電力系統半實物試驗仿真平臺

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產品介紹

1.1 監控|軟件概述

監控|軟件可與電氣實時仿真器進行數據交換。監控系統匯集了數據采集、發送、控制、實時數據和圖形顯示等多功能于一體,由系統整體接線圖及其控制部分和MMC控制部分兩部分組成,允許系統邏輯及參數根據工程實際進行搭建。可以實現包括柔性配電網的各種電網形態正常運行狀態下的實時仿真,并可以做一系列的倒閘操作,可以適用于柔性配電網日常教學任務以及進行多種實驗。監控|軟件界面示例如下圖所示。

 電力系統半實物試驗仿真平臺電力系統半實物試驗仿真平臺

 

電能質量分析

 

1 系統整體接線圖及其控制部分

 

2 MMC控制部分

1.2 監控|軟件數據采集

數據采集模塊接受的數據均為電氣信息實時仿真器發出的實時仿真數據,由于系統根據工程實際搭建,所以數據采集模塊得到的仿真數據具有實時性和工程背景。

1.3 監控|軟件數據發送

數據發送模塊可以將用戶的操作通過發送模塊發送給電氣信息實時仿真器端。用戶發送的數字量/模擬量數據在電氣信息實時仿真器接收到之后進行數據處理,labview監控端沒有數據處理權限,也就是說在labview端進行倒閘操作后由電氣信息實時仿真器仿真后臺判斷能否進行倒閘操作,如果后臺軟件沒有啟動,那么labview端的一切操作將無效。

如果系統工作在IEC61850控制狀態下,那么一切用戶操作權限將歸屬于控制軟件,labview中將無法進行用戶手動的數據發送工作。

1.4 監控|軟件人機互動

以有源配電網為例,監控|軟件可實現常規人機互動,模擬量數據操作包含:

用戶可以對風速、光照強度、MMC相位、MMC幅值進行用戶手動操作。

在主線路部分中,風機圖標下方拉動滾動條,向上可以增大風速,向下可以減小風速,風速數據將通過數據發送模塊傳入仿真器進行處理。

在主線路部分中,直流微網中的光伏電池下方拉動滾動條可以調節光照強度,向上可以增大光照強度,向下可以減小光照強度。

MMC控制部分中,拉動MMC相位、幅值可以調節相應MMC的控制量。

 電力系統半實物試驗仿真平臺

5 MMC控制

在主線路控制部分中,用戶可以按下退出系統按鍵退出系統。

MMC控制部分中,按下IEC61850控制按鈕可以切換系統的控制模式。

 

2基于Windows的客戶端軟件技術方案

2.1 IEC 61850服務器軟件設計

實時仿真器與監控系統滿足IEC61850通信標準,基于MMSIEC 61850的相關原理對適用于實時仿真器的IEC 61850服務器軟件進行定制化設計。

2.2 模型建立

EC 61850標準的指導下,服務器軟件中模型的生成也采用面向對象的分層建模方法,自上而下進行信息模型的建立:裝有多個實時仿真器的實時仿真平臺對應為服務器Server,每個用于仿真與數據交互的仿真器對應一個邏輯設備Logical Device,每個邏輯設備下有多個概況功能的邏輯節點Logical Node,每個邏輯節點下有多個描述數據對象的數據Data,每個數據Data下有多個數據屬性Data Attribute,數據屬性中又包含值屬性、時間屬性等。同時,MMS模型也采用面向對象的分層建模方法進行了虛擬制造設備、域、有名變量的建立,其中VMD中包含對象object、服務service、行為behavior等。因此IEC 61850標準直接將ACSI信息模型映射到MMS模型上,從而直接建立兩者對象模型之間的映射關系,表1選取了部分對象信息表現它們之間的映射關系。

2.2 通信與映射構建

MMS通信采用客戶端/服務器(C/S)模式,可以使用TCP/IPTCP/IP或其他OSI通信協議集,通過區分客戶端與服務器,使每一個客戶端實例都可以向一個服務器發出請求,資源整合快,通信效率高。考慮到服務器與客戶端之間連接的穩定性,選擇將MMS協議置于可靠的TCP/IP通信棧上運行。由于實時仿真器在模擬大規模電網系統時采用TCP/IP與以太網結合的通信方式對外進行數據交互,故搭建基于“MMS+TCP/IP+TCP/IP+以太網”的通信架構以實現實時仿真器、IEC 61850服務器軟件與IEC 61850客戶端或設備的通信。

 

