基于FPGA的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真研究

对新能源低压直流配电系统开展暂态实时仿真研究对优化其运行控制具有重要作用。由于现场可编程门阵列(FPGA)内部集成了大量具有不同功能的电路,FPGA正成为电力系统暂态实时仿真领域主要的计算载体之一。该文面向新能源低压直流配电系统的暂态实时仿真需求,开发了一种基于FPGA的包含小型分布式风力发电、光伏发电以及蓄电池储能单元的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真器。首先,研究构建了分布式发电单元和典型控制回路的计算模块,利用FPGA的并行计算特性并结合“算法-结构-有效匹配(AAA)”理念建立了底层模块串并联混合求解结构;然后,在节点分析法的框架下,建立了一种结合矩阵LDU分解和有向无环图(DAG)的电气系统节点电导矩阵并行求解方法;最后,在建立电气系统与控制系统并行求解架构的基础上,开发了一种基于FPGA的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真器,通过将其仿真结果与PSCAD/EMTDC离线仿真平台的计算结果进行对比,验证了所开发暂态实时仿真器的有效性和准确性。

多通道数字模拟混合音响仿真系统的设计与实现

采用数字与模拟混合控制技术,利用多种声源的组合,实现了飞机发动机音响及环境音响的仿真.

国网天津电力:完成10kV“雪花网”数字模型实时仿真系统搭建

2022年12月5日,国网天津市电力公司自主搭建的10 kV“雪花网”数字模型实时仿真系统在天津市电力物联网企业重点实验室投运。实时数字仿真系统可利用高性能计算机快速解算“雪花网”运行状态,并通过输入输出接口与控制系统进行数据交互,在实验室中就能测试控制系统的功能和性能是否满足设计要求。

面向新型电力系统的实时仿真平台综述与展望

伴随高比例新能源并网和大规模电力电子装置渗透,电力系统电源结构、电网形态、运行机理和控制基础深刻变革,电网规模和复杂程度前所未有,对仿真技术提出了新的要求。电力系统实时仿真作为支撑大规模电力系统仿真加速、开展控保设备半实物测试、推动电力系统数智化转型的重要手段,近年来得到越来越多的关注。为此,首先梳理了新型电力系统对实时仿真步长、规模等方面的新需求。接着,对比了10种主流商业化实时仿真平台,详细探讨了国内外平台在实时机制、硬件架构、高效算法、仿真软件4方面的技术现状。然后,针对新型电力系统电源侧和电网侧,综述了实时仿真平台构建方案的研究进展。最后,归纳提出了新型电力系统视域下实时仿真平台未来的发展方向。

多体制卫星导航信号实时模拟仿真与处理技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)接收信号弱、采集困难的场景下,可控性高、灵活性好的GNSS软件模拟器优势尽显。目前的软件模拟器频点少、精度不高、运行速度慢,基于C/C++实现了高精度GPS/BDS/Galileo卫星导航实时模拟与处理系统,着重研究GNSS信号模拟端的算法与并行加速技术,完成了配置模块、相位计算模块、信号生成模块和复合量化模块的设计与实现,对相位计算模块进行GPU加速处理。采用差值拟合方法解决了采样信号伪距精度低的问题,采用基于CUDA架构的GPU/CPU协同运算加速方案,设计并开发了多体制卫星导航信号实时模拟仿真与处理系统架构。系统产生了GPS L1C/A、BDS B1I、BDS B2a、BDS B1C和GAL E1五个频点的数字中频信号,利用搭建的测试验证平台,验证了系统可用性,评估了不同场景、不同参数条件下的系统定位性能与加速效果。CUDA优化方法加速效果显著,BDS B1C、GAL E1、BDS B2a、BDS B1I和GPS L1C/A频点的加速比(加速前后运行速度之比)分别为12.30、9.07、7.21、2.86、2.27,其中GPS L1C/A频点基本可以实现实时模拟与接收及实时定位。

基于实时仿真的稳控系统切负荷建模方法

本文提出了一种基于实时仿真的稳控系统切负荷建模方法,以实现对稳控系统分轮切负荷功能的精确模拟。该模型首先从稳控系统和电网仿真数据库中获取负荷轮次整定值和可切负荷等数据,由切负荷轮次计算模块、实时负荷容量计算模块结合锁存的稳控系统切负荷动作信号和轮次,将按轮次被切除的负荷从本站负荷中扣除,形成实时的本站初始负荷容量;最后通过计及频率和电压影响的综合负荷计算模块输出本站并联负荷实时的有功功率和无功功率。本方法简化了稳控系统仿真试验时的系统接线,提高了稳控系统仿真试验的效率,并能够获得更加准确可信的测试结果。

数模—动模混合仿真系统的接口建模与稳定性分析

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,数模-动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点,成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性,对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数,分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大,并通过所搭建的混合仿真系统进行实验,实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

基于实时数字仿真的新能源场站并网调频技术研究

新能源场站由于其不具备传统旋转发电机的机械惯量,对系统频率变化很难起到支撑作用。随着新能源发电比例不断提高,若新能源场站不参与系统频率调节,则当系统发生频率波动时,频率会发生快速变化,进一步恶化系统频率稳定性,因此研究新能源场站的调频技术特性具有重要意义。从提升场站频率响应和调整的速度出发,针对常用的二阶锁相环在频率斜升变化时不具备零稳态误差的问题,设计了一种频率响应速度更快,稳态性能和动态性能都较为优越的三阶锁相环,并且应用于新能源场站的半实物仿真平台中,进而在半实物仿真平台上以云南某新能源场站为样本,搭建了相应的半实物仿真模型,通过模拟不同频率阶跃变化和不同频率斜升变化,验证新能源场站的并网调频技术。

