超高压直流输电仿真培训方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及超高压直流输电仿真培训方法及装置，仿真培训服务模块获取SCADA实时数据并保存；仿真培训服务模块接收到下发的操作命令后，将操作命令及测点实时数据通过相应的访问接口分别发送到采用Matlab的相应工具构建的电力系统实时模型和控制保护模型，电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统；模型动态运行并将结果输出到仿真培训服务模块进行上送；本发明采用MATLAB建立超高压直流输电电力系统模型，电力模型经编译后运行在XPC实时操作系统环境,具有及时响应和高可靠性，保证计算结果与现场实际运行系统数据在时间空间上的高度一致性，经过封装的有机访问接口实现高效的数据交互，提高了开发效率、节约了开发成本，具有较好的实用价值。
【专利说明】超高压直流输电仿真培训方法及装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电力仿真培训【技术领域】，涉及一种超高压直流输电仿真培训方法及装置。
【背景技术】
[0002]HVDC-DTS仿真培训系统对直流换流变电站的一次、二次部分做仿真。它模拟运行人员对换流站正常的运行监视和操作指令；模拟故障或异常工况的监视和处理；以及事件顺序记录和事件报警，实现严格的培训功能。
[0003]目前国内已有的HVDC-DTS仿真培训系统产品以清华仿真培训系统为代表(下称清华仿真系统)，它的电力系统模型是自主研发的模型，通过模型生成部分保护的闭锁逻辑，设计思想比较先进，但是由于受限于人力、资金投入和技术水平的限制，模型不够成熟，缺陷比较多、数据实时性和准确度差，容错不好，尤其在闭锁逻辑方面，由于直流输电运行人员操作系统的复杂性，在辅助逻辑方面比较庞杂，这方面清华仿真系统不能提供一个较好的解决方案，其系统对现场问题的处理反馈慢，难以达到用户的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种实时性强、准确度高的超高压直流输电仿真培训方法及
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[0005]为实现上述目的，本发明的超高压直流输电仿真培训方法技术方案如下:仿真培训服务模块获取SCADA实时数据并保存；仿真培训服务模块接收到下发的操作命令后，将操作命令及测点实时数据通过相应的访问接口分别发送到采用Matlab的相应工具构建的电力系统实时模型和控制保护模型，所述电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统；控制保护模型和电力系统实时模型动态运行并将结果分别通过访问接口输出到仿真培训服务模块进行上送。
[0006]所述电力系统实时模型包括在Matlab环境下进行超高压直流输电系统的建模步骤、将电力模型编译成XPC目标实时系统的二进制程序的步骤和将可执行模型程序下装到工控机XPC环境并运行的步骤。
[0007]本发明的超高压直流输电仿真培训装置，包括分别连入仿真培训网的教员工作站和学员工作站，所述教员工作站中设有仿真培训服务模块，教员工作站还连入SCADA网中，还包括连入仿真培训网的模型工控机，该模型工控机中设有电力系统实时模型，所述教员工作站中还设有控制保护模型，所述仿真培训服务模块分别通过访问接口与电力系统实时模型和控制保护模型通讯连接，所述电力系统实时模型和控制保护模型均采用Matlab的相应工具构建，电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统。
[0008]所述电力系统实时模型包括在Matlab环境下进行超高压直流输电系统的建模步骤模块、将电力模型编译成XPC目标实时系统的二进制程序的步骤模块和将可执行模型程序下装到工控机XPC环境并运行的步骤模块。[0009]所述教员工作站设有至少两个网卡。
[0010]所述模型工控机由教员工作站虚拟机实现。
[0011]本发明的超高压直流输电仿真培训方法及装置的有益效果如下:
[0012](I)实时性:电力系统模型运行在xPC实时操作系统环境RT0S，能够以足够快的速度运行模型程序，在规定的时间之内快速响应，因而，具有及时响应和高可靠性，保证计算结果与现场实际运行系统数据在时间空间上的高度一致性；而国内已有的仿真系统一般是通过程序控制延时实现类似的实时效果，不是真正意义上的实时应用；
[0013](2)访问接口:由于采用matlab软件工具实现的两种类型电力模型运行环境不同，实时电力系统模型运行在实时操作系统环境，闭锁逻辑模型运行在PC环境，需要增加两种接口，实现高效数据访问；
