面向多FPGA实时仿真器的资源优化配置方法

“双碳”背景下高比例新能源和电力电子设备的接入给电力系统实时仿真带来了巨大挑战。针对有限计算资源和实时性约束下新型电力系统的高效精确实时仿真,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真计算任务剖分与资源配置方法。首先,从计算资源需求和实际解算用时两个维度,对实时仿真器不同仿真架构下的解算单元和功能模块进行精细化建模,进而建立实时仿真任务的时-空需求模型。在此基础上,建立多FPGA实时仿真器的仿真优化配置模型,以发挥实时仿真器的最佳解算性能为目标,合理剖分大规模复杂仿真任务,优化配置逻辑资源、存储器等各类计算资源。最后,通过IEEE 123节点以及中国某实际配电系统算例测试,验证了所提时-空需求模型的正确性与优化配置方法的有效性。

全数字实时仿真器——HYPERSIM

介绍了加拿大HYDRO QUEBEC公司开发的一种功能强大、界面友好、接口方便的全数字实时仿真软件HYPERSIM。这种全数字实时仿真软件是为在线实时应用设计的 ,也可进行离线仿真 ,可用于电力系统、电力电子及电机拖动分析。A/D和D/A接口、用户代码模块 (UCB)接口以及与商业软件MATLAB和EMTP等接口极大地扩充了程序应用的灵活性。文中通过 3机

利用混合实时仿真器测试HVDC控制与保护

介绍使用实时数字仿真器 RTDS对 HVDC控制和保护系统进行测试。为获得高精度的阀触发脉冲和高频下的仿真性能 ,采用了先进的混合 HVDC实时仿真器。其中 ,HVDC换流器采用传统的物理模拟装置 ,直流系统和并联的复杂交流系统均采用实时纯数字仿真 ,由 RTDS仿真器实现。该混合实时仿真器被选择用于中国天—广 HVDC工程。基于 HVDC控制和保护系统的测试 ,文中给出了新的混合实时仿真器的结构实现方法和性能校验结果。与 EMTDC计算机仿真结果比较 ,HVDC控制和保护系统的性能得到了校验。

基于动态数学模型的冶金加热炉实时仿真器的研究

由于钢铁企业生产现场的复杂性和其本身所具有的特点 ,很多先进控制算法不能在实际生产中进行应用调试 ,致使理论与实际应用脱节。为此 ,对某热轧厂步进式加热炉建立实时动态数学模型 ,提出一种冶金加热炉实时仿真器结构 ,并用实际数据验证了数学模型的准确性。

实时仿真器设计与实现

文介绍了有关实时仿真的一些基本概念 ,给出了能够实现实时仿真的两种实时仿真器设计方案 ,并详细讨论了两种方案的运行机制。

实时仿真器的PWM逆变器实验方法

提出了基于实时仿真器的PWM逆变器实验方法,以此加强学生对电力电子技术中逆变器相关理论知识的理解与强化,提升学生的实际操作能力、创新能力以及对问题思考的深度。同时,该方法使实验的有效性和落实性得到提升,充分体现了理论到实践的完美过渡。结果表明,该实验方法能够满足当今学生在本科教育阶段对理论知识学习与实践创新能力培养的需求。

基于实时仿真器的电机控制平台的开发

本文基于通用实时仿真器(UREP),开发了该电机控制平台,并在该平台设计了开环变压变频调速系统。先进行Matlab/Simulink离线仿真,然后在实验室的样机上进行了实验验证。实验结果和离线仿真结果一致,实现了电机电压和频率的实时控制,以及转速、转矩、电压和电流量的采集。为更进一步的研究奠定了基础。

适用于实时仿真器的IEC 61850服务器软件研究

为使实时仿真器在半实物仿真实验中与符合IEC61850标准的二次设备进行无缝连接,建立符合IEC61850通信标准的实时仿真应用场景,提出一种基于MMS的适用于实时仿真器的IEC61850服务器软件解决方案,对模型建立、通信构架、对象与服务映射、程序流程进行了研究与设计。使用IEDScout软件作为客户端进行通信与模型验证、自动建模验证及MMS读写功能验证,各项功能均达到预期效果。

