附錄A實(shí)時數(shù)字仿真裝置在電力系統(tǒng)物理控制設(shè)備閉環(huán)測試中的應(yīng)用李華為范宇吳濤王暫吉（北京交通大學(xué)電力學(xué)院，中國北京，100044）（北方電力研究院，中國北京，100045）（清華大學(xué)，中國北京，100083）摘要：這篇文章主要是關(guān)于應(yīng)用在實(shí)時數(shù)字仿真設(shè)備中的延時檢測，電壓自動調(diào)節(jié)器和自動保護(hù)設(shè)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(diǎn)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(shí)時數(shù)字仿真裝置提供電力系統(tǒng)所有種類的運(yùn)作模式和足夠的模擬和數(shù)字接口，用于形成閉環(huán)控制和與外部設(shè)備的連接。這篇文章包括了關(guān)于實(shí)時數(shù)字仿真裝置的詳細(xì)討論和測試。關(guān)鍵字：實(shí)時數(shù)字仿真閉環(huán)電源1、概述電力系統(tǒng)由許多重要設(shè)備如同步電機(jī)，變壓器、導(dǎo)線和斷路器、及負(fù)載等組成。而一般的設(shè)備如保護(hù)繼電器，自動保護(hù)裝置和自動穩(wěn)壓器等等。次要設(shè)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(yàn)證它們的性能是必要的，它應(yīng)先于在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)際測試之前進(jìn)行。迄今為止有兩種查明控制器的動作的方法：一是使用數(shù)字和模擬裝置。網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(shí)時數(shù)字仿真裝置是一種全數(shù)字化的電力系統(tǒng)模擬裝置，相對于模擬的仿真裝置，實(shí)時數(shù)字仿真裝置有能提供在數(shù)字環(huán)境中進(jìn)行多樣的和便捷的操作、改進(jìn)、保存、運(yùn)行、和分析結(jié)果。所以，實(shí)時數(shù)字仿真裝置可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)內(nèi)的所有的研究領(lǐng)域中。文章中的所有關(guān)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(yīng)用在北京的電力輸送網(wǎng)中的控制器動態(tài)穩(wěn)定性2、實(shí)時數(shù)字仿真測試裝置實(shí)時數(shù)字仿真裝置起先產(chǎn)生于瑪內(nèi)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(yùn)行。實(shí)時數(shù)字仿真裝置是基于50s脈沖觸發(fā)的快速操作裝置。實(shí)時數(shù)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(jī)和圖形用戶界面軟件兩者的組合體（見圖1）。實(shí)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(shí)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(nèi)。因?yàn)橹挥性谶@樣的情況下，傳統(tǒng)的數(shù)字仿真工具像EMTP或是EMTDC才能在離線狀態(tài)下進(jìn)行操作。2.1實(shí)時數(shù)字仿真裝置的硬件實(shí)時數(shù)字仿真裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)具有了實(shí)時操作的特征，因?yàn)樗捎昧怂牟⑿谢O(shè)計。實(shí)時數(shù)字仿真裝置的硬件包括一個主機(jī)或是工作站和一些機(jī)架，主機(jī)或是工作站是用戶和仿真裝置之間交流的橋梁。這里機(jī)架意味著一個基于DSP技術(shù)特殊設(shè)計的硬件。一般來說一個實(shí)時數(shù)字仿真裝置通過一個局域網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)總線連接的機(jī)架有三個或四個。當(dāng)對一個電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真時，用戶經(jīng)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(jī)架上。如此，這樣的分支設(shè)計經(jīng)常用于并行化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。每個機(jī)架包含三個部分：3處理器卡（最大可擴(kuò)展大18路），一個千兆以太網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行頻率是44MHZ。內(nèi)部集成了存儲器和數(shù)字、模擬輸入輸出口。在中機(jī)架3PC是仿真運(yùn)算的核心。WIC負(fù)責(zé)各個部件之間的交流。包括：1、內(nèi)嵌在機(jī)架中的3PC之間的通信；2、機(jī)架與機(jī)架之間的通信；3、機(jī)架與主機(jī)之間的通信。機(jī)架之間的通信是由IRC專門控制的，每個IRC提供機(jī)架之間交流的路徑。由于傳輸速率達(dá)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(jī)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(yīng)頻率是從直流到4KHZ2、2實(shí)時數(shù)字仿真裝置的軟件實(shí)時數(shù)字仿真裝置之可以運(yùn)行在反映時間為50S的實(shí)時環(huán)境中，不僅是因?yàn)橄到y(tǒng)的硬件設(shè)計采用的并行技術(shù)，還有是就是并行處理的思想應(yīng)用在了軟件中。同時，他友好的圖形界面是用戶很容易進(jìn)行對電力系統(tǒng)的仿真、結(jié)果的分析，同時根據(jù)研究內(nèi)容的不同快速的改變運(yùn)行參數(shù)。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(shè)計和設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。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(jié)果通過儀表的繪圖圖標(biāo)和繪圖工具。因此，用戶的任務(wù)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(shù)字處理器產(chǎn)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(chǎn)生一個用戶可讀的圖形文件，引導(dǎo)用戶詳細(xì)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(shè)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(jī)器語言寫出的，就是為了實(shí)現(xiàn)實(shí)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(yīng)用在電力系統(tǒng)部件模式和所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是基于同樣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)模式的的運(yùn)算法則，同樣地被用于在EMTP和EMTDC為了在時間分辨率50s的實(shí)時環(huán)境下方針出一個系統(tǒng)，就要應(yīng)用數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)。應(yīng)用導(dǎo)線傳播模式，一個復(fù)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(jī)架上以減輕處理器的負(fù)擔(dān)。如圖3所示。節(jié)點(diǎn)矩陣被斜線分為兩部分，然