[0014](3)开发效率:由于采用国际公认的电力软件作为开发工具，在保证系统功能的同时，减少了自主开发电力设备模型的工作量和成本，提高了开发效率，缩短了开发周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是超高压直流输电仿真培训装置实施例的硬件组网图；
[0016]图2是HVDC-DTS仿真培训系统原理图；
[0017]图3是数据关联对话框示意图；
[0018]图4是闭锁逻辑块图；
[0019]图5是闭锁逻辑具体实现逻辑图；
[0020]图6是数据流图；
[0021]图7是PlGl直流场备用状态图；
[0022]图8是PlGl直流场闭锁状态图；
[0023]图9是定义功率控制参数图；
[0024]图10是功率控制升过程图。
【具体实施方式】
[0025]超高压直流输电仿真培训系统HVDC-DTS硬件组网如图1所示，系统配置一台教员工作站(或服务器)和至少一台学员工作站。
[0026]I)教员工作站。教员工作站安装电力系统模型软件MATLAB和教员系统软件、接口软件、仿真培训服务模块和控制保护模型，在培训中充当教员台。它配置双网卡，I张网卡与仿真培训网相连，本机成为仿真培训的服务器，另I张网卡与实际的SCADA相连，成为SCADA网的I个节点，可定时从SCADA系统的实时数据库中取实时数据断面，完成网络拓扑和状态估计，在此基础上完成在线教案的自动生成。两个网络均采用以太网相连接。
[0027]教员台负责实现教员操作台、教案的制作与管理、仿真过程控制、事件处理器等功能、电力系统模型、远动数据模拟以及仿真运行评估等功能。
[0028]2)学员工作站。学员工作站安装学员系统软件，在培训中充当学员台，与仿真培训网相连。
[0029]3)模型工控机:运行XPC实时操作系统，在该实时环境中运行电力系统实时模型。该工控机也可通过提高教员工作站的配置，通过vmware虚拟机的方法实现,从而在硬件组网中省去该机器。
[0030]仿真培训服务模块分别通过访问接口与电力系统实时模型和控制保护模型通讯连接，所述电力系统实时模型和控制保护模型均采用Matlab的相应工具构建，电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统。
[0031]HVDC-DTS仿真培训系统软件模块构成如下图2所示，重点体现在上图左侧的2个功能块中:部署在教员机上的控制保护闭锁逻辑模型和部署在XPC工控机上的电力系统模型以及相应的访问接口。
[0032]控制保护闭锁逻辑模型(即设于教员工作站中的控制保护模型)功能块实施步骤:
[0033]I)通过网络从对象服务器获取系统的测点数据；
[0034]2)将系统测点数据转化成Matlab的结构数组；
[0035]3)开发matlab数据选择对话框程序以关联模型上的数据，如图3所示；
[0036]4)模型编辑:利用Matlab的模型编辑器和逻辑库编辑控制保护闭锁逻辑模型；图4为11B12_Q52地刀闭锁逻辑分允许位模型举例，图5是闭锁逻辑具体实现逻辑图；
[0037]5)图形转换:将id关联的原始模型转化为数组下标关联的matlab可执行模型；
[0038]6)接口开发实现的功能:将变化数据设置到可执行模型，将模型执行结果输出到仿真培训服务程序。
[0039]电力系统实时模型功能块实施步骤:
[0040]I)模型编辑:在MATLAB环境下进行HVDC系统的建模，利用Simulink和SimPowerSystems工具包，从模块库中调用相应的模块进行搭建，然后根据直流工程配置修改其参数，完成直流输电系统的建模，包括整流侧和逆变侧的设备建模，例如换流变压器、阀组、直流输电线路、断路器、刀闸、交直流滤波器等等。
[0041]2)模型编译:配置matlab下的模型编译软件，本方法配置vc++作为模型编译程序；在模型编辑器中Tools菜单选择Real-Time Workshop组的option项，选择systemtargetfile为xpctarget.tic,将电力模型编译成xPC目标实时系统的二进制程序;
[0042]3)模型的运行:首先在工控机上运行xPC实时操作系统，仿真培训服务程序通过访问接口将可执行模型程序下装到工控机xPC环境并运行；
[0043]4)接口开发实现的功能:下装电力模型程序，将操作参数设置到可执行模型，从而改变电力模型运行方式，将电力模型动态运行结果输出到仿真培训服务程序。
