)或相似項(xiàng)進(jìn)行區(qū)分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解“第一”、“第二”等字樣并不對(duì)數(shù)量和執(zhí)行次序進(jìn)行限定。

本文中術(shù)語(yǔ)“和/或”，僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，可以表示：?jiǎn)为?dú)存在A，同時(shí)存在A和B，單獨(dú)存在B這三種情況。另外，本文中字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對(duì)象是一種“或”的關(guān)系。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括：電壓源換流器(英文：Voltage Source Converter，簡(jiǎn)稱：VSC)仿真子平臺(tái)11、高壓直流輸電(英文：high-voltage direct current，簡(jiǎn)稱：HVDC)仿真子平臺(tái)12以及交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)13，其中：該VSC仿真子平臺(tái)用于仿真低壓直流輸電系統(tǒng)，例如：柔性直流輸電系統(tǒng)；該HVDC仿真子平臺(tái)用于仿真高壓直流輸電系統(tǒng)；該交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)用于仿真交流輸電系統(tǒng)。這里的每個(gè)子平臺(tái)由多個(gè)具體的設(shè)備組成。

VSC仿真子平臺(tái)11包括：相互連接的VSC實(shí)時(shí)仿真器和VSC控制裝置11b，其中，該VSC實(shí)時(shí)仿真器11a用于仿真VSC設(shè)備，該VSC控制裝置11b用于控制VSC實(shí)時(shí)仿真器仿真出的VSC設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，其中：VSC實(shí)時(shí)仿真器包括第一實(shí)時(shí)數(shù)字仿真RTDS仿真器11a1；

HVDC仿真子平臺(tái)12包括：相互連接的第二RTDS仿真器12a和直流控制裝置12b，該第二RTDS仿真器12a用于仿真HVDC系統(tǒng)，該直流控制裝置12b用于從第二RTDS仿真器12a獲取第二RTDS仿真器12a的仿真數(shù)據(jù)，并向第二RTDS仿真器12a反饋控制命令。

交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)13包括：相互連接的并行計(jì)算機(jī)13a和第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA單元13b，并行計(jì)算機(jī)13a用于仿真交流系統(tǒng)。

第一RTDS仿真器11a1與第二RTDS仿真器12a通過總線集線器GBH和通信交換器IRC Switch連接，第一FPGA單元13b與第二RTDS仿真器12a通過光纖連接，用于實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算機(jī)13a與第二RTDS仿真器12a之間的通信。

需要說明的是，需要區(qū)分圖1中的并行計(jì)算機(jī)、第二FPGA單元、第一RTDS仿真器以及第二RTDS仿真器中的實(shí)線和虛線的關(guān)系，其中：實(shí)線表示仿真的內(nèi)容，虛線只表示連接的示意關(guān)系。

本發(fā)明實(shí)施例提供的電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的VSC仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了快速電磁暫態(tài)過程的模擬仿真、HVDC仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)電磁暫態(tài)過程的模擬仿真以及交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電暫態(tài)過程的模擬仿真，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種暫態(tài)過程的模擬仿真，利用交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的并行計(jì)算機(jī)多路同時(shí)運(yùn)算的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的交流輸電系統(tǒng)仿真，以及利用VSC仿真子平臺(tái)和HVDC仿真子平臺(tái)中的RTDS仿真器實(shí)現(xiàn)常規(guī)的交直流輸電系統(tǒng)的仿真，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真；另一方面，該系統(tǒng)中VSC仿真子平臺(tái)和HVDC仿真子平臺(tái)中的RTDS仿真器能夠與外部設(shè)備(例如控制裝置或保護(hù)裝置)連接，使得該系統(tǒng)能夠接收外部的輸入，從而真正的實(shí)現(xiàn)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)模擬仿真；此外，利用FPGA單元和RTDS仿真器的電磁暫態(tài)仿真的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力電子設(shè)備的精確化仿真，同時(shí)接入的HVDC仿真子平臺(tái)的直流控制裝置以及VSC仿真子平臺(tái)中的VSC控制裝置，使得仿真過程更加準(zhǔn)確，有效解決了交直流復(fù)雜大電網(wǎng)仿真分析中的全景仿真規(guī)模、重要控制裝置接入以及與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)接口難以接入的技術(shù)難題。

