一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)對所模擬系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時(shí)仿真，并將待測裝置試驗(yàn)所需的電壓、電流等信號經(jīng)高速通信系統(tǒng)輸出，通過信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換和電壓、電流功率放大器送入待測裝置以進(jìn)行裝置的試驗(yàn)研究。同時(shí)，待測裝置的響應(yīng)信號可通過信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋回計(jì)算機(jī)，從而形成閉環(huán)試驗(yàn)。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字仿真，能對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行故障、運(yùn)行原理模擬；讓學(xué)員能最大程度的認(rèn)知電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)培訓(xùn)效果。
【專利說明】—種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電網(wǎng)數(shù)字仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力員工在上崗前都認(rèn)知電網(wǎng)系統(tǒng)，對其故障的發(fā)生，解決的方式及運(yùn)行的原理都要有深刻的了解。然而，現(xiàn)有的上崗培訓(xùn)都是通過進(jìn)入變電站現(xiàn)在進(jìn)行交流，由于變電站處于運(yùn)行狀態(tài)，因此，培訓(xùn)師對學(xué)員的授課都只停留在理論，最多只是讓用戶了解下，變電站的一些設(shè)備。即使現(xiàn)有的培訓(xùn)具有一些電子文檔，但是其也無法滿足學(xué)員的教學(xué)需求。因此，提供一種具有對電網(wǎng)數(shù)字仿真的系統(tǒng)是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字仿真，能對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行故障、運(yùn)行原理模擬；讓學(xué)員能最大程度的認(rèn)知電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)培訓(xùn)效果。
[0004]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括: 設(shè)置有仿真軟件的計(jì)算機(jī)，所述的仿真軟件包括:
電網(wǎng)暫態(tài)仿真計(jì)算軟件；
圖形化電力系統(tǒng)仿真建模系統(tǒng)，包括全中文友好的圖形化界面、系統(tǒng)元件的拓?fù)潢P(guān)系以及參數(shù)輸入、系統(tǒng)仿真的圖形化輸出以及后臺數(shù)據(jù)庫管理等模塊；
實(shí)時(shí)仿真進(jìn)程控制系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)通信、同步控制、底層硬件驅(qū)動以及信號轉(zhuǎn)換和輸入輸出處理模塊；以及DDRTS系統(tǒng)輔助功能模塊，包括靜態(tài)繼電器測試模塊、信號發(fā)生及諧波測試模塊、實(shí)時(shí)回放測試模塊以及系統(tǒng)硬件配置模塊；
高速通信系統(tǒng)，用于計(jì)算機(jī)生成的仿真信號以及變電站待測設(shè)備反饋信號的高速傳
輸;
信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速通信系統(tǒng)與變電站待測設(shè)備之間的連接通訊；包括數(shù)字量與模擬量之間的轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的輸入輸出，模擬、數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
[0005]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的計(jì)算機(jī)還設(shè)置有打印軟體，該打印軟體為選擇打印區(qū)域包括三種打印選擇:1、打印整個(gè)圖頁，包括空白區(qū)域；2、當(dāng)前窗口:只打印屏幕顯示的部分；3、只打印有元件或控制模塊存在的圖頁范圍。
[0006]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的高速通信系統(tǒng)是基于數(shù)字信號處理器(DSP)和PCI總線技術(shù)的通訊卡，用于微機(jī)與信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。
