一種機電?電磁暫態混合仿真接口系統及方法與流程
本發明屬于電力系統暫態數字仿真技術領域，尤其涉及一種機電-電磁暫態混合仿真接口系統及方法。
背景技術：
隨著區域電網之間互聯的增加使得電網規模變得越來越大，大量的如分布式可再生能源發電設備、儲能設備等電力電子設備接入到電網中，使得電網運行特性和控制特性變得非常復雜，電力系統的強非線性特性日益突出。電力系統發展的新趨勢對于仿真提出了更高的要求。接入了大規模電力電子設備的電力系統仿真要求在仿真過程中既可以仿真大規模互聯網絡的機電暫態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過程；其次還可以準確的仿真局部電網間、大區域和局部系統的交互作用。傳統機電暫態仿真忽略了電力電子器件的快速動態過程，不能準確的模擬系統中局部快速變化的過程；電磁暫態仿真由于仿真速度和仿真規模的限制不能進行全系統仿真。所以傳統的機電暫態和電磁暫態實時仿真無法同時兼顧其接入交流大電網后和交流系統的交互作用以及詳細的變流器內部物理特性。
機電-電磁暫態混合仿真技術克服了純機電暫態仿真與純電磁暫態仿真技術的固有缺陷，實現了兩者的優勢互補，能夠對于大型電力電子器件的局部網絡進行精確仿真，又可以考慮其相連的交流電網的暫態特性。該技術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、高頻電力電子設備和眾多新型設備的龐大復雜電力系統的實時混合仿真。
但機電-電磁暫態混合仿真接口技術存在如何保證兩者交互數據的同步性、精確性與準確性的問題。
技術實現要素：
本發明的目的之一是提供一種能夠實現機電-電磁暫態混合實時仿真，保證混合仿真數據傳輸精度與數據轉換的仿真接口系統。
本發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。
本發明的目的之三是提供一種用于管理數據采集，將數據傳入pc機，通過使用vc編程編寫關于數據采集卡的一些功能，形成相應的鏈接庫的labview軟件調用鏈接庫的方法。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案之一是：一種機電-電磁暫態混合仿真接口系統，包括rtlab和pc機；rtlab包含數據轉換模塊、同步信號模塊、gtao板卡和gtai板卡；pc機包含數據采集卡、數據管理與交互模塊和機電暫態仿真模塊；rtlab與pc機連接；
其中，數據轉換模塊與rtlab接口斷面相連，用于將機電側相量數據轉換為電磁暫態側所需的瞬時值形式，將電磁側瞬時值數據轉換為機電側所需的相量值形式；
gtao板卡用于將電磁側仿真的數據轉換為模擬量的形式輸出到數據采集卡；
gtai板卡用于將數據采集卡發送的模擬量的機電側數據輸入到電磁側；
同步信號模塊用于電磁側向機電側發送同步時鐘信號，保證兩側時間的同步性；
數據采集卡分別與rtlab和pc機連接，用于采集電磁側數據并通過轉換存入pc機內存，將機電側的數據通過轉換傳送給電磁側；
數據管理與交互模塊用于將數據采集卡采集的電磁暫態仿真數據傳入pc機，對數據進行操作顯示，并與機電暫態仿真模塊進行數據交互；
機電暫態仿真模塊用于機電暫態仿真，通過應用程序接口與數據管理與交互模塊進行數據交互，得到電磁暫態仿真數據，輸出機電暫態仿真數據。
在上述的機電-電磁暫態混合仿真接口系統中，數據采集卡為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；
數據采集卡包含數模轉換器、模數轉換器，fifo數據緩沖區，采用dma方式傳送數據；
其中，模數轉換器用于將電磁側數據轉換為數字量信號采集進來并通過pci總線存入pc機內存；
數模轉換器用于將機電暫態仿真的數據轉換為模擬信號，傳送給電磁側。
在上述的機電-電磁暫態混合仿真接口系統中，同步信號模塊采用gtdo板卡，用于在每個設定的交互步長發送同步脈沖信號，以維持兩側時間的同步性。
本發明采用的技術方案之二是：用于機電-電磁暫態混合仿真接口系統的labview軟件調用鏈接庫的方法，包括以下步驟：
s1，在labview軟件中調用驅動數據采集卡的鏈接庫啟動數據，數據采集卡開始工作；
s2，在labview軟件中調用初始化數據采集卡的鏈接庫，完成采集通道設置、ad量程設置、采樣模式設置、觸發模式設置、時鐘模式設置以及采樣頻率等一系列參數設置；
s3，在labview軟件中調用查詢ad已經轉換完畢的數據長度的數據采集卡的鏈接庫，用于查詢數據采集卡采樣存入fifo中的數據長度；
s4，在labview軟件中調用讀入采樣的鏈接庫，用于將fifo中采樣暫存的數據讀入到pc機的內存中，labview軟件對讀入的數據進行操作顯示。
本發明采用的技術方案之三是：一種用于機電-電磁暫態混合仿真接口系統的時序控制方法，在接口交互時刻取每個機電仿真步長結束時刻，電磁仿真步長為機電仿真步長的整數倍，在交互時刻兩側系統互傳數據給對側；具體步驟如下：