3 基于linux的客戶端軟件技術方案

3.1 軟件架構

基于linux的客戶端軟件技術架構如圖所示,支持用戶多核并行計算。以用戶4核電腦為例闡述客戶端軟件實現方案:CPU0負責控制進程,用于協調啟動網絡、處理和計算進程;CPU1負責網絡進程,用于初始化Socket和等待網絡計算數據,并計算結果發送出去;CPU2負責計算進程,用于客戶大規模計算程序的執行,并將結果交付網絡進程;CPU3負責處理進程,用于監視網口狀態,及時將網絡數據與各個進程實時交互。

3.2仿真器基礎參數

滿足實驗教學中心設備遠端監測與控制的應用要求。監測與控制對象可根據實驗需要進行靈活配置,具有良好的可擴展性,軟件采用組態軟件。

★(1)圖形界面能夠對應物理動模系統組網方式的變化而靈活改變,

即采用組態軟件。只有當圖形界面與物理動模組網完全一致時才可以開

始試驗;監控主站軟件具有防誤操作功能。

★(2)操作界面具有在圖形畫面上操作,有利學生對操作對象的理

解。

★(3)監控的實時數據庫為開放式,系統建模及組網軟件可對用戶

開放,便于建立模型以及動態模擬系統和數字模擬系統接口。

4)監控|軟件,256 路輸入輸出通道,支持模擬量輸入,模擬量

輸出,開關量輸入,開關量輸出。

★(5)支持 MATLAB/simulink 建模,可在 MATLAB/simulink 環境

下搭建用戶模型,與 MATLAB/simulink 無縫連接

  6)故障錄波功能

 

4、仿真器軟件參數

4.1 監控|軟件參數:監控系統可與仿真進行實時數據交互,具有不少于256路輸入輸出通道,支持模擬量輸入18路,模擬量輸出128路,開關量輸入64路,開關量輸出64路。監控|軟件通道數可根據用戶需求擴展。具有錄波回放功能。

4.2  基于Windows的客戶端軟件參數:客戶端可與仿真器進行實時數據交互,支持IEC61850規約;具有基于IEC61850規約的“四遙”功能。

4.3 基于linux的客戶端軟件參數:提供linux軟件開發環境,支持分核與核心綁定編程模式,并與仿真器實時交互,交互帶寬不低于500Mbs,可構成閉環系統實時運行。

4.4 建模軟件環境:支持MATLAB/simulink建模,可在MATLAB/simulink環境下搭建用戶模型,與MATLAB/simulink無縫連接。

4.5實時仿真器處理器具有4核心,處理器主頻不低于3.2GHz,具有 6MB三級緩存,采用22納米制作工藝,zui高TDP為77W。處理器支持雙通道DDR3 1600內存。

4.6  實時仿真器接口板卡,模擬量輸入18路;電壓型信號輸入,范圍-10V-10V;模擬量輸出18路,電壓型信號輸出,范圍-10V-10V;;數字量輸入64路,TTL電平;數字量輸出64路,TTL電平。

4.7 實時仿真器通信卡,帶寬要求1000Mbit/s,支持以太網通信規約

4.8實時仿真通信模板,模擬量輸入18路;模擬量輸出18路;數字量輸入64路;數字量輸出64路

 

5、軟件具有的特殊功能

5.1具有21電平至513電平的模塊化多電平換流器(MMC)模型,用戶可進行子模塊電容均壓自定義編程和驗證;多機并行計算模式下可支持3072個子模塊的柔性直流輸電仿真;

5.2具有直驅風機實時仿真模型,可進行風機啟動、并網與控制的自定義編程和驗證;

5.3 換流器模型具有常規控制模式和虛擬同步機控制模式;

5.4具有交流充電樁模型,用戶可進行充電模式與控制的自定義編程和驗證;

5.5具有直流充電樁模型,用戶可進行充電模式與控制的自定義編程和驗證;

5.6具有光伏發電模型,用戶可進行zui大功率追蹤與控制的自定義編程和驗證;

5.7具有儲能模型,用戶可進行充放電控制的自定義編程和驗證;

5.8具有交流微電網協調控制模型,可供用戶參考并支持用戶自行開發程序與編程;

5.9具有直流微電網協調控制模型,可供用戶參考并支持用戶自行開發程序與編程;

5.10具有柔性配電網完整案例,并提供協調控制模型,柔性配電網應包括至少4端MMC,包括交流微電網和直流微電網,包括風機、光伏、儲能及充電樁等元件,可供用戶參考。案例仿真系統可長期不間斷運行(至少連續運行7天以上保持數值穩定),支持用戶自行開發控制程序與編程驗證。

 電力系統半實物試驗仿真平臺

 

 

主要技術指標

實時仿真控制器型號  HBUREP100

1、額定數據

1) 額定電源電壓: AC220V

2) 額定交流電壓:相電壓100/電力系統半實物試驗仿真平臺V

3) 額定交流電流:5A

4) 額定頻率:50Hz

5) 半周波: 100In

6)實時仿真器機箱,仿真處理器具有4核心,處理器主頻不低于3.2GHz,具有 6MB三級緩存,采用22納米制作工藝,zui高TDP為77W。處理器支持雙通道DDR3 1600內存。

