外文翻译--实时数字仿真装置在电力系统物理控制设备闭环测试中的应用

附录 A 实时数字仿真装置在电力系统物理控制设备闭环测试中的应用 李华为 范宇 吴涛 王暂吉 （北京交通大学电力学院，中国北京， 100044） （北方电力研究院，中国北京， 100045） （清华大学，中国北京， 100083） 摘要 ：这篇文章主要是关于应用在实时数字仿真设备中的延时检测，电压自动调节器和自动保护设备等方面。这个系统是由北京北方电力研究院研究开发的。这次测试的焦点主要集中于查明控制器如何动作及电力系统对这些动作的反映。实时数字仿真装置提供电力系统所有种类的运作模式和足 够的模拟和数字接口，用于形成闭环控制和与外部设备的连接。这篇文章包括了关于实时数字仿真装置的详细讨论和测试。 关键字：实时数字仿真 闭环 电源 1、 概述 电力系统由许多重要设备如同步电机，变压器、导线和断路器、及负载等组成。而一般的设备如保护继电器，自动保护装置和自动稳压器等等。次要设备的动态特性会影响电力系统的动态特性。然而，首先在模拟的环境里验证它们的性能是必要的，它应先于在实际系统中进行实际测试之前进行。 迄今为止有两种查明控制器的动作的方法：一是使用数字和模拟装置。网络实时分 析就是一种可以使用的分析模拟的仿真装置，但是造价太高。实时数字仿真装置是一种全数字化的电力系统模拟装置，相对于模拟的仿真装置，实时数字仿真装置有能提供在数字环境中进行多样的和便捷的操作、改进、 保存、运行、和分析结果。所以，实时数字仿真装置可以应用于电力系统内的所有的研究领域中。 文章中的所有关于测试都是在北京北方电力研究院完成的。测试的目的是查明这些控制器的行为。查明的目的是更深层次的了解控制器的动态特征特别是应用在北京的电力输送网中的控制器动态稳定性 2、实时数字仿真测试装置 实时数字仿 真装置起先产生于玛内特巴 究中心 （位于加拿大蒙特利尔） 并且在 1993 年开始商业运行。 实时数字仿真装置是基于 50s 脉冲触发的快速操作装置。实时数字仿真装置是一个由不同的部分通过一块底板组成的专用计算机和图形用户界面软件两者的组合体（见图 1）。 实时操作意味着系统中发生的一个持续了一秒的事件，系统可以在一秒中把它模拟出来，这样的实时精度来于物理控制器对执行时间的要求，然而这个时间梯度必须控制在 50 毫秒以内。因为只有在这样的情况下，传统的数字仿真工具像 是 能在离 线状态下进行操作。 2 实时数字仿真装置的硬件 实时数字仿真装置的硬件体系结构具有了实时操作的特征，因为它采用了它的并行化设计。 实时数字仿真装置的硬件包括一个主机或是工作站和一些机架，主机或是工作站是用户和仿真装置之间交流的桥梁。这里机架意味着一个基于 术特殊设计的硬件。一般来说一个 实时数字仿真装置通过一个局域网内的标准总线连接的机架有三个或四个。当对一个电力系统进行仿真时，用户经常将电力系统分为不同的子系统。每一个子系统常常被 分派到单个机架上。如此，这样的分支设计经常用于 并行化的数据处理系统。 每个机架包含三个部分： 3 处理器卡（最大可扩展大 18 路），一个千兆以太网络交换卡和一个工作站接口卡，如图 1 所示。 图 1 件系统 每个 3处理单元。包含两个处理器。运行频率是 44部集成了存储器和数字、模拟输入输出口。在中机架 3仿真运算的核心。 责各个部件之间的交流。包括： 1、内嵌在机架中的 3间的通信；2、机架与机架之间的通信； 3、机架与主机之间的通信。 机架之间的通信是由 门控制的，每个 供机架之间交流的路径。由于传输速率达到了 500个 以同时处理多通道并行传输，也就是几个机架之间可以同时通信。所以，它可以保证并行处理的速度。 统的响应频率是从直流到 4、 2 实时数字仿真装置的软件 实时数字仿真装置之可以运行在反映时间为 50S 的实时环境中，不仅是因为系统的硬件设计采用的并行技术，还有是就是并行处理的思想应用在了软件中。同时，他友好的图形界面是用户很容易进行对电力系统的仿真、结果的分析 ，同时根据研究内容的不同快速的改变运行参数。 件系统包括三个不同等级：图形用户界面被置为最高等级；编译程序和通信处在中间等级；被控部件处于最低等级。 作为最高等级， 供了十分友好的界面，方便用户和仿真器之间的交流。如果需要仿真一个新的电力系统，用户只要知道是在什么模式下，如何设计和设置运行参数。而不是考虑如何编制模式代码。另外，图形用户界面还提供了绘图结果通过仪表的绘图图标和绘图工具。因此，用户的任务变得简单。这样用户可以把更多的精力投入到他的研究中。 编译器通过 模式代码写入 统。一方面，编译器能通过数字处理器产生所有的并行处理编码命令，同时分配这些处理器；另一方面，他可以 产生一个用户可读的图形文件，引导用户详细的了解各个处理器的功能。在图形文件中，输入输出通道是直接接到物理设备上的。 电力系统的部件模式处在 统的最低等级上，它是用机器语言写出的，就是为了实现实时仿真时更快的执行（如果代码长执行时间就会变长）。应用在电力系统部件模式和所有的网络设备都是基于同样的数学基础模式的的运算法则，同样地被用于在 了在 时间分辨率 50s 的实时环境下方针出一个系统，就要应用数据并行处理技术。