本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
隨著區(qū)域電網(wǎng)之間互聯(lián)的增加使得電網(wǎng)規(guī)模變得越來越大,大量的如分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備等電力電子設(shè)備接入到電網(wǎng)中,使得電網(wǎng)運行特性和控制特性變得非常復(fù)雜,電力系統(tǒng)的強非線性特性日益突出。電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢對于仿真提出了更高的要求。接入了大規(guī)模電力電子設(shè)備的電力系統(tǒng)仿真要求在仿真過程中既可以仿真大規(guī)?;ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)過程也可以模擬局部快速變化的電力電子裝置的電磁暫態(tài)過程;其次還可以準確的仿真局部電網(wǎng)間、大區(qū)域和局部系統(tǒng)的交互作用。傳統(tǒng)機電暫態(tài)仿真忽略了電力電子器件的快速動態(tài)過程,不能準確的模擬系統(tǒng)中局部快速變化的過程;電磁暫態(tài)仿真由于仿真速度和仿真規(guī)模的限制不能進行全系統(tǒng)仿真。所以傳統(tǒng)的機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)實時仿真無法同時兼顧其接入交流大電網(wǎng)后和交流系統(tǒng)的交互作用以及詳細的變流器內(nèi)部物理特性。
機電-電磁暫態(tài)混合仿真技術(shù)克服了純機電暫態(tài)仿真與純電磁暫態(tài)仿真技術(shù)的固有缺陷,實現(xiàn)了兩者的優(yōu)勢互補,能夠?qū)τ诖笮碗娏﹄娮悠骷木植烤W(wǎng)絡(luò)進行精確仿真,又可以考慮其相連的交流電網(wǎng)的暫態(tài)特性。該技術(shù)非常適合當前的具有大量新能源接入、高壓直流輸電、微電網(wǎng)、高頻電力電子設(shè)備和眾多新型設(shè)備的龐大復(fù)雜電力系統(tǒng)的實時混合仿真。
但機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口技術(shù)存在如何保證兩者交互數(shù)據(jù)的同步性、精確性與準確性的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)機電-電磁暫態(tài)混合實時仿真,保證混合仿真數(shù)據(jù)傳輸精度與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的仿真接口系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的之二是提供一種串并行時序靈活切換的混合時序方法,提高了仿真精度和仿真效率。
本發(fā)明的目的之三是提供一種用于管理數(shù)據(jù)采集,將數(shù)據(jù)傳入pc機,通過使用vc編程編寫關(guān)于數(shù)據(jù)采集卡的一些功能,形成相應(yīng)的鏈接庫的labview軟件調(diào)用鏈接庫的方法。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案之一是:一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng),包括rtlab和pc機;rtlab包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號模塊、gtao板卡和gtai板卡;pc機包含數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)管理與交互模塊和機電暫態(tài)仿真模塊;rtlab與pc機連接;
其中,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊與rtlab接口斷面相連,用于將機電側(cè)相量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電磁暫態(tài)側(cè)所需的瞬時值形式,將電磁側(cè)瞬時值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機電側(cè)所需的相量值形式;
gtao板卡用于將電磁側(cè)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量的形式輸出到數(shù)據(jù)采集卡;
gtai板卡用于將數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的模擬量的機電側(cè)數(shù)據(jù)輸入到電磁側(cè);
同步信號模塊用于電磁側(cè)向機電側(cè)發(fā)送同步時鐘信號,保證兩側(cè)時間的同步性;
數(shù)據(jù)采集卡分別與rtlab和pc機連接,用于采集電磁側(cè)數(shù)據(jù)并通過轉(zhuǎn)換存入pc機內(nèi)存,將機電側(cè)的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換傳送給電磁側(cè);
數(shù)據(jù)管理與交互模塊用于將數(shù)據(jù)采集卡采集的電磁暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)傳入pc機,對數(shù)據(jù)進行操作顯示,并與機電暫態(tài)仿真模塊進行數(shù)據(jù)交互;
機電暫態(tài)仿真模塊用于機電暫態(tài)仿真,通過應(yīng)用程序接口與數(shù)據(jù)管理與交互模塊進行數(shù)據(jù)交互,得到電磁暫態(tài)仿真數(shù)據(jù),輸出機電暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)。
在上述的機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集卡為pci總線采集卡,與rtlab通過db37插座連接,與pc機通過pci總線連接;
數(shù)據(jù)采集卡包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器,fifo數(shù)據(jù)緩沖區(qū),采用dma方式傳送數(shù)據(jù);
其中,模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將電磁側(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號采集進來并通過pci總線存入pc機內(nèi)存;
數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將機電暫態(tài)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號,傳送給電磁側(cè)。