2、裝置功耗

1) 交流電壓回路:  每相不大于1VA;

2) 交流電流回路:  In=5A時每相不大于1VA;In=1A時每相不大于0.5VA;

3) 零序電流回路:   1A;

4) 保護電源回路:  正常工作時,不大于12W;保護動作時,不大于15W。

5)實時仿真器接口板卡,模擬量輸入18路;電壓型信號輸入,范圍-10V-10V;模擬量輸出18路,電壓型信號輸出,范圍-10V-10V;;數字量輸入64路,TTL電平;數字量輸出64路,TTL電平。

6)實時仿真器通信卡,帶寬要求1000Mbit/s,支持以太網通信規約

7)實時仿真通信模板,模擬量輸入18路;模擬量輸出18路;數字量輸入64路;數字量輸出64路

 

3、可完成自動控制原理實驗項目

實驗一  典型環節及其階躍響應實驗

實驗二  二階系統的階躍響應實驗

實驗三  控制系統的穩定性分析實驗

實驗四  系統頻率特性測量實驗

實驗五  連續系統串聯校正實驗

實驗六  數字PID控制實驗

實驗七  狀態反饋與狀態觀測器實驗

實驗八  解耦控制實驗

實驗九  采樣定理驗證實驗

實驗十  非線性環節實驗

實驗十一 相軌跡實驗

實驗十二 離散系統穩定性分析

實驗十三 系統根軌跡特性測量

  4、可開展的電力系統分析實驗研究項目

實驗一  電力系統潮流分析與調節實時仿真實驗

實驗二  電力系統對稱短路實時仿真實驗

實驗三  電力系統不對稱短路實時仿真實驗

實驗四  電力系統一次調頻實時仿真實驗

實驗五  電力系統二次調頻實時仿真實驗

實驗六  發電機調壓實驗實時仿真

實驗七  無功補償及調壓實時仿真實驗

實驗八  電力系統暫態穩定實時仿真實驗

實驗九   電力系統穩定控制實時仿真實驗

實驗十  電力系統電壓穩定實時仿真實驗

實驗十一 電力系統調度自動化實時仿真實驗

實驗十二 配電自動化實時仿真實驗

5、可完成的電力電子實驗項目

實驗一  單相可控整流半實物仿真實驗

實驗二  三相可控整流半實物仿真實驗

實驗三  單相有源逆變半實物仿真實驗

實驗四  三相有源逆變半實物仿真實驗

實驗五  無源逆變半實物仿真實驗

實驗六  交交變頻半實物仿真實驗

實驗七  直流斬波半實物仿真實驗

實驗八  12脈波變流器半實物仿真試驗

實驗九 直流輸電半實物仿真試驗

實驗十  晶閘管無功補償裝置半實物仿真試驗

實驗十一 模塊化變流器(MMC)半實物仿真試驗

6、電力系統微機保護課程半實物仿真實驗

實驗一  電流保護半實物仿真實驗

實驗二  距離保護半實物仿真實驗

實驗三  縱聯保護半實物仿真實驗

實驗四  自動重合閘半實物仿真實驗

實驗五  微機保護數字濾波實驗

實驗六  微機保護算法比較實驗

實驗七  變壓器保護實驗

實驗八  發電機保護實驗

7、跨課程仿真實驗

綜合實驗項目一: 《電力系統分析》與《自動控制原理》綜合實驗

綜合實驗項目二: 《電力系統分析》與《電力電子技術》綜合實驗

綜合實驗項目三: 《電力電子技術》與《自動控制原理》綜合實驗

綜合實驗項目四: 《電機學》與《自動控制原理》綜合實驗

綜合實驗項目五: 《電力系統分析》與《微機保護》綜合實驗

創新設計項目

項目1:柔性配電網綜合設計項目

包括的設計內容有:光伏發電控制器設計;充電樁控制策略設計;交流微電網協調控制器設計;直流微電網協調控制器設計配電網潮流優化控制策略設計。

項目2:輸電網潮流調節研究及關鍵裝備設計

包括的設計內容有:晶閘管型潮流調節裝置拓撲設計;潮流調節控制策略設計;沿線變電站無功功率協調控制;潮流優化算法研究與創新設計;輸電線路保護與控制系統設計。

項目3:混合直流輸電工程及關鍵裝備設計

包括的設計內容有:模塊化多電平變流器(MMC)建模與仿真;晶閘管型換流器建模與仿真; 柔性直流閥控系統設計與仿真柔性直流極控/站控系統設計與仿真混合直流輸電保護與控制系統設計.

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