外文翻譯--實時數(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

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附錄 A 實時數(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(shù)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(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)于實時數(shù)字仿真裝置的詳細(xì)討論和測試。 關(guān)鍵字：實時數(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)境里驗證它們的性能是必要的，它應(yīng)先于在實際系統(tǒng)中進(jìn)行實際測試之前進(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(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、運行、和分析結(jié)果。所以，實時數(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、實時數(shù)字仿真測試裝置 實時數(shù)字仿 真裝置起先產(chǎn)生于瑪內(nèi)特巴 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(shù)字仿真裝置是基于 50μs 脈沖觸發(fā)的快速操作裝置。實時數(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(nèi)。因為只有在這樣的情況下，傳統(tǒng)的數(shù)字仿真工具像 是 能在離 線狀態(tài)下進(jìn)行操作。 2 實時數(shù)字仿真裝置的硬件 實時數(shù)字仿真裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)具有了實時操作的特征，因為它采用了它的并行化設(shè)計。 實時數(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 術(shù)特殊設(shè)計的硬件。一般來說一個 實時數(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 1 件系統(tǒng) 每個 3處理單元。包含兩個處理器。運行頻率是 44部集成了存儲器和數(shù)字、模擬輸入輸出口。在中機(jī)架 3仿真運算的核心。 責(zé)各個部件之間的交流。包括： 1、內(nèi)嵌在機(jī)架中的 3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 門控制的，每個 供機(jī)架之間交流的路徑。由于傳輸速率達(dá)到了 500個 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。 統(tǒng)的響應(yīng)頻率是從直流到 4、 2 實時數(shù)字仿真裝置的軟件 實時數(shù)字仿真裝置之可以運行在反映時間為 50μS 的實時環(huán)境中，不僅是因為系統(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行參數(shù)。 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， 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 模式代碼寫入 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 統(tǒng)的最低等級上，它是用機(jī)器語言寫出的，就是為了實現(xiàn)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(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)模式的的運算法則，同樣地被用于在 了在 時間分辨率 50μs 的實時環(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)點矩陣被斜線分為兩部分，然后分別交由不同的分系統(tǒng)進(jìn)行并行處理。所以，減輕了數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。 圖 3 分系統(tǒng)分派到機(jī)架 2、 應(yīng)用 我 們看到反應(yīng)時間長短取決與仿真系統(tǒng)的復(fù)雜程度，也就是說我們可以在一個具有復(fù)雜系統(tǒng)和繁多的數(shù)據(jù)處理的模擬 環(huán)境下得到實時仿真的結(jié)果。所有的這些都得益于并行處理技術(shù)在加上數(shù)字處理技術(shù)在 真裝置的硬件和軟件設(shè)計上的應(yīng)用。所以由于 統(tǒng)的實時運行特征，使它可以運行在以下領(lǐng)域： — 電力系統(tǒng)的分析裝置 — 繼電器系統(tǒng)的測試 — 控制系統(tǒng)的檢測，包括同步機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定器控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體閘流管連續(xù)補(bǔ)償控制系統(tǒng)、 制系統(tǒng)、高壓支流輸電控制系統(tǒng)和 設(shè)備管理控制與時間調(diào)度程序 設(shè)備等等、 — 教育和培訓(xùn) 以模擬瞬間電磁現(xiàn)象、瞬間機(jī)械和電的現(xiàn)象和中 — 長期的動態(tài)現(xiàn)象，可以實現(xiàn)更深層次的分析，相比 于模擬模擬裝置和傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析系統(tǒng)并且裝載流程，例如 3、繼電器系統(tǒng)測試 繼電器系統(tǒng)隨著電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，也變得更加精良。繼電器的執(zhí)行會直接影響電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。所以在它們實際安裝之前在真實的操作情況下查明它的延遲時間。閉環(huán)測試是最有可能應(yīng)用在實時數(shù)字仿真系統(tǒng)的控制方法，也是最徹底的控制方式。 閉環(huán)測試的特點表現(xiàn)在從模擬提取輸出信號中，然后把它們作為輸入的一部分用于對設(shè)備的控制。測試狀態(tài)下設(shè)備的輸出反饋到模擬器就像在數(shù)字仿真裝置的電路斷路器模式下（斷路器是在真實的 系統(tǒng)中受控制的）。因此，影響仿真的結(jié)果，如圖 4 所示這種所謂的閉環(huán)測試方法不僅可以估算出保護(hù)延遲時間，而且能測試出系統(tǒng)對延遲動作的響應(yīng)時間。 圖 4 一個物理設(shè)備的閉環(huán)測試 圖 4 用圖表的形式說明了測試物理控制設(shè)備的布局方式。如果物理設(shè)備需要一個延時，繼電器的執(zhí)行就能被檢測到。數(shù)字仿真裝置的用戶可以根據(jù)具體的情況選擇不同的模式對不同的系統(tǒng)進(jìn)行測試。因為在模擬器的 3數(shù)字和模擬端口都是可用的，并且數(shù)字和模擬信號可以接入到延遲中。 模擬信號在接如之前必須經(jīng)過放大。 圖 5 所示是一個電力系統(tǒng)圖，從 2002 年起， 16 路高壓傳輸線和 7 路延遲、7 路錯誤數(shù)據(jù)記錄器已經(jīng)應(yīng)用在了 統(tǒng)中。 圖 5 電力系統(tǒng) 1 4、同步機(jī)自動穩(wěn)壓器的測試 實時仿真僅僅是表示它可以測試控制設(shè)備而實時數(shù)字仿真則代表了執(zhí)行這種測試的最靈活和最有效率的解決放案。當(dāng)系統(tǒng)正在測試復(fù)雜系統(tǒng)的時候，大量輸入輸出信號的組織結(jié)構(gòu)適合于像 樣需要大量數(shù)據(jù)信號傳 輸?shù)南到y(tǒng)。同樣地，測試系統(tǒng)的硬件連接如圖 4 所示就是同步機(jī)的自動穩(wěn)壓器。像電流、電壓和狀態(tài)這樣的信號通過模擬裝置傳送到控制器，如圖 6 就是一個測試電力系統(tǒng)的圖。 這個系統(tǒng)包括一個通過 制的并且由變壓器和傳輸線連接到電力線上。同樣的， 主斷路器被模仿。電動機(jī)的定子電壓和電流信號、勵磁電流、斷路器的狀態(tài)被考進(jìn) 時 5、總結(jié) 這篇論文略述了主要用于實時操作情況下的實時數(shù)字仿真裝置的專用硬件和軟件的設(shè)計。 實時數(shù)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(shù)字接口。用于形成閉環(huán)控制和與外部設(shè)備的連接， 繼電器系統(tǒng)、 制系統(tǒng)的測試系統(tǒng)已經(jīng)闡明了，這表明實時數(shù)字仿真裝置是一種用于閉環(huán)測試和研究電力系統(tǒng)中控制器的動態(tài)行為效果的理想工具。 附錄 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 0μs 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 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