可選的，如圖1所示，該系統(tǒng)中的VSC實(shí)時(shí)仿真器11a還包括：第二FPGA單元11a2，該第二FPGA單元11a2與VSC控制保護(hù)裝置11b光纖連接，其中：第二FPGA單元11a2用于仿真模塊化多電平換流器(英文：Modular Multilevel Converter，簡(jiǎn)稱：MMC)子模塊，VSC控制裝置11b用于控制第二FPGA單元11a2仿真出的MMC子模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

第二FPGA單元11a2與第一RTDS仿真器11a1光纖連接，其中：第一RTDS仿真器11a1用于仿真與MMC子模塊連接的外部電路，第二FPGA單元11a2用于將閥組狀態(tài)傳輸至第一RTDS仿真器11a1，第一RTDS仿真器11a1用于將閥組參數(shù)傳輸至第二FPGA單元11a2。

上述的第二FPGA單元還用于仿真計(jì)算第一元件，仿真步長(zhǎng)為2-3μs，該第一元件包括：閥組和橋臂電抗。

可選的，為了實(shí)現(xiàn)用戶與平臺(tái)間的交互，如圖1所示，該系統(tǒng)中的HVDC仿真子平臺(tái)12還包括：直流人機(jī)界面HMI12c，該直流HMI12c與直流控制裝置12b數(shù)據(jù)連接，直流HMI12c用于向直流控制裝置12b發(fā)送操作命令，并接收直流控制裝置12b返回的HVDC系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)。

示例性的，如圖1所示，上述的VSC控制裝置11b包括：MMC閥級(jí)控制11b1、MMC站級(jí)控制11b2以及MMC系統(tǒng)級(jí)控制11b3，MMC閥級(jí)控制11b1分別與MMC站級(jí)控制11b2、第二FPGA單元11a2光纖連接，MMC站級(jí)控制11b2與MMC系統(tǒng)級(jí)控制11b3光纖連接。

MMC系統(tǒng)級(jí)控制11b3用于向MMC站級(jí)控制11b2發(fā)送運(yùn)行指令，并接收MMC站級(jí)控制11b2返回的運(yùn)行狀態(tài)信息；MMC站級(jí)控制11b2用于向MMC閥級(jí)控制11b1發(fā)送檢測(cè)MMC子模塊運(yùn)行狀態(tài)的指令，并接收MMC閥級(jí)11b1返回的MMC子模塊導(dǎo)通個(gè)數(shù)的運(yùn)行信息；MMC閥級(jí)控制11b1用于控制第二FPGA單元11a2仿真出的MMC子模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

可選的，上述的第一FPGA單元的可以為FPGA板卡，該第一FPGA單元的型號(hào)為ML605，該第一FPGA單元與并行計(jì)算機(jī)通過總線接口PCI-E連接。

參照?qǐng)D2所示的電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中的器件與仿真過程間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，由圖2可得，在該系統(tǒng)中的VSC仿真子平臺(tái)中的FPGA模塊的可編程門陣列的仿真屬于器件級(jí)開關(guān)暫態(tài)過程仿真，而由該FPGA模塊形成的第二FPGA單元進(jìn)行的MMC子模塊的仿真則屬于器件級(jí)電磁暫態(tài)過程仿真，可模擬功率器件開關(guān)過程中的暫態(tài)過程，包括在其內(nèi)部將發(fā)生由半導(dǎo)體物理特性所決定的若干暫態(tài)過程以及在外部反映為器件電壓、電流和損耗等若干變量的暫態(tài)過程。第二RTDS仿真器是模擬裝置級(jí)的電磁暫態(tài)過程仿真，并行計(jì)算機(jī)則是模擬裝置級(jí)的機(jī)電暫態(tài)過程仿真?；谏鲜龆喾N仿真組合則形成混合實(shí)時(shí)仿真，可仿真電力系統(tǒng)多種時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)過程，從而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的電網(wǎng)的電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真。