[0044]超高压直流输电仿真培训方法的数据流程如图6所示，仿真培训服务模块获取SCADA实时数据并保存；调度培训命令从人机工作站下发到监控服务器，仿真培训服务模块接收到下发的操作命令后，将操作命令及测点实时数据通过相应的API访问接口分别发送到采用Matlab的相应工具构建的电力系统实时模型和控制保护模型，电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统；控制保护模型和电力系统实时模型动态运行并将结果分别通过访问接口输出到仿真培训服务模块进行上送。配置工具将配置参数发送到仿真培训服务程序保存、更新。
[0045]本方法将电力系统模型编译成专用实时XPC目标系统上的可执行程序，保证了模型执行的高效性和实时性。与实时模型的通信接口和逻辑模型的通信接口，均进行了有机封装，实现高效数据访问。[0046]HVDC-DTS仿真培训系统很好的模拟直流系统启停机操作。直流系统启停机操作是直流输电运行人员操作系统的典型控制操作，它实现高压直流输电换流站设备的启动和停止操作，通过启停机操作实现两大交流电网安全互连及功率输送。
[0047]换流站状态准备是直流系统启停机操作过程中的一个环节，下面以此为例介绍本超高压直流输电仿真培训方法的模拟效果:
[0048]检修、停止、冷备用、闭锁、解锁运行及空载加压试验为换流站直流系统的6种基本状态。如果要运行到解锁状态，应先将阀组状态运行到闭锁状态。如图7、8是仿真培训系统模拟的阀组从备用状态运行到闭锁状态的效果图。
[0049]说明:定义好控制参数(如图9)，按执行下发参数；双极解锁运行(如图10)，可看到功率按照规定的斜率300MW/Min向参考值3000MW上升，白色箭头指示功率方向，BPramp白色闪烁指示功率正在升降(本次为升功率)，双极功率指示当前功率的升降值。
[0050]结论:模拟过程与实际的操作过程完全一致，达到了仿真培训要求的效果。
[0051]本发明的超高压直流输电仿真培训方法及装置采用国际公认的标准计算软件MATLAB建立超高压直流输电电力系统模型，电力模型经编译后运行在xPC实时操作系统环境(RTOS)，具有及时响应和高可靠性，保证计算结果与现场实际运行系统数据在时间空间上的高度一致性，经过封装的有机访问接口实现高效的数据交互，提高了开发效率、节约了开发成本，具有较好的实用价值。
[0052]此外本发明也可用于实现交流调度自动化系统的仿真，由于交流调度自动化系统较直流输电运行人员操作系统简单:没有直流部分，架构单一，设备少、控制操作一般是开环，所以用本发明实现起来更容易。
【权利要求】
1.超高压直流输电仿真培训方法，其特征在于，仿真培训服务模块获取SCADA实时数据并保存；仿真培训服务模块接收到下发的操作命令后，将操作命令及测点实时数据通过相应的访问接口分别发送到采用Matlab的相应工具构建的电力系统实时模型和控制保护模型，所述电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统；控制保护模型和电力系统实时模型动态运行并将结果分别通过访问接口输出到仿真培训服务模块进行上送。
2.根据权利要求1所述的超高压直流输电仿真培训方法，其特征在于，所述电力系统实时模型包括在Matlab环境下进行超高压直流输电系统的建模步骤、将电力模型编译成XPC目标实时系统的二进制程序的步骤和将可执行模型程序下装到工控机XPC环境并运行的步骤。
3.运行权利要求1所述超高压直流输电仿真培训方法的超高压直流输电仿真培训装置，包括分别连入仿真培训网的教员工作站和学员工作站，所述教员工作站中设有仿真培训服务模块，教员工作站还连入SCADA网中，其特征在于，还包括连入仿真培训网的模型工控机，该模型工控机中设有电力系统实时模型，所述教员工作站中还设有控制保护模型，所述仿真培训服务模块分别通过访问接口与电力系统实时模型和控制保护模型通讯连接，所述电力系统实时模型和控制保护模型均采用Matlab的相应工具构建，电力系统实时模型运行于XPC实时操作系统。
4.根据权利要求3所述的超高压直流输电仿真培训装置，其特征在于:所述电力系统实时模型包括在Matlab环境下进行超高压直流输电系统的建模步骤模块、将电力模型编译成XPC目标实时系统的二进制程序的步骤模块和将可执行模型程序下装到工控机XPC环境并运行的步骤模块。
5.根据权利要求3所述的超高压直流输电仿真培训装置，其特征在于:所述教员工作站设有至少两个网卡。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的超高压直流输电仿真培训装置，其特征在于:所述模型工控机由教员工作站虚拟机实现。
【文档编号】G09B23/18GK103680267SQ201310632225
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】黄利军, 樊克林, 申艳红, 饶国辉 申请人:国家电网公司, 许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司