电压预测技术提高HVDC混合实时仿真器接口稳定性

介绍使用电压预测技术提高 HVDC混合实时仿真系统接口的稳定性。接口稳定性是建立混合实时仿真系统的关键问题。利用电压预测技术 ,结合“虚”阻尼并联支路 ,可以有效地减小接口电流噪声 ,提高 RTDS数值计算稳定性 ,保证数模接口在稳态和暂态仿真中的稳定。各 AC/DC接口的电压预测步长需独立精心选择 ,典型值在 1个～ 3个步长 ,取决于直流平波电抗值的大小和直流输电线的长度。文中给出了接口的技术实现和性能校验结果。

基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器的建模

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)主电路的搭建和仿真可以在实时数据仿真器(realtime digital simulator,RTDS)的小步长环境下完成,由于目前的RTDS处理器计算容量不足以进行多达200电平的MMC仿真,为了尽可能在现有处理器运算情况下进行更大规模的MMC仿真,提出了在小步长环境下将MMC每相电路分别封装,然后利用小步长线路模型进行互联的建模方法。与三相封装一起同等规模的MMC进行了对比实验,并对小步长线路模型首尾的电动势以及换流器交直流电压进行了详细的对比测量,仿真结果表明,将MMC分相封装并用小步长线路模型互联的建模方法是可行的,不仅能在一定程度上扩大仿真容量,而且不会对电路中的电气量造成明显影响。

基于实时数字仿真器的SVC抑制次同步振荡的研究

针对我国首次采用静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)抑制次同步振荡(Sub-Synchronous Oscillation,SSO)的工程,分析了该工程中SVC的接入位置、触发方式和控制策略等。基于实时数字仿真(Rea Time Digital Simulator,RTDS),搭建了针对该工程中SVC控制器进行闭环控制测试的平台。阐述了该平台的框架结构、硬件配置,分析了建模过程中存在的问题,提出了大型系统的建模方法。基于该平台,在典型运行方式和故障方式下,对SVC抑制SSO的效果进行了全面的验证,并仿真分析了SVC抑制SSO时其对交流系统所可能产生的影响。结果表明,所采用的SVC能够抑制SSO现象,并且对系统的暂态稳定性几乎没有影响。

实时数字仿真器的应用

介绍电力系统实时数字仿真器(RTDS)的软硬件结构及其应用,阐述该仿真器在常规直流输电与特高压直流输电方面及FACTS(灵活交流输电)方面的应用,包括特高压直流实时仿真研究、直流系统成套设计计算校核、换流站二次系统联合功能及性能测试、直流保护定值校验、为运行部门服务以及轻型直流仿真研究等方面的应用。

广域测量系统时延的数字仿真方法及实时数字仿真器实现

根据对广域测量系统(WAMS)中时延产生原因以及实测统计结果的分析,提出了一种WAMS时延的数字仿真方法并给出了实现步骤。仿真过程将基于WAMS的电力系统任务分为软实时任务和硬实时任务,分别采用小步长子流程与大步长子流程同时进行模拟。小步长子流程以单位仿真步长间隔实时输出量测受时延影响的测量值;大步长子流程以WAMS测量步长输出量测受时延影响的测量值及其时标。所提WAMS时延仿真方法的最大优点是:既可以模拟按照特定分布生成的随机时延,也可以依据实测时延数据序列模拟时延;在此基础上还能够模拟数据丢包、粘包、通信失败等各种异常网络状态。最后,在实时数字仿真器(RTDS)中实现了该时延仿真方法,并分别采用随机时延和实测时延进行RTDS试验,仿真结果验证了该方法的有效性。该方法适用于广域控制器受时延影响的理论仿真校验。