下面將基于上述的仿真系統(tǒng)的內(nèi)容，進(jìn)行具體詳細(xì)的說明，具體的可以參照下文的內(nèi)容。

示例性的，在上述的VSC仿真子平臺(tái)中，包括第二FPGA單元、第一RTDS仿真器以及VSC控制裝置。為準(zhǔn)確模擬MMC子模塊的柔性直流等VSC設(shè)備換流閥的快速通斷特性，采用第二FPGA單元進(jìn)行模擬，仿真步長(zhǎng)為2-3μs。而VSC設(shè)備的外部電路則在第一RTDS實(shí)時(shí)仿真器中進(jìn)行模擬，仿真步長(zhǎng)為50-100μs。另外，VSC設(shè)備的控制裝置可以采用基于FPGA的軟件控制，也可以接入實(shí)際控制裝置，例如，圖1中的VSC控制裝置。

上述的第二FPGA單元是由多個(gè)FPGA模塊組成，而一個(gè)FPGA模塊又是由開關(guān)級(jí)的可編程門陣列組成，通過編程形成對(duì)MMC子模塊的模擬，一個(gè)FPGA模塊對(duì)應(yīng)模擬仿真一個(gè)MMC子模塊；而這里的第二FPGA單元對(duì)應(yīng)仿真多個(gè)MMC子模塊，該多個(gè)MMC子模塊形成閥組。

上述的第一RTDS仿真器用于仿真的外部電路中的元件包括第二元件和第三元件，該第二元件的仿真步長(zhǎng)為50-100μs，該第三元件的仿真步長(zhǎng)為2-3μs，該第二元件包括交流母線和主斷路器，該第三元件包括旁路斷路器、啟動(dòng)電阻以及直流線路。

上述的VSC控制裝置包括：MMC閥級(jí)控制、MMC站級(jí)控制以及MMC系統(tǒng)級(jí)控制，其中：MMC閥級(jí)控制主要用于根據(jù)MMC站級(jí)控制的指令，進(jìn)行MMC解閉鎖等順序控制、電壓和電流控制、閥串的電容電壓平衡控制和換流器環(huán)流控制，并檢測(cè)換流器及閥組的狀態(tài)，向站控上報(bào)換流器狀態(tài)、故障、當(dāng)前運(yùn)行模式、各橋臂電容電壓和等信息；MMC站級(jí)控制主要用于根據(jù)MMC系統(tǒng)級(jí)控制的指令，進(jìn)行換流站各種運(yùn)行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換控制，并將相關(guān)指令下發(fā)到MMC閥級(jí)控制；MMC系統(tǒng)級(jí)控制主要用于協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的順序控制，并將系統(tǒng)功率、直流電壓等控制在設(shè)定值附近。