在上述的機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)中,同步信號模塊采用gtdo板卡,用于在每個設(shè)定的交互步長發(fā)送同步脈沖信號,以維持兩側(cè)時間的同步性。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案之二是:用于機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)的labview軟件調(diào)用鏈接庫的方法,包括以下步驟:
s1,在labview軟件中調(diào)用驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫啟動數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集卡開始工作;
s2,在labview軟件中調(diào)用初始化數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,完成采集通道設(shè)置、ad量程設(shè)置、采樣模式設(shè)置、觸發(fā)模式設(shè)置、時鐘模式設(shè)置以及采樣頻率等一系列參數(shù)設(shè)置;
s3,在labview軟件中調(diào)用查詢ad已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,用于查詢數(shù)據(jù)采集卡采樣存入fifo中的數(shù)據(jù)長度;
s4,在labview軟件中調(diào)用讀入采樣的鏈接庫,用于將fifo中采樣暫存的數(shù)據(jù)讀入到pc機的內(nèi)存中,labview軟件對讀入的數(shù)據(jù)進行操作顯示。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案之三是:一種用于機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)的時序控制方法,在接口交互時刻取每個機電仿真步長結(jié)束時刻,電磁仿真步長為機電仿真步長的整數(shù)倍,在交互時刻兩側(cè)系統(tǒng)互傳數(shù)據(jù)給對側(cè);具體步驟如下:
步驟1,在系統(tǒng)正常運行狀態(tài)時,機電-電磁暫態(tài)混合仿真系統(tǒng)采用并行時序進行數(shù)據(jù)交互;
步驟2,并行時序交互時,一側(cè)計算時另一側(cè)的計算繼續(xù)進行,在每個規(guī)定的數(shù)據(jù)交互時間點,兩側(cè)同時將本側(cè)數(shù)據(jù)傳給對側(cè),同時接收對側(cè)傳來的數(shù)據(jù);
步驟3,系統(tǒng)在暫態(tài)和動態(tài)波動過程時,機電-電磁暫態(tài)混合仿真系統(tǒng)采用串行時序進行數(shù)據(jù)交互;
步驟4,串行時序時,機電側(cè)仿真在進行迭代計算時,電磁側(cè)計算處于停頓狀態(tài)直到機電側(cè)本步計算完成;
步驟5,通過并行時序與串行時序靈活切換的方式實現(xiàn)機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口時序。
本發(fā)明的有益效果是:實現(xiàn)了機電-電磁混合仿真,串并行時序靈活切換的混合時序方法能夠提高仿真精度和仿真效率,機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)提高了混合仿真的準確性、動態(tài)性能,保證了機電-電磁暫態(tài)交互數(shù)據(jù)的同步性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一個實施例機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)圖;
圖2為本發(fā)明一個實施例機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口交互時序圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。
本發(fā)明實施例采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn),一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng),包括rtlab和pc機;rtlab包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號模塊、gtao板卡和gtai板卡;pc機包含數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)管理與交互模塊和機電暫態(tài)仿真模塊;rtlab與pc機連接;
其中,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊與rtlab接口斷面相連,用于將機電側(cè)相量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電磁暫態(tài)側(cè)所需的瞬時值形式,將電磁側(cè)瞬時值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機電側(cè)所需的相量值形式;
gtao板卡用于將電磁側(cè)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量的形式輸出到數(shù)據(jù)采集卡;
gtai板卡用于將數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的模擬量的機電側(cè)數(shù)據(jù)輸入到電磁側(cè);
同步信號模塊用于電磁側(cè)向機電側(cè)發(fā)送同步時鐘信號,保證兩側(cè)時間的同步性;
數(shù)據(jù)采集卡分別與rtlab和pc機連接,用于采集電磁側(cè)數(shù)據(jù)并通過轉(zhuǎn)換存入pc機內(nèi)存,將機電側(cè)的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換傳送給電磁側(cè);
數(shù)據(jù)管理與交互模塊用于將數(shù)據(jù)采集卡采集的電磁暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)傳入pc機,對數(shù)據(jù)進行操作顯示,并與機電暫態(tài)仿真模塊進行數(shù)據(jù)交互;
機電暫態(tài)仿真模塊用于機電暫態(tài)仿真,通過應(yīng)用程序接口與數(shù)據(jù)管理與交互模塊進行數(shù)據(jù)交互,得到電磁暫態(tài)仿真數(shù)據(jù),輸出機電暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)。