[0007]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述電網(wǎng)暫態(tài)仿真采用隱式梯形積分法和暫態(tài)等值電路對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解；在網(wǎng)絡(luò)元件的處理中，對于集中參數(shù)元件，應(yīng)用隱式梯形積分法將微分方程化為離散化差分方程，并得到一個(gè)等值電阻和等值電流源并聯(lián)的暫態(tài)等值計(jì)算模型；對于輸電線路這樣的分布參數(shù)元件，采用無損線的貝瑞隆模型也可導(dǎo)出僅包含電阻和電流源的線路暫態(tài)等值計(jì)算模型，考慮線路損耗時(shí)可采用貝瑞隆無損線路加縱向電阻的模型；這樣在任意時(shí)刻，這些集中和分布網(wǎng)絡(luò)元件離散化之后得到的一系列等值電阻和等值電流源構(gòu)成了暫態(tài)等值計(jì)算電路；
以此暫態(tài)等值計(jì)算電路為基礎(chǔ)得到節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，形成節(jié)點(diǎn)方程，即:
CT = I(1-1)
其中:G:暫態(tài)等值電路的純電阻節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；U:t時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)電壓組成的列向量；
1:各節(jié)點(diǎn)注入電流組成的列向量，每一節(jié)點(diǎn)的注入電流為t時(shí)刻暫態(tài)等值計(jì)算電路中與該節(jié)點(diǎn)相連的等值電流源以及外施電流源的代數(shù)和；根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程，對對稱的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣進(jìn)行三角分解，通過前代和回代運(yùn)算求解下一步長點(diǎn)t +At時(shí)刻的各節(jié)點(diǎn)電壓；然后得到t +At時(shí)刻的各支路電流,重新計(jì)算t + At時(shí)刻的暫態(tài)等值計(jì)算電路,如此反復(fù)以固定的仿真步長At向前在每一個(gè)步長點(diǎn)對系統(tǒng)進(jìn)行求解；在此過程中，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣保持不變；如果在仿真過程中系統(tǒng)發(fā)生了故障或操作，必須修正節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣并重新進(jìn)行三角分解。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述變電站待測設(shè)備的配置包括PCS-902GC線路縱聯(lián)距離保護(hù)裝置、F0X-41B型繼電保護(hù)光纖通信接口裝置和PST-1200U變壓器電氣量保護(hù)裝置。
[0009]本發(fā)明該系統(tǒng)仿真直觀，響應(yīng)速度快，而且能在計(jì)算機(jī)上通過圖形化電力系統(tǒng)仿真建模系統(tǒng)構(gòu)建要模擬的電網(wǎng)架構(gòu)，通過測試設(shè)備配合計(jì)算機(jī)，就能模擬整個(gè)變電站系統(tǒng)的工作狀態(tài)，具有較好的培訓(xùn)價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0012]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括:設(shè)置有仿真軟件的計(jì)算機(jī)、高速通信系統(tǒng)以及信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)；其中，所述的仿真軟件包括:電網(wǎng)暫態(tài)仿真計(jì)算軟件；圖形化電力系統(tǒng)仿真建模系統(tǒng)，包括全中文友好的圖形化界面、系統(tǒng)元件的拓?fù)潢P(guān)系以及參數(shù)輸入、系統(tǒng)仿真的圖形化輸出以及后臺數(shù)據(jù)庫管理等模塊；實(shí)時(shí)仿真進(jìn)程控制系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)通信、同步控制、底層硬件驅(qū)動以及信號轉(zhuǎn)換和輸入輸出處理模塊；以及DDRTS系統(tǒng)輔助功能模塊，包括靜態(tài)繼電器測試模塊、信號發(fā)生及諧波測試模塊、實(shí)時(shí)回放測試模塊以及系統(tǒng)硬件配置模塊。高速通信系統(tǒng)，用于計(jì)算機(jī)生成的仿真信號以及變電站待測設(shè)備反饋信號的高速傳輸；信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速通信系統(tǒng)與變電站待測設(shè)備之間的連接通訊；包括數(shù)字量與模擬量之間的轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的輸入輸出，模擬、數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
[0013]較佳的，所述的高速通信系統(tǒng)是基于數(shù)字信號處理器(DSP)和PCI總線技術(shù)的通訊卡，用于微機(jī)與信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信；信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng):包括數(shù)字量與模擬量之間的轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的輸入輸出，模擬、數(shù)字量的轉(zhuǎn)換均采用高精度的16位芯片；電壓、電流功率放大器:幅值、相位和頻率均連續(xù)可調(diào)。