具體的，上述的VSC仿真子平臺(tái)中的第二FPGA單元與第一RTDS仿真器是光纖連接，第一RTDS仿真器將閥組子模塊個(gè)數(shù)、橋臂電抗值、子模塊電容值等MMC閥組參數(shù)傳輸至第二FPGA單元，第二FPGA單元將仿真的各子模塊運(yùn)行狀態(tài)(投入、旁路或閉鎖)、橋臂總電壓、子模塊電容電壓等MMC閥組狀態(tài)信息傳輸至第一RTDS實(shí)時(shí)仿真器；第二FPGA單元與MMC閥級(jí)控制裝置是光纖連接，第二FPGA單元向MMC閥級(jí)控制裝置發(fā)送MMC橋臂電流值和MMC子模塊電容電壓，MMC閥級(jí)控制裝置向第二FPGA單元發(fā)送MMC子模塊觸發(fā)脈沖；MMC閥級(jí)控制裝置與MMC站級(jí)控制裝置是光纖連接，MMC閥級(jí)控制裝置向MMC站級(jí)控制裝置發(fā)送MMC子模塊導(dǎo)通數(shù)，MMC站級(jí)控制裝置則向MMC閥級(jí)控制裝置發(fā)送MMC子模塊運(yùn)行狀態(tài)信息；MMC站級(jí)控制裝置與RTDS實(shí)時(shí)仿真器是光纖連接，第一RTDS仿真器向MMC站級(jí)控制裝置傳輸仿真的交流電網(wǎng)的電壓、電流、斷路器狀態(tài)等，MMC站級(jí)控制裝置則反饋斷路器控制量至第一RTDS仿真器；MMC站級(jí)控制裝置與MMC系統(tǒng)級(jí)控制裝置是光纖連接，MMC站級(jí)控制裝置將換流站運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至MMC系統(tǒng)級(jí)控制裝置，MMC系統(tǒng)級(jí)控制裝置則向MMC站級(jí)控制裝置反饋系統(tǒng)運(yùn)行指令。

示例性的，在上述的HVDC仿真子平臺(tái)中，包括：第二RTDS仿真器、直流HMI以及直流控制裝置。

上述的第二RTDS仿真器用于第四元件的仿真，該第四元件的仿真步長(zhǎng)為50-100μs，所述第四元件包括閥橋、換流變換器、平波電抗器、直流線路、濾波器以及避雷器；還用于將信號(hào)狀態(tài)量發(fā)送至直流控制裝置，信號(hào)狀態(tài)量包括信號(hào)的模擬量和開關(guān)量。

具體的，通過第二RTDS仿真器接口板塊，并將電壓、電流、換流變分接頭擋位等相關(guān)狀態(tài)量發(fā)送給直流控制裝置。直流控制裝置根據(jù)運(yùn)行人員指令以及第二RTDS仿真器上傳的系統(tǒng)狀態(tài)，向第二RTDS返回控制指令和保護(hù)動(dòng)作信息，從而形成HVDC實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真系統(tǒng)。

示例性的，上述的第二RTDS仿真器與直流控制裝置可以電信號(hào)連接，第二RTDS仿真器將仿真的交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流傳輸至直流控制保護(hù)裝置的模擬量輸入接口，將換流變壓器的分接頭檔位、開關(guān)、刀閘狀態(tài)傳輸至直流控制保護(hù)裝置的開關(guān)量輸入接口；直流控制裝置根據(jù)直流控制保護(hù)程以及第二RTDS實(shí)時(shí)仿真器傳輸?shù)哪M量、開關(guān)量，生成相應(yīng)的換流變壓器的分接頭命令、開關(guān)、刀閘命令通過開關(guān)量輸出接口反饋至第二RTDS仿真器，生成換流閥觸發(fā)脈沖命令通過脈沖量輸出接口反饋至第二RTDS仿真器。

示例性的，上述的交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)，包括并行計(jì)算機(jī)和第一FPGA單元。該第一FPGA單元將所述并行計(jì)算機(jī)每個(gè)仿真步長(zhǎng)得到的交流母線電壓以及相角信息發(fā)送至所述第二RTDS仿真器，第二RTDS仿真器將仿真的功率信息和時(shí)間同步信號(hào)發(fā)送至第一FPGA單元。

上述的并行計(jì)算機(jī)用于仿真模擬大規(guī)模的電力交流系統(tǒng)，仿真步長(zhǎng)為10ms，并與RTDS電磁暫態(tài)仿真進(jìn)行混合實(shí)時(shí)仿真接口交互。為提高仿真效率，將大規(guī)模交流系統(tǒng)劃分為若干個(gè)并行子網(wǎng)，并分別分配到并行計(jì)算機(jī)中的不同計(jì)算核中進(jìn)行并行計(jì)算，以確保機(jī)電暫態(tài)仿真的嚴(yán)格實(shí)時(shí)性。