实时数字仿真器 RTDS 及其应用

详细介绍电力部电力自动化研究院从加拿大引进的具有国际领先水平的在实时状态下运行的电力系统电磁暂态全数字仿真器的设计、结构及应用，重点阐述面向用户使用的图形化人机界面以及实时数字仿真器（简称为ＲＴＤＳ）的硬、软件结构及该仿真器在科研生产中的应用。

继电保护测试用小型化实时数字仿真器研究

详细介绍了基于DSP（digitalSignalprocessor）和PC机研制而成的专用于继电保护全面测试的电力系统实时数字仿真器，介绍了这类仿真器的性能要求，描述了该仿真器的软、硬件的实现。介绍了该仿真器的功能如各故障条件下电力系统实时仿真、谐波发生器、故障波形回放、系统振荡模拟以及各种类型的继电器测试。该仿真器体积小，操作方便，可广泛适用于继电保护生产厂家、实验室、电厂、变电站等场所测试各类继电保护装置。

基于多仿真器的牵引传动系统实时仿真研究

硬件在回路实时仿真可以有效地对高速列车牵引传动系统控制器进行测试,特别是在极限、故障条件下各种工况的测试,以提高控制算法验证效率。以高速列车牵引传动系统为研究对象,建立基于dSPACE的多仿真器硬件在回路仿真实验系统。首先,介绍高速列车牵引传动系统的主要构成,研究系统模型划分方法;其次,建立基于ADC方法的电力电子变流器数学模型,通过离线仿真验证模型的有效性;牵引传动系统小步长部分的数学模型通过FPGA实现,使该部分的仿真步长达到纳秒级,提高实时仿真的准确性。实验结果表明:实时仿真系统的有效性和可信度较高,可以有效测试高速列车牵引传统系统控制器的性能,加快控制算法的验证。

电力系统实时数字仿真器RTDS

电力系统实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置 ,采用与EMTP仿真程序相同的算法 ,但由于其具有很强的硬件计算能力 ,进行系统研究时速度要快得多。另外 ,RTDS仿真系统的频率特性包括了一个很大的频率范围 (从直流到 4kHz) ,在此频率范围内 ,RTDS仿真系统是全面分析电力系统各种问题的理想工具。RTDS仿真系统可以用于电力系统分析研究、测试保护系统。

电力系统实时数字仿真器RTDS简介

RTDS(实时数字仿真器)是一种实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,利用先进的软硬件技术,可以对交直流系统进行实时准确的仿真。其建模周期短、灵活性强、结果直观、频率特性范围大、计算精度和模型的合理性通过多年的国内外运行,实践证明是可以信赖的。RTDS还可以对故障录波并可回放,现在正逐渐取代了基于模拟技术的暂态网络分析仪而成为新一代仿真器。详细介绍了实时数字仿真器的功能应用及软硬件的结构。

基于实时数字仿真器的综合实验教学系统

阐述了基于实时数字仿真器(RTDS)的综合实验教学系统的结构、特点及其在实验教学中的应用。与传统的动态模拟实验教学相比,该系统具有可仿真的电力系统规模更大,学生能亲自操作并自主设计模型的结构和参数,能与实际控制保护设备相接驳进行实时闭环试验、模型的搭建及参数设置非常灵活、实验内容更广泛等优点。在培养学生大系统观念、提高学生分析问题解决问题、创新能力以及动手能力等方面效果显著。

基于实时数字仿真器的STATCOM控制保护闭环物理测试技术研究

实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)将被控设备及电网用数字模型实现,通过I/O接口与控制器实时交互,对控制器在各种运行工况、扰动或故障条件下的功能和性能进行全面测试,评估被控设备与电网的相互作用。基于此,提出了基于RTDS的静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)控制保护闭环物理测试方案。测试了STATCOM的恒无功控制功能、恒功率因数控制功能、阶跃响应、无功冲击响应,并将试验结果与离线数字仿真和高压样机试验结果进行对比,证明了RTDS试验的有效性。