進一步,數(shù)據(jù)采集卡為pci總線采集卡,與rtlab通過db37插座連接,與pc機通過pci總線連接;
數(shù)據(jù)采集卡包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器,fifo數(shù)據(jù)緩沖區(qū),采用dma方式傳送數(shù)據(jù);
其中,模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將電磁側(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號采集進來并通過pci總線存入pc機內(nèi)存;
數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將機電暫態(tài)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號,傳送給電磁側(cè)。
更進一步,同步信號模塊采用gtdo板卡,用于在每個設(shè)定的交互步長發(fā)送同步脈沖信號,以維持兩側(cè)時間的同步性。
用于機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)的labview軟件調(diào)用鏈接庫的方法,包括以下步驟:
s1,在labview軟件中調(diào)用驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫啟動數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集卡開始工作;
s2,在labview軟件中調(diào)用初始化數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,完成采集通道設(shè)置、ad量程設(shè)置、采樣模式設(shè)置、觸發(fā)模式設(shè)置、時鐘模式設(shè)置以及采樣頻率等一系列參數(shù)設(shè)置;
s3,在labview軟件中調(diào)用查詢ad已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,用于查詢數(shù)據(jù)采集卡采樣存入fifo中的數(shù)據(jù)長度;
s4,在labview軟件中調(diào)用讀入采樣的鏈接庫,用于將fifo中采樣暫存的數(shù)據(jù)讀入到pc機的內(nèi)存中,labview軟件對讀入的數(shù)據(jù)進行操作顯示。
一種用于機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)的時序控制方法,在接口交互時刻取每個機電仿真步長結(jié)束時刻,電磁仿真步長為機電仿真步長的整數(shù)倍,在交互時刻兩側(cè)系統(tǒng)互傳數(shù)據(jù)給對側(cè);具體步驟如下:
步驟1,在系統(tǒng)正常運行狀態(tài)時,機電-電磁暫態(tài)混合仿真系統(tǒng)采用并行時序進行數(shù)據(jù)交互;
步驟2,并行時序交互時,一側(cè)計算時另一側(cè)的計算繼續(xù)進行,在每個規(guī)定的數(shù)據(jù)交互時間點,兩側(cè)同時將本側(cè)數(shù)據(jù)傳給對側(cè),同時接收對側(cè)傳來的數(shù)據(jù);
步驟3,系統(tǒng)在暫態(tài)和動態(tài)波動過程時,機電-電磁暫態(tài)混合仿真系統(tǒng)采用串行時序進行數(shù)據(jù)交互;
步驟4,串行時序時,機電側(cè)仿真在進行迭代計算時,電磁側(cè)計算處于停頓狀態(tài)直到機電側(cè)本步計算完成;
步驟5,通過并行時序與串行時序靈活切換的方式實現(xiàn)機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口時序。
具體實施時,一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)機電-電磁暫態(tài)混合實時仿真,能夠有效解決混合仿真接口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸精度與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題,提高混合仿真的準確性、精確性,拓展了混合仿真的應(yīng)用領(lǐng)域。
一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng),包括rtlab、數(shù)據(jù)采集卡、labview軟件、機電暫態(tài)軟件、pc機。
并且,rtlab進行電磁暫態(tài)仿真,得到機電暫態(tài)側(cè)所需的數(shù)據(jù)信息,rtlab中包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號模塊、gtao板卡、gtai板卡。
并且,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊具有將機電側(cè)相量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電磁暫態(tài)側(cè)所需的瞬時值形式,也可以將電磁側(cè)瞬時值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機電側(cè)所需的相量值形式。
并且,同步信號模塊用于rtlab電磁側(cè)向機電側(cè)發(fā)送同步時鐘信號,保證兩者時間的同步性。
并且,gtao板卡用于將電磁側(cè)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量的形式輸出到數(shù)據(jù)采集卡。
并且,gtai板卡用于將數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的模擬量的機電側(cè)數(shù)據(jù)輸入到rtlab側(cè)。
并且,數(shù)據(jù)采集卡含有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器;
而且,數(shù)據(jù)采集卡與rtlab側(cè)和pci總線連接,數(shù)據(jù)采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將電磁側(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號采集進來并通過pci總線存入pc機內(nèi)存;
而且,數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將機電暫態(tài)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號,傳送給rtlab電磁側(cè)。