以上三個(gè)仿真子平臺(tái)通過混合實(shí)時(shí)接口連接，構(gòu)成基于“FPGA單元+RTDS仿真器+并行計(jì)算機(jī)”異構(gòu)平臺(tái)，具有快速電磁暫態(tài)、常規(guī)電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)聯(lián)合仿真功能的交直流大電網(wǎng)多時(shí)間尺度混合實(shí)時(shí)仿真功能。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)用于上文中的仿真系統(tǒng)的仿真方法，如圖2所示，該方法包括：

201、根據(jù)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的并行計(jì)算機(jī)中建立交流系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型。

202、根據(jù)HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)在HVDC仿真子平臺(tái)的第二RTDS仿真器中建立HVDC系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型。

203、根據(jù)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在VSC仿真子平臺(tái)中建立VSC設(shè)備的電磁暫態(tài)模型。

204、啟動(dòng)VSC仿真子平臺(tái)中VSC控制裝置的第一保護(hù)程序和HVDC仿真子平臺(tái)中直流控制裝置的第二保護(hù)程序。

205、啟動(dòng)電磁暫態(tài)模型進(jìn)行仿真，以便于電磁暫態(tài)模型通過向交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的第二FPGA單元發(fā)送時(shí)間同步信號(hào)啟動(dòng)機(jī)電暫態(tài)模型進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真。

示例性的，上述的步驟203具體包括以下內(nèi)容：

根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在VSC仿真子平臺(tái)中的第一RTDS仿真器中建立VSC設(shè)備的外部電路的電磁暫態(tài)仿真模型，在VSC仿真子平臺(tái)中的第二FPGA單元中建立VSC設(shè)備自身的電磁暫態(tài)模型。

在上述實(shí)施方式的描述中，具體特征、結(jié)構(gòu)、或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

本發(fā)明實(shí)施例提供的電力異構(gòu)混合實(shí)時(shí)仿真方法，該方法中的VSC仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了快速電磁暫態(tài)過程的模擬仿真、HVDC仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)電磁暫態(tài)過程的模擬仿真以及交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電暫態(tài)過程的模擬仿真，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種暫態(tài)過程的模擬仿真，利用交流系統(tǒng)仿真子平臺(tái)中的并行計(jì)算機(jī)多路同時(shí)運(yùn)算的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的交流輸電系統(tǒng)仿真，以及利用VSC仿真子平臺(tái)和HVDC仿真子平臺(tái)中的RTDS仿真器實(shí)現(xiàn)常規(guī)的交直流輸電系統(tǒng)的仿真，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真；另一方面，該系統(tǒng)中VSC仿真子平臺(tái)和HVDC仿真子平臺(tái)中的RTDS仿真器能夠與外部設(shè)備(例如控制裝置或保護(hù)裝置)連接，使得該系統(tǒng)能夠接收外部的輸入，從而真正的實(shí)現(xiàn)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)模擬仿真；此外，利用FPGA單元和RTDS仿真器的電磁暫態(tài)仿真的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力電子設(shè)備的精確化仿真，同時(shí)接入的HVDC仿真子平臺(tái)的直流控制裝置以及VSC仿真子平臺(tái)中的VSC控制裝置，使得仿真過程更加準(zhǔn)確，有效解決了交直流復(fù)雜大電網(wǎng)仿真分析中的全景仿真規(guī)模、重要控制裝置接入以及與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)接口難以接入的技術(shù)難題。

通過以上的實(shí)施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，僅以上述各功能模塊的劃分進(jìn)行舉例說明，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置或設(shè)備，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述模塊或單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)或處理器(processor)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。