步驟1，在系統正常運行狀態時，機電-電磁暫態混合仿真系統采用并行時序進行數據交互；
步驟2,并行時序交互時，一側計算時另一側的計算繼續進行，在每個規定的數據交互時間點，兩側同時將本側數據傳給對側，同時接收對側傳來的數據；
步驟3，系統在暫態和動態波動過程時，機電-電磁暫態混合仿真系統采用串行時序進行數據交互；
步驟4，串行時序時，機電側仿真在進行迭代計算時，電磁側計算處于停頓狀態直到機電側本步計算完成；
步驟5，通過并行時序與串行時序靈活切換的方式實現機電-電磁暫態混合仿真接口時序。
本發明的有益效果是：實現了機電-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-電磁暫態混合仿真接口系統提高了混合仿真的準確性、動態性能，保證了機電-電磁暫態交互數據的同步性。
附圖說明
圖1為本發明一個實施例機電-電磁暫態混合仿真接口系統圖；
圖2為本發明一個實施例機電-電磁暫態混合仿真接口交互時序圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。
本發明實施例采用以下技術方案來實現，一種機電-電磁暫態混合仿真接口系統，包括rtlab和pc機；rtlab包含數據轉換模塊、同步信號模塊、gtao板卡和gtai板卡；pc機包含數據采集卡、數據管理與交互模塊和機電暫態仿真模塊；rtlab與pc機連接；
其中，數據轉換模塊與rtlab接口斷面相連，用于將機電側相量數據轉換為電磁暫態側所需的瞬時值形式，將電磁側瞬時值數據轉換為機電側所需的相量值形式；
gtao板卡用于將電磁側仿真的數據轉換為模擬量的形式輸出到數據采集卡；
gtai板卡用于將數據采集卡發送的模擬量的機電側數據輸入到電磁側；
同步信號模塊用于電磁側向機電側發送同步時鐘信號，保證兩側時間的同步性；
數據采集卡分別與rtlab和pc機連接，用于采集電磁側數據并通過轉換存入pc機內存，將機電側的數據通過轉換傳送給電磁側；
數據管理與交互模塊用于將數據采集卡采集的電磁暫態仿真數據傳入pc機，對數據進行操作顯示，并與機電暫態仿真模塊進行數據交互；
機電暫態仿真模塊用于機電暫態仿真，通過應用程序接口與數據管理與交互模塊進行數據交互，得到電磁暫態仿真數據，輸出機電暫態仿真數據。
進一步，數據采集卡為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；
數據采集卡包含數模轉換器、模數轉換器，fifo數據緩沖區，采用dma方式傳送數據；
其中，模數轉換器用于將電磁側數據轉換為數字量信號采集進來并通過pci總線存入pc機內存；
數模轉換器用于將機電暫態仿真的數據轉換為模擬信號，傳送給電磁側。
更進一步，同步信號模塊采用gtdo板卡，用于在每個設定的交互步長發送同步脈沖信號，以維持兩側時間的同步性。
用于機電-電磁暫態混合仿真接口系統的labview軟件調用鏈接庫的方法，包括以下步驟：
s1，在labview軟件中調用驅動數據采集卡的鏈接庫啟動數據，數據采集卡開始工作；
s2，在labview軟件中調用初始化數據采集卡的鏈接庫，完成采集通道設置、ad量程設置、采樣模式設置、觸發模式設置、時鐘模式設置以及采樣頻率等一系列參數設置；
s3，在labview軟件中調用查詢ad已經轉換完畢的數據長度的數據采集卡的鏈接庫，用于查詢數據采集卡采樣存入fifo中的數據長度；
s4，在labview軟件中調用讀入采樣的鏈接庫，用于將fifo中采樣暫存的數據讀入到pc機的內存中，labview軟件對讀入的數據進行操作顯示。
一種用于機電-電磁暫態混合仿真接口系統的時序控制方法，在接口交互時刻取每個機電仿真步長結束時刻，電磁仿真步長為機電仿真步長的整數倍，在交互時刻兩側系統互傳數據給對側；具體步驟如下：
步驟1，在系統正常運行狀態時，機電-電磁暫態混合仿真系統采用并行時序進行數據交互；
步驟2,并行時序交互時，一側計算時另一側的計算繼續進行，在每個規定的數據交互時間點，兩側同時將本側數據傳給對側，同時接收對側傳來的數據；
步驟3，系統在暫態和動態波動過程時，機電-電磁暫態混合仿真系統采用串行時序進行數據交互；
步驟4，串行時序時，機電側仿真在進行迭代計算時，電磁側計算處于停頓狀態直到機電側本步計算完成；
步驟5，通過并行時序與串行時序靈活切換的方式實現機電-電磁暫態混合仿真接口時序。
具體實施時，一種機電-電磁暫態混合仿真接口系統，能夠實現機電-電磁暫態混合實時仿真，能夠有效解決混合仿真接口系統的數據傳輸精度與數據轉換問題，提高混合仿真的準確性、精確性，拓展了混合仿真的應用領域。
一種機電-電磁暫態混合仿真接口系統，包括rtlab、數據采集卡、labview軟件、機電暫態軟件、pc機。
并且，rtlab進行電磁暫態仿真，得到機電暫態側所需的數據信息，rtlab中包含數據轉換模塊、同步信號模塊、gtao板卡、gtai板卡。
