專(zhuān)利名稱(chēng)：基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法，屬于 電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的。電磁暫態(tài)過(guò)程 是指電力系統(tǒng)各個(gè)元件中電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及相應(yīng)的電壓和電流的變化過(guò)程，電磁暫態(tài)仿真用 數(shù)值計(jì)算方法對(duì)電力系統(tǒng)中從幾微秒到幾毫秒之間的電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真。機(jī)電暫態(tài)過(guò) 程是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的變化引起電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)的變化過(guò)程。機(jī) 電暫態(tài)過(guò)程仿真主要研究電力系統(tǒng)受到大干擾后的暫態(tài)穩(wěn)定和小擾動(dòng)后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。 RTDS是加拿大Manitoba直流研究中心開(kāi)發(fā)的、國(guó)際上最成熟的電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，但 是不具備機(jī)電暫態(tài)仿真功能，只能對(duì)特定的現(xiàn)象和范圍進(jìn)行仿真分析
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真 方法，綜合機(jī)電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真各自的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)大規(guī)模常規(guī)電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫 態(tài)實(shí)時(shí)仿真，對(duì)其中重點(diǎn)關(guān)注的局部網(wǎng)絡(luò)或者特定的電力系統(tǒng)元件采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)RTDS)進(jìn)行電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真。本發(fā)明提出的基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法，包括以 下步驟(1)采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)第一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；(2)采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器對(duì)第二電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；(3)在機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器之間設(shè)置一個(gè)接口進(jìn)程控制系統(tǒng)；(4)上述機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過(guò)上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第一電 力系統(tǒng)的電壓和電流量傳遞給實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器利用電壓和電流量對(duì)第二 電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)計(jì)算；(5)上述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器通過(guò)上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第二電力 系統(tǒng)的電壓和電功率傳遞給機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)利用電壓和電功率對(duì)第 一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)計(jì)算。本發(fā)明提出的基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法，借助已 有的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，利用其開(kāi)放的輸入、輸出功能，將機(jī)電暫態(tài)計(jì) 算功能附加在RTDS之上，形成統(tǒng)一的混合仿真系統(tǒng)，不但有助于了解大規(guī)模電力系統(tǒng)機(jī)電 暫態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，而且有助于了解大規(guī)模電力系統(tǒng)中某一特定部分的電磁暫態(tài)過(guò)程， 在一定程度上可以彌補(bǔ)各自方法的不足，拓寬了電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的研究范圍，可以 協(xié)調(diào)仿真的規(guī)模、精度和速度，為研究大規(guī)模電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性提供了新的方 法和途徑。


圖1是本發(fā)明方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明方法中使用的接口進(jìn)程控制系統(tǒng)在電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí) 仿真方法中的原理結(jié)構(gòu)圖。圖3是接口進(jìn)程控制系統(tǒng)中通信卡的結(jié)構(gòu)框圖。圖4是接口進(jìn)程控制系統(tǒng)中信號(hào)分配器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法，其系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括以下步驟(1)采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)第一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算。本發(fā)明 采用的機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)名稱(chēng)為T(mén)H-STBLT，由清華大學(xué)提出，該系統(tǒng)曾以“輸電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃 算法和軟件”的名稱(chēng)獲得1992年國(guó)家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，歷經(jīng)多年使用和逐步完善，現(xiàn)在 已經(jīng)成為一套成熟的機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)。(2)采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器對(duì)第二電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算。本發(fā)明采 用的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(RTDS)，是由加拿大Manitoba直流研究中心提出、國(guó)際上最成熟的電 磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用；(3)在機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器之間設(shè)置一個(gè)接口進(jìn)程控制系統(tǒng)；(4)上述機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過(guò)上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第一電 力系統(tǒng)的電壓和電流量傳遞給實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器利用電壓和電流量對(duì)第二 電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)計(jì)算；(5)上述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器通過(guò)上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第二電力 系統(tǒng)的電壓和電功率傳遞給機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)利用電壓和電功率對(duì)第 一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)計(jì)算。 上述方法中，在機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器之間，設(shè)置了接口進(jìn)程控制 系統(tǒng)，由該接口進(jìn)程控制系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2所示。從圖2中可以看出，該接口進(jìn)程控制系統(tǒng)包括通信卡，用于通過(guò)計(jì)算機(jī)上的并行總線接收機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)第一電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果，并將該計(jì)算結(jié)果發(fā)送至信號(hào)分配器，同時(shí)接收來(lái)自信號(hào)分配器的 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器對(duì)第二電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果，并將該計(jì)算結(jié)果通過(guò)并行總線 發(fā)送至計(jì)算機(jī)；信號(hào)分配器，將接收的上述計(jì)算機(jī)對(duì)第一電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果發(fā)送至實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器，同時(shí)接收來(lái)自實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器對(duì)第二電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié) 果，并將該計(jì)算結(jié)果發(fā)送至通信卡；通信卡和信號(hào)分配器之間通過(guò)光纖連接。上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)中，所述的通信卡的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示，包括程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)中央處理器的程序代碼，程序存儲(chǔ)器與中央處理器相連 接；
