附錄A實時數字仿真裝置在電力系統(tǒng)物理控制設備閉環(huán)測試中的應用李華為范宇吳濤王暫吉（北京交通大學電力學院，中國北京，100044）（北方電力研究院，中國北京，100045）（清華大學，中國北京，100083）摘要：這篇文章主要是關于應用在實時數字仿真設備中的延時檢測，電壓自動調節(jié)器和自動保護設備等方面。這個系統(tǒng)是由北京北方電力研究院研究開發(fā)的。這次測試的焦點主要集中于查明控制器如何動作及電力系統(tǒng)對這些動作的反映。實時數字仿真裝置提供電力系統(tǒng)所有種類的運作模式和足夠的模擬和數字接口，用于形成閉環(huán)控制和與外部設備的連接。這篇文章包括了關于實時數字仿真裝置的詳細討論和測試。關鍵字：實時數字仿真閉環(huán)電源1、概述電力系統(tǒng)由許多重要設備如同步電機，變壓器、導線和斷路器、及負載等組成。而一般的設備如保護繼電器，自動保護裝置和自動穩(wěn)壓器等等。次要設備的動態(tài)特性會影響電力系統(tǒng)的動態(tài)特性。然而，首先在模擬的環(huán)境里驗證它們的性能是必要的，它應先于在實際系統(tǒng)中進行實際測試之前進行。迄今為止有兩種查明控制器的動作的方法：一是使用數字和模擬裝置。網絡實時分析就是一種可以使用的分析模擬的仿真裝置，但是造價太高。實時數字仿真裝置是一種全數字化的電力系統(tǒng)模擬裝置，相對于模擬的仿真裝置，實時數字仿真裝置有能提供在數字環(huán)境中進行多樣的和便捷的操作、改進、保存、運行、和分析結果。所以，實時數字仿真裝置可以應用于電力系統(tǒng)內的所有的研究領域中。文章中的所有關于測試都是在北京北方電力研究院完成的。測試的目的是查明這些控制器的行為。查明的目的是更深層次的了解控制器的動態(tài)特征特別是應用在北京的電力輸送網中的控制器動態(tài)穩(wěn)定性2、實時數字仿真測試裝置實時數字仿真裝置起先產生于瑪內特巴HDVC研究中心（位于加拿大蒙特利爾）并且在1993年開始商業(yè)運行。實時數字仿真裝置是基于50s脈沖觸發(fā)的快速操作裝置。實時數字仿真裝置是一個由不同的部分通過一塊底板組成的專用計算機和圖形用戶界面軟件兩者的組合體（見圖1）。實時操作意味著系統(tǒng)中發(fā)生的一個持續(xù)了一秒的事件，系統(tǒng)可以在一秒中把它模擬出來，這樣的實時精度來于物理控制器對執(zhí)行時間的要求，然而這個時間梯度必須控制在50毫秒以內。因為只有在這樣的情況下，傳統(tǒng)的數字仿真工具像EMTP或是EMTDC才能在離線狀態(tài)下進行操作。2.1實時數字仿真裝置的硬件實時數字仿真裝置的硬件體系結構具有了實時操作的特征，因為它采用了它的并行化設計。實時數字仿真裝置的硬件包括一個主機或是工作站和一些機架，主機或是工作站是用戶和仿真裝置之間交流的橋梁。這里機架意味著一個基于DSP技術特殊設計的硬件。一般來說一個實時數字仿真裝置通過一個局域網內的標準總線連接的機架有三個或四個。當對一個電力系統(tǒng)進行仿真時，用戶經常將電力系統(tǒng)分為不同的子系統(tǒng)。每一個子系統(tǒng)常常被分派到單個機架上。如此，這樣的分支設計經常用于并行化的數據處理系統(tǒng)。每個機架包含三個部分：3處理器卡（最大可擴展大18路），一個千兆以太網絡交換卡和一個工作站接口卡，如圖1所示。圖1RTDS硬件系統(tǒng)每個3PC即處理單元。包含兩個處理器。運行頻率是44MHZ。內部集成了存儲器和數字、模擬輸入輸出口。在中機架3PC是仿真運算的核心。WIC負責各個部件之間的交流。包括：1、內嵌在機架中的3PC之間的通信；2、機架與機架之間的通信；3、機架與主機之間的通信。機架之間的通信是由IRC專門控制的，每個IRC提供機架之間交流的路徑。由于傳輸速率達到了500MHZ，一個IRC可以同時處理多通道并行傳輸，也就是幾個機架之間可以同時通信。所以，它可以保證并行處理的速度。RTDS系統(tǒng)的響應頻率是從直流到4KHZ2、2實時數字仿真裝置的軟件實時數字仿真裝置之可以運行在反映時間為50S的實時環(huán)境中，不僅是因為系統(tǒng)的硬件設計采用的并行技術，還有是就是并行處理的思想應用在了軟件中。同時，他友好的圖形界面是用戶很容易進行對電力系統(tǒng)的仿真、結果的分析，同時根據研究內容的不同快速的改變運行參數。RTDS軟件系統(tǒng)包括三個不同等級：圖形用戶界面被置為最高等級；編譯程序和通信處在中間等級；被控部件處于最低等級。作為最高等級，GUI提供了十分友好的界面，方便用戶和仿真器之間的交流。如果需要仿真一個新的電力系統(tǒng)，用戶只要知道是在什么模式下，如何設計和設置運行參數。而不是考慮如何編制模式代碼。另外，圖形用戶界面還提供了繪圖結果通過儀表的繪圖圖標和繪圖工具。因此，用戶的任務變得簡單。這樣用戶可以把更多的精力投入到他的研究中。編譯器通過GUI把模式代碼寫入RTDS系統(tǒng)。一方面，編譯器能通過數字處理器產生所有的并行處理編碼命令，同時分配這些處理器；另一方面，他可以產生一個用戶可讀的圖形文件，引導用戶詳細的了解各個處理器的功能。在圖形文件中，輸入輸出通道是直接接到物理設備上的。電力系統(tǒng)的部件模式處在RTDS系統(tǒng)的最低等級上，它是用機器語言寫出的，就是為了實現實時仿真時更快的執(zhí)行（如果代碼長執(zhí)行時間就會變長）。應用在電力系統(tǒng)部件模式和所有的網絡設備都是基于同樣的數學基礎模式的的運算法則，同樣地被用于在EMTP和EMTDC為了在時間分辨率50s的實時環(huán)境下方針出一個系統(tǒng)，就要應用數據并行處理技術。應用導線傳播模式，一個復雜的系統(tǒng)被分為不同的分系統(tǒng)。把計算量分配到各個機架上以減輕處理器的負擔。如圖3所示。節(jié)點矩陣被斜線分為兩部分，然