超高壓直流輸電仿真培訓方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及超高壓直流輸電仿真培訓方法及裝置，仿真培訓服務模塊獲取SCADA實時數據并保存；仿真培訓服務模塊接收到下發的操作命令后，將操作命令及測點實時數據通過相應的訪問接口分別發送到采用Matlab的相應工具構建的電力系統實時模型和控制保護模型，電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統；模型動態運行并將結果輸出到仿真培訓服務模塊進行上送；本發明采用MATLAB建立超高壓直流輸電電力系統模型，電力模型經編譯后運行在XPC實時操作系統環境,具有及時響應和高可靠性，保證計算結果與現場實際運行系統數據在時間空間上的高度一致性，經過封裝的有機訪問接口實現高效的數據交互，提高了開發效率、節約了開發成本，具有較好的實用價值。
【專利說明】超高壓直流輸電仿真培訓方法及裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于電力仿真培訓【技術領域】，涉及一種超高壓直流輸電仿真培訓方法及裝置。
【背景技術】
[0002]HVDC-DTS仿真培訓系統對直流換流變電站的一次、二次部分做仿真。它模擬運行人員對換流站正常的運行監視和操作指令；模擬故障或異常工況的監視和處理；以及事件順序記錄和事件報警，實現嚴格的培訓功能。
[0003]目前國內已有的HVDC-DTS仿真培訓系統產品以清華仿真培訓系統為代表(下稱清華仿真系統)，它的電力系統模型是自主研發的模型，通過模型生成部分保護的閉鎖邏輯，設計思想比較先進，但是由于受限于人力、資金投入和技術水平的限制，模型不夠成熟，缺陷比較多、數據實時性和準確度差，容錯不好，尤其在閉鎖邏輯方面，由于直流輸電運行人員操作系統的復雜性，在輔助邏輯方面比較龐雜，這方面清華仿真系統不能提供一個較好的解決方案，其系統對現場問題的處理反饋慢，難以達到用戶的要求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種實時性強、準確度高的超高壓直流輸電仿真培訓方法及
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[0005]為實現上述目的，本發明的超高壓直流輸電仿真培訓方法技術方案如下:仿真培訓服務模塊獲取SCADA實時數據并保存；仿真培訓服務模塊接收到下發的操作命令后，將操作命令及測點實時數據通過相應的訪問接口分別發送到采用Matlab的相應工具構建的電力系統實時模型和控制保護模型，所述電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統；控制保護模型和電力系統實時模型動態運行并將結果分別通過訪問接口輸出到仿真培訓服務模塊進行上送。
[0006]所述電力系統實時模型包括在Matlab環境下進行超高壓直流輸電系統的建模步驟、將電力模型編譯成XPC目標實時系統的二進制程序的步驟和將可執行模型程序下裝到工控機XPC環境并運行的步驟。
[0007]本發明的超高壓直流輸電仿真培訓裝置，包括分別連入仿真培訓網的教員工作站和學員工作站，所述教員工作站中設有仿真培訓服務模塊，教員工作站還連入SCADA網中，還包括連入仿真培訓網的模型工控機，該模型工控機中設有電力系統實時模型，所述教員工作站中還設有控制保護模型，所述仿真培訓服務模塊分別通過訪問接口與電力系統實時模型和控制保護模型通訊連接，所述電力系統實時模型和控制保護模型均采用Matlab的相應工具構建，電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統。
[0008]所述電力系統實時模型包括在Matlab環境下進行超高壓直流輸電系統的建模步驟模塊、將電力模型編譯成XPC目標實時系統的二進制程序的步驟模塊和將可執行模型程序下裝到工控機XPC環境并運行的步驟模塊。[0009]所述教員工作站設有至少兩個網卡。
[0010]所述模型工控機由教員工作站虛擬機實現。
[0011]本發明的超高壓直流輸電仿真培訓方法及裝置的有益效果如下:
[0012](I)實時性:電力系統模型運行在xPC實時操作系統環境RT0S，能夠以足夠快的速度運行模型程序，在規定的時間之內快速響應，因而，具有及時響應和高可靠性，保證計算結果與現場實際運行系統數據在時間空間上的高度一致性；而國內已有的仿真系統一般是通過程序控制延時實現類似的實時效果，不是真正意義上的實時應用；
[0013](2)訪問接口:由于采用matlab軟件工具實現的兩種類型電力模型運行環境不同，實時電力系統模型運行在實時操作系統環境，閉鎖邏輯模型運行在PC環境，需要增加兩種接口，實現高效數據訪問；