并且，數據轉換模塊具有將機電側相量數據轉換為電磁暫態側所需的瞬時值形式，也可以將電磁側瞬時值數據轉換為機電側所需的相量值形式。
并且，同步信號模塊用于rtlab電磁側向機電側發送同步時鐘信號，保證兩者時間的同步性。
并且，gtao板卡用于將電磁側仿真的數據轉換為模擬量的形式輸出到數據采集卡。
并且，gtai板卡用于將數據采集卡發送的模擬量的機電側數據輸入到rtlab側。
并且，數據采集卡含有數模轉換器和模數轉換器；
而且，數據采集卡與rtlab側和pci總線連接，數據采集卡的模數轉換器用于將電磁側數據轉換為數字量信號采集進來并通過pci總線存入pc機內存；
而且，數據采集卡的數模轉換器用于將機電暫態仿真的數據轉換為模擬信號，傳送給rtlab電磁側。
并且，labview軟件用于將上述數據采集卡采集得到的數據傳入pc機上，并能對于數據進行操作顯示，與機電暫態仿真軟件進行數據交互。
并且，機電暫態仿真軟件進行機電暫態仿真，通過應用程序接口與labview進行數據交互，得到電磁暫態仿真數據，輸出機電暫態仿真數據。
如圖1所示，本實施例機電-電磁暫態混合仿真接口系統在rtlab中搭建電磁暫態仿真系統，由于rtlab具有很強大的信號處理能力，因此將數據轉換功能和時間同步功能在rtlab上實現。數據轉換模塊先將電磁側傳送給機電側的數據轉化為機電側能夠接受的相量形式，轉化后的相量數據通過gtao板卡以模擬量的形式輸出到機電仿真側的pc機上；當機電側數據通過gtai板卡以模擬量形式輸入到rtlab側時，先通過數據轉換模塊轉化為電磁側能夠接受的瞬時值形式，然后傳給電磁暫態仿真系統。rtlab還通過gtdo板卡在每個設定的交互步長發送同步脈沖信號，以維持兩側仿真時間的同步性。
數據采集卡為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。數據采集含有數模轉換器d/a、模數轉換器a/d，fifo數據緩沖區、采用dma（直接內存存取）方式傳送數據。
labview軟件用于管理數據采集，能夠將數據采集卡采集來的數據傳入pc機，通過使用vc編程編寫關于數據采集卡的一些功能，形成相應的鏈接庫，通過鏈接庫的方式，labview對數據采集卡采樣的數據進行操作。具體步驟如下：
步驟一，在labview中調用驅動數據采集卡的鏈接庫，啟動數據采集卡開始工作。
步驟二，在labview中調用初始化數據采集卡的鏈接庫，完成采集通道設置、ad量程設置、采樣模式設置、觸發模式設置、時鐘模式設置以及采樣頻率等一系列參數設置。
步驟三，在labview中調用查詢ad已經轉換完畢的數據長度的數據采集卡的鏈接庫，用于查詢數據采集卡采樣存入fifo中的數據長度。
步驟四，在labview中調用讀入采樣的鏈接庫，用于將fifo中采樣暫存的數據讀入到pc機的內存中，labview能夠對讀入的數據進行操作顯示。
labview與機電暫態仿真軟件通過用戶程序接口，以dll（動態鏈接庫文件）形式，進行數據交換。機電暫態仿真軟件包含仿真的大部分電網。
如圖2所示，為本實施提供的一種用于機電-電磁暫態混合仿真接口系統的時序控制方法。在系統穩態狀態下，采用并行時序保證仿真效率，在系統處于暫態、動態波動情況下，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束時刻，電磁仿真步長為機電仿真步長的整數倍。具體實施步驟如下：
一、并行時序時，t0時刻是兩側進行數據交互，將本側數據傳給對側，同時接收對側的數據，如圖2步驟
二，若在t1時刻，系統沒有處于暫態、動態波動狀態，則在交互時刻t1再次進行數據交互，如圖2步驟
三，若t2時刻系統發生暫態、動態波動，則交互時序由并行時序變為串行時序。在t2時刻，機電側將數據傳給電磁側如圖2步驟
四，若在t4時刻系統變為穩態，則交互時序并行時序變為串行時序。
綜上所述，機電-電磁暫態混合仿真接口系統通過數據采集卡采樣電磁側數據，由labview軟件將數據讀入pc機，并于pc機上的機電暫態軟件進行數據交互完成，實現機電-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-電磁暫態混合仿真接口系統提高了混合仿真的準確性、動態性能，拓展混合仿真的應用領域。
應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。
雖然以上結合附圖描述了本發明的具體實施方式，但是本領域普通技術人員應當理解，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，而不背離本發明的原理和實質。本發明的范圍僅由所附權利要求書限定。
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