[0014]所述電網(wǎng)暫態(tài)仿真采用隱式梯形積分法和暫態(tài)等值電路對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解；在網(wǎng)絡(luò)元件的處理中，對于集中參數(shù)元件，應(yīng)用隱式梯形積分法將微分方程化為離散化差分方程，并得到一個(gè)等值電阻和等值電流源并聯(lián)的暫態(tài)等值計(jì)算模型；對于輸電線路這樣的分布參數(shù)元件，采用無損線的貝瑞隆模型也可導(dǎo)出僅包含電阻和電流源的線路暫態(tài)等值計(jì)算模型，考慮線路損耗時(shí)可采用貝瑞隆無損線路加縱向電阻的模型；這樣在任意時(shí)刻，這些集中和分布網(wǎng)絡(luò)元件離散化之后得到的一系列等值電阻和等值電流源構(gòu)成了暫態(tài)等值計(jì)算電路；以此暫態(tài)等值計(jì)算電路為基礎(chǔ)得到節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，形成節(jié)點(diǎn)方程，即:
CT = I(1-1)
其中:G:暫態(tài)等值電路的純電阻節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；U:t時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)電壓組成的列向量；1:各節(jié)點(diǎn)注入電流組成的列向量，每一節(jié)點(diǎn)的注入電流為t時(shí)刻暫態(tài)等值計(jì)算電路中與該節(jié)點(diǎn)相連的等值電流源以及外施電流源的代數(shù)和；根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程，對對稱的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣進(jìn)行三角分解，通過前代和回代運(yùn)算求解下一步長點(diǎn)t +At時(shí)刻的各節(jié)點(diǎn)電壓；然后得到t+ At時(shí)刻的各支路電流，重新計(jì)算t + At時(shí)刻的暫態(tài)等值計(jì)算電路，如此反復(fù)以固定的仿真步長At向前在每一個(gè)步長點(diǎn)對系統(tǒng)進(jìn)行求解；在此過程中，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣保持不變；如果在仿真過程中系統(tǒng)發(fā)生了故障或操作，必須修正節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣并重新進(jìn)行三角分解。
[0015]為了方便使用，所述的計(jì)算機(jī)還設(shè)置有打印軟體，該打印軟體為選擇打印區(qū)域包括三種打印選擇:1、打印整個(gè)圖頁，包括空白區(qū)域；2、當(dāng)前窗口:只打印屏幕顯示的部分；3、只打印有元件或控制模塊存在的圖頁范圍。
[0016]較佳的，本實(shí)施例中，所述變電站待測設(shè)備的配置包括PCS-902GC線路縱聯(lián)距離保護(hù)裝置、F0X-41B型繼電保護(hù)光纖通信接口裝置和PST-1200U變壓器電氣量保護(hù)裝置。
[0017]本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛，主要包括:
1、進(jìn)行電網(wǎng)的全過程仿真研究，應(yīng)用于系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)事故分析和對策制
定;
2、進(jìn)行繼電保護(hù)裝置、安全自動裝置以及測量和控制裝置的閉環(huán)試驗(yàn)；
3、培訓(xùn)調(diào)度運(yùn)行及生產(chǎn)運(yùn)行部門的工程技術(shù)人員和高校電力專業(yè)的學(xué)生；
4、進(jìn)行靜態(tài)繼電器測試、裝置的諧波測試，利用現(xiàn)場錄波波形和離線仿真波形對裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)回放測試。
[0018]此外，該系統(tǒng)也可對大型電網(wǎng)的電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)過程進(jìn)行離線仿真。DDRTS也可進(jìn)行電網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真。在實(shí)時(shí)仿真中，電網(wǎng)的仿真計(jì)算速度與實(shí)際物理過程速度保持一致，從而可以外接實(shí)際裝置進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)研究。閉環(huán)試驗(yàn)研究對于裝置的設(shè)計(jì)和投運(yùn)前的性能驗(yàn)證具有很重要的意義。