应用导线传播模式，一个复杂的系统被分为不同的分系统。把计算量分配到各个机架上以减轻处理器的负担。如图 3 所示。节点矩阵被斜线分为两部分，然后分别交由不同的分系统进行并行处理。所以，减轻了数据处理负担。 图 3 分系统分派到机架 2、 应用 我 们看到反应时间长短取决与仿真系统的复杂程度，也就是说我们可以在一个具有复杂系统和繁多的数据处理的模拟 环境下得到实时仿真的结果。所有的这些都得益于并行处理技术在加上数字处理技术在 真装置的硬件和软件设计上的应用。所以由于 统的实时运行特征，使它可以运行在以下领域： 电力系统的分析装置 继电器系统的测试 控制系统的检测，包括同步机控制系统和电力系统的稳定器控制系统、半导体闸流管连续补偿控制系统、 制系统、高压支流输电控制系统和 设备管理控制与时间调度程序 设备等等、 教育和培训 以模拟瞬间电磁现象、瞬间机械和电的现象和中 长期的动态现象，可以实现更深层次的分析，相比 于模拟模拟装置和传统的稳态分析系统并且装载流程，例如 3、继电器系统测试 继电器系统随着电力系统变得越来越复杂，也变得更加精良。继电器的执行会直接影响电力系统的安全性和稳定性。所以在它们实际安装之前在真实的操作情况下查明它的延迟时间。闭环测试是最有可能应用在实时数字仿真系统的控制方法，也是最彻底的控制方式。 闭环测试的特点表现在从模拟提取输出信号中，然后把它们作为输入的一部分用于对设备的控制。测试状态下设备的输出反馈到模拟器就像在数字仿真装置的电路断路器模式下（断路器是在真实的 系统中受控制的）。因此，影响仿真的结果，如图 4 所示这种所谓的闭环测试方法不仅可以估算出保护延迟时间，而且能测试出系统对延迟动作的响应时间。 图 4 一个物理设备的闭环测试 图 4 用图表的形式说明了测试物理控制设备的布局方式。如果物理设备需要一个延时，继电器的执行就能被检测到。数字仿真装置的用户可以根据具体的情况选择不同的模式对不同的系统进行测试。因为在模拟器的 3数字和模拟端口都是可用的，并且数字和模拟信号可以接入到延迟中。 模拟信号在接如之前必须经过放大。 图 5 所示是一个电力系统图，从 2002 年起， 16 路高压传输线和 7 路延迟、7 路错误数据记录器已经应用在了 统中。 图 5 电力系统 1 4、同步机自动稳压器的测试 实时仿真仅仅是表示它可以测试控制设备而实时数字仿真则代表了执行这种测试的最灵活和最有效率的解决放案。当系统正在测试复杂系统的时候，大量输入输出信号的组织结构适合于像 样需要大量数据信号传 输的系统。同样地，测试系统的硬件连接如图 4 所示就是同步机的自动稳压器。像电流、电压和状态这样的信号通过模拟装置传送到控制器，如图 6 就是一个测试电力系统的图。 这个系统包括一个通过 制的并且由变压器和传输线连接到电力线上。同样的， 主断路器被模仿。电动机的定子电压和电流信号、励磁电流、断路器的状态被考进 时 5、总结 这篇论文略述了主要用于实时操作情况下的实时数字仿真装置的专用硬件和软件的设计。 实时数字仿真装置提供电力系统所有种类的运作模式和足够的模拟和数字接口。用于形成闭环控制和与外部设备的连接， 继电器系统、 制系统的测试系统已经阐明了，这表明实时数字仿真装置是一种用于闭环测试和研究电力系统中控制器的动态行为效果的理想工具。 附录 B of i 100044 ( 00083 on of in on of os to of to of in to A of is in 1、 of a of as so of of it is to to in an Up to to of to be is is a of in a be in of in in by in he of to of as a of of on of of on in in 2、 at 993. is on 0s is a of is to a is a an in be on in of 0 in is of of of is of or a A or is a SP or in a on a is is by is of 8 3PC(,1 a of 4or ,RC on it is C in a 0 is in to a do is in or is is in As In to a to to to to In of of to to in On of by On it a to a to of in In , in to to in if on To a in 0 is a is on by in to on is of be e is on of in a SP be of 3、 as a of of of it is to is of of is a is by as a is be as in ,2of of to s of a of be be by on s 3be to be to In T T on be as on or a 002,16 4 、 is of As on of is ,4 as to is a VR to a T,PT VR VR is 5、 in of a of in ,of to is an of on of