[0014](3)開發效率:由于采用國際公認的電力軟件作為開發工具，在保證系統功能的同時，減少了自主開發電力設備模型的工作量和成本，提高了開發效率，縮短了開發周期。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是超高壓直流輸電仿真培訓裝置實施例的硬件組網圖；
[0016]圖2是HVDC-DTS仿真培訓系統原理圖；
[0017]圖3是數據關聯對話框示意圖；
[0018]圖4是閉鎖邏輯塊圖；
[0019]圖5是閉鎖邏輯具體實現邏輯圖；
[0020]圖6是數據流圖；
[0021]圖7是PlGl直流場備用狀態圖；
[0022]圖8是PlGl直流場閉鎖狀態圖；
[0023]圖9是定義功率控制參數圖；
[0024]圖10是功率控制升過程圖。
【具體實施方式】
[0025]超高壓直流輸電仿真培訓系統HVDC-DTS硬件組網如圖1所示，系統配置一臺教員工作站(或服務器)和至少一臺學員工作站。
[0026]I)教員工作站。教員工作站安裝電力系統模型軟件MATLAB和教員系統軟件、接口軟件、仿真培訓服務模塊和控制保護模型，在培訓中充當教員臺。它配置雙網卡，I張網卡與仿真培訓網相連，本機成為仿真培訓的服務器，另I張網卡與實際的SCADA相連，成為SCADA網的I個節點，可定時從SCADA系統的實時數據庫中取實時數據斷面，完成網絡拓撲和狀態估計，在此基礎上完成在線教案的自動生成。兩個網絡均采用以太網相連接。
[0027]教員臺負責實現教員操作臺、教案的制作與管理、仿真過程控制、事件處理器等功能、電力系統模型、遠動數據模擬以及仿真運行評估等功能。
[0028]2)學員工作站。學員工作站安裝學員系統軟件，在培訓中充當學員臺，與仿真培訓網相連。
[0029]3)模型工控機:運行XPC實時操作系統，在該實時環境中運行電力系統實時模型。該工控機也可通過提高教員工作站的配置，通過vmware虛擬機的方法實現,從而在硬件組網中省去該機器。
[0030]仿真培訓服務模塊分別通過訪問接口與電力系統實時模型和控制保護模型通訊連接，所述電力系統實時模型和控制保護模型均采用Matlab的相應工具構建，電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統。
[0031]HVDC-DTS仿真培訓系統軟件模塊構成如下圖2所示，重點體現在上圖左側的2個功能塊中:部署在教員機上的控制保護閉鎖邏輯模型和部署在XPC工控機上的電力系統模型以及相應的訪問接口。
[0032]控制保護閉鎖邏輯模型(即設于教員工作站中的控制保護模型)功能塊實施步驟:
[0033]I)通過網絡從對象服務器獲取系統的測點數據；
[0034]2)將系統測點數據轉化成Matlab的結構數組；
[0035]3)開發matlab數據選擇對話框程序以關聯模型上的數據，如圖3所示；
[0036]4)模型編輯:利用Matlab的模型編輯器和邏輯庫編輯控制保護閉鎖邏輯模型；圖4為11B12_Q52地刀閉鎖邏輯分允許位模型舉例，圖5是閉鎖邏輯具體實現邏輯圖；
[0037]5)圖形轉換:將id關聯的原始模型轉化為數組下標關聯的matlab可執行模型；
[0038]6)接口開發實現的功能:將變化數據設置到可執行模型，將模型執行結果輸出到仿真培訓服務程序。
[0039]電力系統實時模型功能塊實施步驟:
[0040]I)模型編輯:在MATLAB環境下進行HVDC系統的建模，利用Simulink和SimPowerSystems工具包，從模塊庫中調用相應的模塊進行搭建，然后根據直流工程配置修改其參數，完成直流輸電系統的建模，包括整流側和逆變側的設備建模，例如換流變壓器、閥組、直流輸電線路、斷路器、刀閘、交直流濾波器等等。
[0041]2)模型編譯:配置matlab下的模型編譯軟件，本方法配置vc++作為模型編譯程序；在模型編輯器中Tools菜單選擇Real-Time Workshop組的option項，選擇systemtargetfile為xpctarget.tic,將電力模型編譯成xPC目標實時系統的二進制程序;
[0042]3)模型的運行:首先在工控機上運行xPC實時操作系統，仿真培訓服務程序通過訪問接口將可執行模型程序下裝到工控機xPC環境并運行；
[0043]4)接口開發實現的功能:下裝電力模型程序，將操作參數設置到可執行模型，從而改變電力模型運行方式，將電力模型動態運行結果輸出到仿真培訓服務程序。
