專利名稱：基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺，屬于基于可視化實時仿真系統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真平臺的改造技術。
背景技術：
實時數字仿真儀(RTDS)是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)開發(fā)的專門 用于研究電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)現(xiàn)象的裝置，該裝置基于數字信號處理器(DSP)和先進的并 行處理技術以維持連續(xù)的實時處理，可以對交直流系統(tǒng)進行實時準確的仿真。RTDS系統(tǒng)包 括軟、硬件兩部分。硬件部分由計算機柜和工作站微機組成。其中，計算機柜基本單元為 RACK,每個RACK主要有3種功能卡組成處理器卡TPC、GPC或3PC，工作站接口卡WIF，層間 通信卡IRC。工作站微機為上位機，既是人機接口，也是對下位機的控制設備。通過微機可進 行編程、控制和各種實時的操作；軟件系統(tǒng)囊括了幾乎所有物理電力系統(tǒng)元件的精確模型， 通過這些基本的元件，用戶可以建立需要研究的電力系統(tǒng)網絡。我國目前有多家單位引進 了規(guī)模不等的RTDS系統(tǒng)。其中有諸多電力供應商和主要保護制造廠家如南瑞、國電南自、 北京四方、許繼等，將RTDS作為產品功能測試的重要手段；還有一些高等院校和電力科研 及調度部門，利用RTDS進行電網安全穩(wěn)定分析、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、交直流混合系統(tǒng)研究、 直流系統(tǒng)控制研究、潮流分布計算、操作員培訓、電網故障分析和仿真計算以及電力系統(tǒng)其 它方面的研究。RTDS建模周期短、靈活性強、頻率特性范圍大、仿真結果比傳統(tǒng)的穩(wěn)定和精確，已 逐步替代傳統(tǒng)的物理仿真方式，在國內得到越來越多的認可。隨著RTDS越來越廣泛的應用，面向更廣泛的用戶，對它的方便性也提出了更高的 要求。現(xiàn)有RTDS界面分為兩部分(1)建模平臺，用于用戶搭建電網模型，設置模型參數和連接關系，可以顯示為單 線圖或三相的接線圖。建模后，需要切換到運行平臺進行仿真計算。(2)運行平臺，由用戶設置需要監(jiān)視或控制的變量名，在啟動仿真后，可由用戶調 整控制量，并觀察這些監(jiān)視量的瞬時值變化曲線。運行平臺與建模平臺完全分離，不顯示接 線圖，當電網模型很大，需要監(jiān)視或控制過多的變量和曲線，用戶不得不在運行界面與模型 顯示界面之間頻繁地切換，以將運算結果與圖形元件一一對應。這種電網接線與潮流數據 顯示分離的模式使RTDS的方便性受到了極大地約束。

實用新型內容本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種可以直接在電網接線模型上直 觀地監(jiān)視電網電壓、有功、無功、及開關狀態(tài)等信息，并直接對電路元件進行操作，只需面對 電網接線界面，就可以掌握電網的實時狀態(tài)的基于可視化實時仿真系統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真平 臺。本實用新型設計合理，方便實用。本實用新型的技術方案是本實用新型的基于可視化實時仿真系統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真平臺，包括有操作界面模塊(1)、數據顯示和控制模塊(2)、顯示與控制數據庫模塊(3)， 其中操作界面模塊(1)與數據顯示和控制模塊(2)連接，數據顯示和控制模塊(2)分別于 顯示與控制數據庫模塊(3)及RTDS系統(tǒng)連接。上述顯示與控制數據庫模塊(3)還連接有維護工具模塊(4)。上述數據顯示和控制模塊(2)讀入RTDS系統(tǒng)的數據并及時顯示到操作界面模塊 (1)，且讀入操作界面模塊(1)上的電網操作信息，并寫入到RTDS系統(tǒng)，實現(xiàn)數據顯示和控 制模塊(2)與RTDS系統(tǒng)之間的數據交換。 