并且,labview軟件用于將上述數(shù)據(jù)采集卡采集得到的數(shù)據(jù)傳入pc機上,并能對于數(shù)據(jù)進行操作顯示,與機電暫態(tài)仿真軟件進行數(shù)據(jù)交互。
并且,機電暫態(tài)仿真軟件進行機電暫態(tài)仿真,通過應(yīng)用程序接口與labview進行數(shù)據(jù)交互,得到電磁暫態(tài)仿真數(shù)據(jù),輸出機電暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)。
如圖1所示,本實施例機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)在rtlab中搭建電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng),由于rtlab具有很強大的信號處理能力,因此將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能和時間同步功能在rtlab上實現(xiàn)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊先將電磁側(cè)傳送給機電側(cè)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機電側(cè)能夠接受的相量形式,轉(zhuǎn)化后的相量數(shù)據(jù)通過gtao板卡以模擬量的形式輸出到機電仿真?zhèn)鹊膒c機上;當機電側(cè)數(shù)據(jù)通過gtai板卡以模擬量形式輸入到rtlab側(cè)時,先通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為電磁側(cè)能夠接受的瞬時值形式,然后傳給電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)。rtlab還通過gtdo板卡在每個設(shè)定的交互步長發(fā)送同步脈沖信號,以維持兩側(cè)仿真時間的同步性。
數(shù)據(jù)采集卡為pci總線采集卡,與rtlab通過db37插座連接,與pc機采用pci插槽連接到pci總線上。數(shù)據(jù)采集含有數(shù)模轉(zhuǎn)換器d/a、模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d,fifo數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、采用dma(直接內(nèi)存存?。┓绞絺魉蛿?shù)據(jù)。
labview軟件用于管理數(shù)據(jù)采集,能夠?qū)?shù)據(jù)采集卡采集來的數(shù)據(jù)傳入pc機,通過使用vc編程編寫關(guān)于數(shù)據(jù)采集卡的一些功能,形成相應(yīng)的鏈接庫,通過鏈接庫的方式,labview對數(shù)據(jù)采集卡采樣的數(shù)據(jù)進行操作。具體步驟如下:
步驟一,在labview中調(diào)用驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,啟動數(shù)據(jù)采集卡開始工作。
步驟二,在labview中調(diào)用初始化數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,完成采集通道設(shè)置、ad量程設(shè)置、采樣模式設(shè)置、觸發(fā)模式設(shè)置、時鐘模式設(shè)置以及采樣頻率等一系列參數(shù)設(shè)置。
步驟三,在labview中調(diào)用查詢ad已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)采集卡的鏈接庫,用于查詢數(shù)據(jù)采集卡采樣存入fifo中的數(shù)據(jù)長度。
步驟四,在labview中調(diào)用讀入采樣的鏈接庫,用于將fifo中采樣暫存的數(shù)據(jù)讀入到pc機的內(nèi)存中,labview能夠?qū)ψx入的數(shù)據(jù)進行操作顯示。
labview與機電暫態(tài)仿真軟件通過用戶程序接口,以dll(動態(tài)鏈接庫文件)形式,進行數(shù)據(jù)交換。機電暫態(tài)仿真軟件包含仿真的大部分電網(wǎng)。
如圖2所示,為本實施提供的一種用于機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)的時序控制方法。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下,采用并行時序保證仿真效率,在系統(tǒng)處于暫態(tài)、動態(tài)波動情況下,采用串行時序保證仿真精度。接口交互時刻取每個機電仿真步長結(jié)束時刻,電磁仿真步長為機電仿真步長的整數(shù)倍。具體實施步驟如下:
一、并行時序時,t0時刻是兩側(cè)進行數(shù)據(jù)交互,將本側(cè)數(shù)據(jù)傳給對側(cè),同時接收對側(cè)的數(shù)據(jù),如圖2步驟
二,若在t1時刻,系統(tǒng)沒有處于暫態(tài)、動態(tài)波動狀態(tài),則在交互時刻t1再次進行數(shù)據(jù)交互,如圖2步驟
三,若t2時刻系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)、動態(tài)波動,則交互時序由并行時序變?yōu)榇袝r序。在t2時刻,機電側(cè)將數(shù)據(jù)傳給電磁側(cè)如圖2步驟
四,若在t4時刻系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)態(tài),則交互時序并行時序變?yōu)榇袝r序。
綜上所述,機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡采樣電磁側(cè)數(shù)據(jù),由labview軟件將數(shù)據(jù)讀入pc機,并于pc機上的機電暫態(tài)軟件進行數(shù)據(jù)交互完成,實現(xiàn)機電-電磁混合仿真,串并行時序靈活切換的混合時序方法能夠提高仿真精度和仿真效率,機電-電磁暫態(tài)混合仿真接口系統(tǒng)提高了混合仿真的準確性、動態(tài)性能,拓展混合仿真的應(yīng)用領(lǐng)域。
應(yīng)當理解的是,本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式,但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解,這些僅是舉例說明,可以對這些實施方式做出多種變形或修改,而不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。