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括: 設(shè)置有仿真軟件的計(jì)算機(jī)，所述的仿真軟件包括: 電網(wǎng)暫態(tài)仿真計(jì)算軟件； 圖形化電力系統(tǒng)仿真建模系統(tǒng)，包括全中文友好的圖形化 界面、系統(tǒng)元件的拓?fù)潢P(guān)系以及參數(shù)輸入、系統(tǒng)仿真的圖形化輸出以及后臺數(shù)據(jù)庫管理等模塊；實(shí)時(shí)仿真進(jìn)程控制系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)通信、同步控制、底層硬件驅(qū)動以及信號轉(zhuǎn)換和輸入輸出處理模塊；以及DDRTS系統(tǒng)輔助功能模塊，包括靜態(tài)繼電器測試模塊、信號發(fā)生及諧波測試模塊、實(shí)時(shí)回放測試模塊以及系統(tǒng)硬件配置模塊； 高速通信系統(tǒng)，用于計(jì)算機(jī)生成的仿真信號以及變電站待測設(shè)備反饋信號的高速傳輸; 信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速通信系統(tǒng)與變電站待測設(shè)備之間的連接通訊；包括數(shù)字量與模擬量之間的轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的輸入輸出，模擬、數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的計(jì)算機(jī)還設(shè)置有打印軟體，該打印軟體為選擇打印區(qū)域包括三種打印選擇:1、打印整個(gè)圖頁，包括空白區(qū)域；2、當(dāng)前窗口:只打印屏幕顯示的部分；3、只打印有元件或控制模塊存在的圖頁范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的高速通信系統(tǒng)是基于數(shù)字信號處理器(DSP)和PCI總線技術(shù)的通訊卡，用于微機(jī)與信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述電網(wǎng)暫態(tài)仿真采用隱式梯形積分法和暫態(tài)等值電路對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解；在網(wǎng)絡(luò)元件的處理中，對于集中參數(shù)元件，應(yīng)用隱式梯形積分法將微分方程化為離散化差分方程，并得到一個(gè)等值電阻和等值電流源并聯(lián)的暫態(tài)等值計(jì)算模型；對于輸電線路這樣的分布參數(shù)元件，采用無損線的貝瑞隆模型也可導(dǎo)出僅包含電阻和電流源的線路暫態(tài)等值計(jì)算模型，考慮線路損耗時(shí)可采用貝瑞隆無損線路加縱向電阻的模型；這樣在任意時(shí)刻，這些集中和分布網(wǎng)絡(luò)元件離散化之后得到的一系列等值電阻和等值電流源構(gòu)成了暫態(tài)等值計(jì)算電路； 以此暫態(tài)等值計(jì)算電路為基礎(chǔ)得到節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，形成節(jié)點(diǎn)方程，即: CT = I(1-1) 其中:G:暫態(tài)等值電路的純電阻節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；U:t時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)電壓組成的列向量；1:各節(jié)點(diǎn)注入電流組成的列向量，每一節(jié)點(diǎn)的注入電流為t時(shí)刻暫態(tài)等值計(jì)算電路中與該節(jié)點(diǎn)相連的等值電流源以及外施電流源的代數(shù)和；根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程，對對稱的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣進(jìn)行三角分解，通過前代和回代運(yùn)算求解下一步長點(diǎn)t +At時(shí)刻的各節(jié)點(diǎn)電壓；然后得到t +At時(shí)刻的各支路電流,重新計(jì)算t +At時(shí)刻的暫態(tài)等值計(jì)算電路,如此反復(fù)以固定的仿真步長At向前在每一個(gè)步長點(diǎn)對系統(tǒng)進(jìn)行求解；在此過程中，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣保持不變；如果在仿真過程中系統(tǒng)發(fā)生了故障或操作，必須修正節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣并重新進(jìn)行三角分解。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述變電站待測設(shè)備的配置包括PCS-902GC線路縱聯(lián)距離保護(hù)裝置、F0X-41B型繼電保護(hù)光纖通信接口裝置和PST-1200U變壓器電氣量保護(hù)裝置。
【文檔編號】G09B9/00GK103971557SQ201410215780
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】朱菁, 郭飛云 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司管理培訓(xùn)中心