上述維護工具模塊(4)用于自動生成并維護顯示與控制數據庫模塊(3)，并自動 生成需要在操作界面模塊(1)上顯示的平臺數據變量。上述平臺數據變量包括模擬量、開關量數據表。本實用新型針對RTDS的弊端，用戶通過該平臺可以直接在電網接線模型上直觀 地監(jiān)視電網電壓、有功、無功、及開關狀態(tài)等信息，并直接對電路元件進行操作，只需面對電 網接線界面，就可以掌握電網的實時狀態(tài)。并完全不需要再與RTDS進行交互。本實用新型 還提供必要的圖形和數據維護工具，使用戶可以進行二次開發(fā)。當仿真的電力系統(tǒng)結構和 規(guī)模發(fā)生變化時，用戶能夠利用必要的維護工具修改或重新建立新的仿真對象。本實用新 型是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的基于可視化實時仿真系統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真平臺， 可以在該平臺上對電力系統(tǒng)進行事故研究、反事故措施驗證和事故預決策等研究，在該平 臺上還可以對進行電網調度員、變電站運行人員的培訓，經二次開發(fā)，還可以建成大規(guī)模電 網的事故反演系統(tǒng)。

圖1為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型實現(xiàn)的原理圖。
具體實施方式
實施例本實用新型的結構框圖如圖1所示，包括有操作界面模塊(1)、數據顯示和控制模 塊(2)、顯示與控制數據庫模塊(3)，其中操作界面模塊(1)與數據顯示和控制模塊(2)連 接，數據顯示和控制模塊(2)分別與顯示與控制數據庫模塊(3)及RTDS系統(tǒng)連接。上述顯示與控制數據庫模塊(3)還連接有維護工具模塊(4)。上述數據顯示和控制模塊(2)讀入RTDS系統(tǒng)的數據并及時顯示到操作界面模塊 (1)，且讀入操作界面模塊(1)上的電網操作信息，并寫入到RTDS系統(tǒng)，實現(xiàn)數據顯示和控 制模塊(2)與RTDS系統(tǒng)之間的數據交換。上述維護工具模塊(4)用于自動生成并維護顯示與控制數據庫模塊(3)，并自動 生成需要在操作界面模塊(1)上顯示的平臺數據變量。本實施例中，上述平臺數據變量包括模擬量、開關量數據表。本實用新型的實現(xiàn)方法如下用戶在操作界面模塊(1)繪制好與RTDS系統(tǒng)對應的 電網接線后，通過維護工具模塊(4)創(chuàng)建顯示與控制數據庫模塊(3)，以及與RTDS系統(tǒng)進行 數據交換的模擬量、數字量，并在電網接線上按照RTDS中的對應關系，將各元件與這些模擬量、數字量關聯(lián)。這樣在圖形平臺與RTDS通信之后就可以保證各數據正確顯示。 圖形平臺與RTDS通信采用如下方法RTDS通過GTNET卡的通信模塊DNP實現(xiàn)基 于TCP/IP協(xié)議的LAN/WAN的數據通信，與圖形平臺進行交換數據。為了滿足實時性要求，本實用新型平臺中數據的讀寫采用定時器觸發(fā)方式，按一 定的較短的時間間隔(該時間可靈活設定，如50ms)檢測并讀取RTDS輸出的仿真潮流數 據，刷新圖形界面，并保存為歷史數據。而圖形界面輸入RTDS的操作數據采用另一定時器 觸發(fā)。本實用新型實現(xiàn)的基本流程如圖2所示。本實用新型針對一個雙發(fā)電機、雙回輸電線路，并帶有動態(tài)負荷的220kv電網模 型進行了測試。測試的步驟和內容如下(1)在RTDS的運行平臺上啟動仿真。(2)在操作界面模塊(1)上啟動測試過程。在操作界面模塊(1)上，可觀察到開關 狀態(tài)、功率數據隨著RTDS的仿真過程不斷刷新。(3)在操作界面模塊(1)上調整原動機出力。在調整的同時，可觀察到兩個發(fā)電機 的有功功率和線路上功率的動態(tài)變化過程，如果調整合理，最后趨于穩(wěn)定。當然，也可以選 擇RTDS調速器模型中其它控制量，來控制發(fā)電機的有功出力。(4)在操作界面模塊(1)上調整機端參考電壓。在調整的同時，可觀察到兩個發(fā) 電機的無功功率和線路上功率的動態(tài)變化過程，如果調整合理，最后趨于穩(wěn)定。