專利名稱：一種電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，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)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(RTDS)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行混合仿真的過(guò)程 中，需要實(shí)現(xiàn)以下過(guò)程(1)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；(2)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器通過(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。由上述過(guò)程得出，接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的性能直接決定了電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合 實(shí)時(shí)仿真的效果。分析研究表明采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(RTDS)的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合 實(shí)時(shí)仿真對(duì)接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的通訊速度和通道數(shù)量有較高的要求，目前市場(chǎng)上出售的商 用通訊系統(tǒng)均不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)， 采用高速周邊器件互連總線(PCI Express)與高性能并行計(jì)算機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)與 機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真。本發(fā)明提出的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(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，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，包括
電源模塊，用于為信號(hào)分配器提供電源；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)換模塊，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。本發(fā)明提出的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是1、采用高性能中央處理器，具有準(zhǔn)確的定時(shí)機(jī)制，保證了電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)兩 個(gè)仿真系統(tǒng)的同步性；2、采用高速周邊器件互連總線、高性能中央處理器以及網(wǎng)絡(luò)控制器，具有很高的 通訊速度，保證了接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；3、采用光纖通訊技術(shù)，降低了信號(hào)的傳輸衰耗，保證了接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的通訊 精度及通訊距離。


圖1是本發(fā)明提出的接口進(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)仿真系 統(tǒng)中的原理結(jié)構(gòu)圖。圖2是接口進(jìn)程控制系統(tǒng)中通信卡的結(jié)構(gòu)框圖。圖3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)明提出的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，在在電磁暫 態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，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2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3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。本發(fā)明提出的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的一個(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TMS320DM642 ；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TMS320VC33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TPS54310PWP的電源芯片。
權(quán)利要求
一種電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，其特征在于該接口進(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。
2.如權(quán)利要求1所述的接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，其特征在于其中所述的通信卡，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。
3.如權(quán)利要求1所述的接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)分配器，包括 電源模塊，用于為信號(hào)分配器提供電源；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)換模塊，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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口進(jìn)程控制系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域。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，并將其發(fā)送至信號(hào)分配器，同時(shí)接收信號(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，并其發(fā)送至計(jì)算機(jī)；信號(hào)分配器，將接收的對(duì)第一電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算結(jié)果發(fā)送至實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器，接收對(duì)第二電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果，并將其發(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。本發(fā)明控制系統(tǒng)保證了電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)兩個(gè)仿真系統(tǒng)的同步性、接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和接口進(jìn)程控制系統(tǒng)的通訊精度及通訊距離。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101814733SQ20101014588
公開日2010年8月25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)明者張樹卿, 梁旭, 洪潮, 黃立濱 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心;清華大學(xué)