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)中央處理器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與中央處理器相連接；并行總線接口控制器，用于根據(jù)計(jì)算機(jī)并行總線協(xié)議，接收或發(fā)送計(jì)算機(jī)與中央 處理器的之間的通信數(shù)據(jù)，并行總線接口控制器與中央處理器相連接；中央處理器，用于通過(guò)并行總線接口控制器接收機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)第一電力系 統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果，并將該計(jì)算結(jié)果發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制器，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器和 光信號(hào)收發(fā)器接收實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器對(duì)第二電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果，并將該計(jì)算 結(jié)果通過(guò)并行總線接口控制器發(fā)送至計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)控制器，用于將中央處理器產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議后，發(fā)送至光信號(hào)收發(fā) 器，同時(shí)接受光信號(hào)收發(fā)器的信號(hào)，并發(fā)送至中央處理器，網(wǎng)絡(luò)控制器與中央處理器相連接；光信號(hào)收發(fā)器，用于將網(wǎng)絡(luò)控制器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后，將光信號(hào)發(fā)送至信 號(hào)分配器，同時(shí)將接收自信號(hào)分配器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制器，光信號(hào) 收發(fā)器與信號(hào)分配器相連接。上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)中，所述的信號(hào)分配器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖4所示，包括電源模塊，用于為信號(hào)分配器提供電源，輸入為220伏交流電壓，輸出為正5伏、正 負(fù)15伏和正負(fù)24伏直流電壓；通訊模塊，用于接收通信卡中光信號(hào)收發(fā)器的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 將電信號(hào)經(jīng)過(guò)自定義總線發(fā)送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時(shí)通過(guò)自定義總線接受模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電信 號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，發(fā)送至通訊卡中的光信號(hào)收發(fā)器；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將通訊模塊送來(lái)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并將該模擬信號(hào)發(fā)送 至實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信 號(hào)發(fā)送至通訊模塊；電源模塊、通訊模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分別通過(guò)自定義總線相連接。上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例中，通信卡所用的主要部件如下中央處理器采用美國(guó)TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，型號(hào)為T(mén)MS320DM642 ；程序存儲(chǔ)器采用美國(guó)SST公司型號(hào)為SST39VF040的快速存儲(chǔ)器；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用美國(guó)Microchip公司型號(hào)為93LC66B的可電擦除的快速存儲(chǔ)器；并行總線接口控制器采用美國(guó)PLX公司型號(hào)為PEX8112的接口芯片；網(wǎng)絡(luò)控制器采用美國(guó)DAVIC0M公司型號(hào)為DM9000A的太網(wǎng)接口芯片；光信號(hào)收發(fā)器采用中國(guó)武漢靈創(chuàng)公司的多模收發(fā)器，型號(hào)為L(zhǎng)-TR0323。信號(hào)分配器所用的主要部件如下通訊模塊分別采用美國(guó)TI公司型號(hào)為T(mén)MS320VC33的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)；美 國(guó)DAVIC0M公司型號(hào)為DM9000A的太網(wǎng)接口芯片以及中國(guó)武漢靈創(chuàng)公司型號(hào)為L(zhǎng)-TR0323 的多模收發(fā)器；數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)BB公司的16位精度的數(shù)字量/模擬量轉(zhuǎn)換芯片，型號(hào)為 DAC7744E ；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)ADI公司的16位精度的模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換芯片，型號(hào)為 AD7656 ；電源模塊采用美國(guó)TI公司型號(hào)為T(mén)PS54310PWP的電源芯片。
權(quán)利要求
一種基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)第一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；(2)采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器對(duì)第二電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；(3)在機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器之間設(shè)置一個(gè)接口進(jìn)程控制系統(tǒng)；(4)上述機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過(guò)上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第一電力系統(tǒng)的電壓和電流量傳遞給實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器利用電壓和電流量對(duì)第二電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)計(jì)算；(5)上述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器通過(guò)上述接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第二電力系統(tǒng)的電壓和電功率傳遞給機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)利用電壓和電功率對(duì)第一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域。采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)第一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；采用RTDS對(duì)第二電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過(guò)接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將第一電力系統(tǒng)的電壓和電流量傳遞給RTDS，RTDS利用電壓和電流量對(duì)第二電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)計(jì)算；RTDS通過(guò)接口進(jìn)程控制系統(tǒng)將仿真計(jì)算得到的第二電力系統(tǒng)的電壓和電功率傳遞給機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)利用電壓和電功率對(duì)第一電力系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)計(jì)算。本發(fā)明方法有助于了解大規(guī)模電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性和某一特定部分的電磁暫態(tài)過(guò)程，可以協(xié)調(diào)仿真的規(guī)模、精度和速度。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101826128SQ201010145890
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者張樹(shù)卿, 梁旭, 洪潮, 薛巍 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心;清華大學(xué)