選用該控制 量，調整范圍較小，當然，也可以選擇RTDS勵磁模型中其它控制量，來控制發(fā)電機的無功出 力。(5)在操作界面模塊(1)上調整負荷的有功或無功功率。在調整的同時，可觀察到 兩個發(fā)電機的功率和線路上功率的動態(tài)變化過程，最后趨于穩(wěn)(6)在操作界面模塊(1)上操作某開關斷開。斷開后，可觀察到兩個發(fā)電機的功率 和線路上功率的動態(tài)變化過程，最后趨于穩(wěn)定。(7)在仿真過程中，對比操作界面模塊(1)和RTDS運行平臺的同一個監(jiān)視數據，數 值相同。測試結果表明，本實用新型基于RTDS的圖形平臺能夠正確、實時地與RTDS交換數 據，方便用戶利用該圖形界面對RTDS的仿真過程進行監(jiān)視和控制，達到設計要求，該圖形 平臺增強了 RTDS的使用方便性，具有很大的實用價值。這種方法也可以發(fā)展用于將RTDS與 在線EMS連接，研究利用RTDS進行在線仿真。本實用新型平臺還具有以下功能作為RTDS 的輸入輸出圖形界面，能夠編輯、顯示EMS風格的電網接線圖及其各種運行參數，能夠顯示 RTDS的實時輸出結果。在RTDS仿真過程中，實時采集所有RTDS輸出的模擬量信息(電壓、 功率)，用與SCADA相近的數據刷新頻率，輸出到圖形界面上，能夠在圖形界面上接收用戶 的輸入數據(操作開關刀閘，調整電源及負荷功率)，將它們送到RTDS，使RTDS能在新的參 數下進行仿真模擬；保存RTDS某仿真過程中某些參數的全部歷史數據，提供圖形化的數據 分析工具，包括趨勢圖、棒圖、餅圖等。
權利要求一種基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺，其特征在于包括有操作界面模塊(1)、數據顯示和控制模塊(2)、顯示與控制數據庫模塊(3)，其中操作界面模塊(1)與數據顯示和控制模塊(2)連接，數據顯示和控制模塊(2)分別于顯示與控制數據庫模塊(3)及RTDS系統(tǒng)連接。
2.根據權利要求1所述的基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺，其特征在于 上述顯示與控制數據庫模塊(3)還連接有維護工具模塊(4)。
3.根據權利要求2所述的基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺，其特征在于 上述數據顯示和控制模塊(2)讀入RTDS系統(tǒng)的數據并及時顯示到操作界面模塊(1)，且讀 入操作界面模塊(1)上的電網操作信息，并寫入到RTDS系統(tǒng)，實現(xiàn)數據顯示和控制模塊(2) 與RTDS系統(tǒng)之間的數據交換。
4.根據權利要求3所述的基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺，其特征在于 上述維護工具模塊(4)用于自動生成并維護顯示與控制數據庫模塊(3)，并自動生成需要 在操作界面模塊(1)上顯示的平臺數據變量。
專利摘要本實用新型是一種基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺。包括有操作界面模塊(1)、數據顯示和控制模塊(2)、顯示與控制數據庫模塊(3)，其中操作界面模塊(1)與數據顯示和控制模塊(2)連接，數據顯示和控制模塊(2)分別于顯示與控制數據庫模塊(3)及RTDS系統(tǒng)連接。上述顯示與控制數據庫模塊(3)還連接有維護工具模塊(4)。本實用新型可以直接在電網接線模型上直觀地監(jiān)視電網電壓、有功、無功、及開關狀態(tài)等信息，并直接對電路元件進行操作，只需面對電網接線界面，就可以掌握電網的實時狀態(tài)。本實用新型是一種設計合理，方便實用的基于圖形化實時仿真的電力系統(tǒng)仿真研發(fā)平臺。
文檔編號H02J3/00GK201774252SQ20092029602
公開日2011年3月23日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者張東英, 張海波, 郭琦, 韓偉強 申請人:中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;華北電力大學