[0044]超高壓直流輸電仿真培訓方法的數據流程如圖6所示，仿真培訓服務模塊獲取SCADA實時數據并保存；調度培訓命令從人機工作站下發到監控服務器，仿真培訓服務模塊接收到下發的操作命令后，將操作命令及測點實時數據通過相應的API訪問接口分別發送到采用Matlab的相應工具構建的電力系統實時模型和控制保護模型，電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統；控制保護模型和電力系統實時模型動態運行并將結果分別通過訪問接口輸出到仿真培訓服務模塊進行上送。配置工具將配置參數發送到仿真培訓服務程序保存、更新。
[0045]本方法將電力系統模型編譯成專用實時XPC目標系統上的可執行程序，保證了模型執行的高效性和實時性。與實時模型的通信接口和邏輯模型的通信接口，均進行了有機封裝，實現高效數據訪問。[0046]HVDC-DTS仿真培訓系統很好的模擬直流系統啟停機操作。直流系統啟停機操作是直流輸電運行人員操作系統的典型控制操作，它實現高壓直流輸電換流站設備的啟動和停止操作，通過啟停機操作實現兩大交流電網安全互連及功率輸送。
[0047]換流站狀態準備是直流系統啟停機操作過程中的一個環節，下面以此為例介紹本超高壓直流輸電仿真培訓方法的模擬效果:
[0048]檢修、停止、冷備用、閉鎖、解鎖運行及空載加壓試驗為換流站直流系統的6種基本狀態。如果要運行到解鎖狀態，應先將閥組狀態運行到閉鎖狀態。如圖7、8是仿真培訓系統模擬的閥組從備用狀態運行到閉鎖狀態的效果圖。
[0049]說明:定義好控制參數(如圖9)，按執行下發參數；雙極解鎖運行(如圖10)，可看到功率按照規定的斜率300MW/Min向參考值3000MW上升，白色箭頭指示功率方向，BPramp白色閃爍指示功率正在升降(本次為升功率)，雙極功率指示當前功率的升降值。
[0050]結論:模擬過程與實際的操作過程完全一致，達到了仿真培訓要求的效果。
[0051]本發明的超高壓直流輸電仿真培訓方法及裝置采用國際公認的標準計算軟件MATLAB建立超高壓直流輸電電力系統模型，電力模型經編譯后運行在xPC實時操作系統環境(RTOS)，具有及時響應和高可靠性，保證計算結果與現場實際運行系統數據在時間空間上的高度一致性，經過封裝的有機訪問接口實現高效的數據交互，提高了開發效率、節約了開發成本，具有較好的實用價值。
[0052]此外本發明也可用于實現交流調度自動化系統的仿真，由于交流調度自動化系統較直流輸電運行人員操作系統簡單:沒有直流部分，架構單一，設備少、控制操作一般是開環，所以用本發明實現起來更容易。
【權利要求】
1.超高壓直流輸電仿真培訓方法，其特征在于，仿真培訓服務模塊獲取SCADA實時數據并保存；仿真培訓服務模塊接收到下發的操作命令后，將操作命令及測點實時數據通過相應的訪問接口分別發送到采用Matlab的相應工具構建的電力系統實時模型和控制保護模型，所述電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統；控制保護模型和電力系統實時模型動態運行并將結果分別通過訪問接口輸出到仿真培訓服務模塊進行上送。
2.根據權利要求1所述的超高壓直流輸電仿真培訓方法，其特征在于，所述電力系統實時模型包括在Matlab環境下進行超高壓直流輸電系統的建模步驟、將電力模型編譯成XPC目標實時系統的二進制程序的步驟和將可執行模型程序下裝到工控機XPC環境并運行的步驟。
3.運行權利要求1所述超高壓直流輸電仿真培訓方法的超高壓直流輸電仿真培訓裝置，包括分別連入仿真培訓網的教員工作站和學員工作站，所述教員工作站中設有仿真培訓服務模塊，教員工作站還連入SCADA網中，其特征在于，還包括連入仿真培訓網的模型工控機，該模型工控機中設有電力系統實時模型，所述教員工作站中還設有控制保護模型，所述仿真培訓服務模塊分別通過訪問接口與電力系統實時模型和控制保護模型通訊連接，所述電力系統實時模型和控制保護模型均采用Matlab的相應工具構建，電力系統實時模型運行于XPC實時操作系統。
4.根據權利要求3所述的超高壓直流輸電仿真培訓裝置，其特征在于:所述電力系統實時模型包括在Matlab環境下進行超高壓直流輸電系統的建模步驟模塊、將電力模型編譯成XPC目標實時系統的二進制程序的步驟模塊和將可執行模型程序下裝到工控機XPC環境并運行的步驟模塊。
5.根據權利要求3所述的超高壓直流輸電仿真培訓裝置，其特征在于:所述教員工作站設有至少兩個網卡。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的超高壓直流輸電仿真培訓裝置，其特征在于:所述模型工控機由教員工作站虛擬機實現。
【文檔編號】G09B23/18GK103680267SQ201310632225
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】黃利軍, 樊克林, 申艷紅, 饒國輝 申請人:國家電網公司, 許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司