[行业技术文章]数字动态实时仿真系统简介

1南京工程学院2殷图科技成长有限公司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较机为主体，采用数学模子和数值算法，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运用情况。

要害词：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、庇护等装配的性能，在安装、投运之前需要对其进行实时仿真测试，以肯定其是否知足设计要求。而电力系统实时仿真是指实时模拟电力系统各类运行进程，并能接进现实物理装配进行实验的电力系统仿真方式，具体的可分为传统动模（动态模拟）实验方式、数模夹杂仿真方式和实时数字仿真方式。动模实验是一种物理模拟方式（物理仿真），运用相似理论建立缩小的物理模子来模拟现实的电力系统，随着仿真系统规模的扩年夜，系统情况的复杂，建立动模实验的投资也越年夜，建设周期也越长，因而限制了动模实验方式的进一步成长。数模夹杂仿真方式和动模实验方式的主要区分是将机电等旋转元件采用数字元件模拟，在功能上有了较年夜的提高，但模拟的系统规模仍受限制。数字仿真是以计较机为主体，采用数学模子和数值算法对电力系统进行模拟，具有平安、经济、利便等点。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运用的热门。随着电力系统数字仿真和DSP技术的成长，泛起了实时数字仿真测试系统，如加拿年夜RTDS公司的RTDS系统、法国EDF公司的ARENE系统、加拿年夜魁北克TEQSIM公司的HYPERSIM系统等。

数字动态实时仿真系统DDRTS（DigitalDynamicReal-TimeSimulator）是由深圳殷图科技成长有限公司、东北电力调剂通讯中心和清华年夜学机电系配合研发的一种全数字化的电网实时仿真与闭环实验系统。DDRTS基于微机开放式的系统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进程：一方面可以进行电力系统仿真研究；另外一方面可运用于庇护、控制等装配的实时闭环测试。

1DDRTS的系统组成及闭环实验原理

DDRTS系统是年夜型软件系统与复杂硬件系统的连系体，它经由过程高速通讯系统与旌旗灯号转换及输进输出系统同外部装备相连，可进行继电庇护装配、平安自动装配和丈与控制装配的实时闭环实验。DDRTS进行闭环实验研究的原理如图1所示。其工作进程为：哄骗电网电磁暂态仿真软件NETSP，在计较机上建立数字仿真系统；计较机对所模拟系统进行动态实时仿真，并将待测装配实验所需的电压、电流等旌旗灯号经高速通讯系统输出，经由过程旌旗灯号转换（D/A）及输进输出（I/O）系统的数模转换和电压、电流功率放年夜器送进待测装配以进行装配的实验研究；待测装配的响应旌旗灯号可经由过程旌旗灯号转换（A/D）及输进输出（I/O）系统实时反馈回计较机，从而形成闭环实验。

图1DDRTS系统闭环实验原理示意图
DDRTS系统的软件运行平台为WINDOWS2000/XP，主要由以下几个部门组成：

（1）年夜型电力系统电磁暂态仿真计较软件NETSP：NETSP是EMTP类的数字仿真法式，可进行电网电磁暂态的离线仿真和实时仿真，并在实时仿真的根蒂根基上实现外部装配的闭环实验研究。

（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和参数输进、系统仿真的图形化输出，和后台数据库治理等模块。

（3）实时仿真进程控制系统：包括实时通讯、同步控制、底层硬件驱动和旌旗灯号转换和输进输出处置等模块。

（4）DDRTS系统辅助功能模块：包括静态继电器测试模块、旌旗灯号发生及谐波测试模块、实时回放测试模块和系统硬件设置装备摆设模块等。

DDRTS系统的硬件组成包括以下几个部门：

（1）微机：采用高速微处置器，以提升仿真计较速度。

（2）高速旌旗灯号通讯系统：焦点为基于数字旌旗灯号处置器（DSP）和PCI总线技术的通讯卡，用于微机与旌旗灯号转换及输进输出系统之间的数据通讯。同微机CPU组成了DDRTS系统的双处置器系统结构。两个处置器并行工作，年夜年夜增加了微机CPU的仿真计较哄骗率，从而显著提高了系统实时仿真的速度。

（3）旌旗灯号转换及输进输出系统：包括数字与模拟之间的转换，和开关的输进输出，模拟、数字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，用于将仿真成效转换成电压、电流模拟送进功率放年夜器，其中8路电压旌旗灯号，8路电流旌旗灯号；模拟输出范围：±10V；系统年夜容提供4个D/A单元；I/O单元：16路开关输进和16路开关输出。开关输进用于将外接现实装配的开关旌旗灯号输进计较机。开关输出用于将断路器的状态开关输出；系统年夜容提供2个I/O单元。

（4）电压、电流功率放年夜器，其幅值、相位和频率均接连可调。

DDRTS和基于多处置器的全数字实时仿真系统RTDS相比，DDRTS这类基于微机的实时数字仿真系统具有建模利便、成本低、升级轻易、秀的可扩大性和兼容性等点，是进行电力系统实时数字仿真的一个重要工具。

2DDRTS系统的运用

南京工程学院出于教授教养、科研及技术培训的需要，建立了一套110kV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110kV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系统的真实装备。模拟断路器操作与闭锁机构和变电站二次旌旗灯号I/O与转换装配配合，将数字仿真的一次系统及装备与真实的NS2000变电站综合自动化装备毗连起来，形成一个完整的闭环数字物理夹杂的变电站综合自动化技术培训系统。功率放年夜器将变电站二次旌旗灯号I/O与转换装配输出（模拟TV、TA二次侧输出）的交流电压、电流模拟旌旗灯号进一步放年夜（电压年夜可达120V，电流年夜可达30A），用于通用的继电庇护装配的测试。


该培训系统向培训人员提供了一个很是传神的工程情况，具有一定的进步前辈性和实意图义。