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统(CPS)仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。

压铸机全闭环计算机实时控制联动系统研发

本文致力于研发一种全闭环计算机实时控制联动系统,以提升压铸机的工作精度和效率。通过深入分析压铸机的工作原理,设计了一个全闭环计算机控制系统,实现了对关键参数的准确监测和精确调控。通过实际压铸实验,证实了该系统在提高铸件质量、降低废品率和提高生产效率方面的显著效果。本研究为压铸行业提供了一种先进的控制方案,有望推动压铸技术的发展。

电力系统全数字实时仿真装置

电力系统全数字实时仿真装置是基于高性能机群服务器、具有我国自主知识产权的全数字实时仿真系统。该仿真装置利用机群的多节点结构和高速本地网络,采用并行计算技术对计算任务进行分解,并对进程进行实时和同步控制,从而实现了大规模复杂交直流电力系统(1 000台发电机、10 000条母线)的机电暂态实时仿真和机电–电磁暂态混合实时仿真以及外接物理装置试验。该仿真装置具有性价比高、扩展性好、软硬件接口灵活多样等特点,可连接调度自动化系统以接收系统在线数据,接入PSASP用户自定义模型或MATLAB/Simulink模型进行局部和子任务计算,通过A/D和D/A转换接口接入控制保护物理设备进行闭环仿真试验。目前国内多家单位已应用该仿真装置,开展了电力系统故障再现分析,继电保护、安全自动装置和直流输电控制装置等的试验研究,大系统安全稳定运行及控制策略研究等工作。应用表明该仿真装置运行可靠、计算结果准确,在科学研究、教育培训和生产运行实践中起到重要作用。

电力系统实时数字仿真技术

介绍电力系统实时数字仿真技术的发展过程,以全数字实时仿真系统(RTDS)为例,说明实时数字仿真技术在电力系统中得到了广泛应用。基于微机的电力系统实时数字仿真技术具有良好的发展前景,重点讨论我国第1台自主开发的基于微机的数字动态实时仿真系统(Digital Dynamic Real-Time Simulator,DDRTS),指出此项技术是未来电力系统实时数字仿真中的一个重要发展方向。另外,强调了在这个领域研究中值得关注的几个问题。

电力系统物理与数字联合实时仿真

提出了结合物理模拟与数字仿真实现电力系统联合仿真的技术。以替代定理为基础阐述了联合仿真的理论基础,并提出了联合仿真系统的总体布局。数字仿真接口用A/D转换通道与受控注入电流源实现,物理仿真接口用基于直流耦合的背靠背变流器结构的放大电路实现。最后通过实验验证了该技术的可行性。

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。

基于IEC 61850标准的实时数字仿真系统

电力实时数字仿真(RTDS)系统是分析电力系统特征、测试继电保护及二次设备的重要手段,得到了广泛应用。采用电子式互感器后,RTDS系统不再需要D/A转换和功率放大等环节,可以直接将仿真产生的数据经格式转换后加以使用。文中研究了基于IEC 61850标准的新型RTDS系统的构成和实现,介绍了连接RTDS系统与全数字二次设备的测试模型,通过对110kV线路数字化保护的试验验证了系统的实用性。

电力系统计算机及实时数字仿真(下)——电力系统实时数字仿真

着重讨论实时数字仿真系统 RTDS的特性及其工程应用。通过实时数字仿真系统在 FACTS及 HVDC实际工程中的应用 ,阐明了实时数字仿真技术对设计和校验电力系统控制及保护设备的重要性。

基于微机的电力系统数字动态实时仿真装置

介绍了具有自主知识产权的电力系统数字动态实时仿真装置(DDRTS)的原理、构成及功能。该装置基于微机和Windows操作系统,采用全中文图形化界面,集系统仿真和实时闭环测试功能于一体,并具有静态继电器测试、信号发生与谐波测试、波形实时回放测试等辅助功能。

数字流域仿真系统中水流模拟技术

水流模拟是数字流域仿真模拟的重点和难点,模拟需求差别很大,不但要模拟水流的自然形态、光影效果,而且要反映水位起伏淹没、流速流态等物理特性。在大型流域实时模拟系统中,需要在计算量和模拟效果两者之间寻求平衡,根据硬件、资料、需求的不同采用不同的模拟方法。总结了数字流域仿真系统中水流模拟的几种常用方法:静态纹理法、纹理变换法、水位与纹理动态变化法、水位波动法、粒子系统;分别阐述了各种方法的实现过程,并结合具体工程实例展示了模拟效果;最后综合讨论了各方法的优缺点及适用范围。

基于电力系统实时数字仿真技术的自动励磁调节器性能检测实验

在全国联网的形势下,发电机励磁系统动态特性显著影响系统的稳定水平,为巩固发电机励磁系统参数测试辨识工作的成果,加强励磁系统技术管理,有必要开展励磁调节器性能检测工作。自2006年5月开始,在中国华北电网用电力系统实时数字仿真技术首次进行自动励磁调节器性能检测实验。文中介绍了华北电网自动励磁调节器性能的检测原理、测试项目以及部分测试结果,并对该技术的应用前景进行了展望。

实时数字场景仿真系统研究与实现

开发在实验室里测试导引头信息处理机的实时数字场景仿真系统已经成为了图像制导武器发展的迫切需要。介绍了一个由高性能PC机和PCI插卡构成的实时场景仿真系统,描述了该系统的工作流程和系统结构,以及软件和硬件等主要组件的工作原理和实现方法,试验结果表明系统能够满足实际应用的需要。