一种基于rtds的源网协调联合实时仿真系统及数据传输方法
【专利摘要】本发明公开了电力系统仿真与控制领域的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统及数据传输方法。源网协调联合实时仿真系统包括源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统；其中源侧毫秒级实时仿真系统由GTFPGA板卡与PB5板卡以SFP光电收发接口方式连接构成；网侧RTDS微秒级实时仿真系统由数据接口机与协调服务器通过TCP/IP协议以数据缓冲区块方式构成。所述源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统之间是通过通讯接口之间的数据传输进行。本发明在两个仿真系统之间是通过通讯接口之间的数据传输进行的数据传输方法，增强工作稳定性，提高了仿真系统的抗干扰能力。
【专利说明】—种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统及数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统中区域电网与各类电源间的联合调度【技术领域】，特别涉及一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统及数据传输方法。
【背景技术】
[0002]电网与各类新能源(如风电、太阳能等)的联合调度技术是当前国内外电力系统的研究难点之一。以RTDS微秒级实时仿真电网运行，以火电机组、风电机组、抽水蓄能机组、储能系统、太阳能光伏发电及太阳能热发电等源侧毫秒级全范围仿真系统作为电源点，构成各类电源与电网联合的源网协调联合实时仿真系统，可以作为此类问题的研究平台。RTDS微秒级实时仿真系统与源侧毫秒级实时仿真系统之间需要实时、高速、连续、稳定、可靠的数据传输，由于二者的仿真时间步长不一致，目前尚无行之有效的方法和手段。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统及数据传输方法，其特征在于:源网协调联合实时仿真系统所述包括源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS (Real Time Digital Simulator,实时数字仿真仪)微秒级实时仿真系统；其中源侧毫秒级实时仿真系统由GTFPGA板卡与PB5板卡以SFP (Small Form-factor Pluggables,小型可插模块)光电收发接口方式连接构成；网侧RTDS微秒级实时仿真系统由数据接口机与协调服务器通过TCP/IP协议以数据缓冲区块方式构成。
[0004]所述GTFPGA板卡包括第一 SFP光电收发接口 1、Aurora协议和第二 SFP光电收发接口 2组成。
[0005]所述PB5板卡包括第三SFP光电收发接口 3和Aurora协议组成。
[0006]所述数据接口机包括FPGA通讯卡、PCI Express接口、Aurora协议和第四SFP光电收发接口 4组成；所述数据接口机实际是一个台式机，FPGA通讯卡通过PCI Express插槽安装在这个台式机里面。
[0007]所述基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据传输方法，其特征在于:源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统之间是通过通讯接口之间的数据传输进行；具体包括:
[0008]1)数据接口机首先配置通讯程序，与GTFPGA板卡建立正确的通讯连接后，开始以每50us交互256个字节数据:
[0009]2) GTFPGA板卡将数据发送至数据接口机，其数据包括:3个火电机组和6个水电机组的发电机实际有功功率、发电机机端电压、发电机转速和AGC指令，7个风电场的节点电压、网侧有功功率和AGC指令，火电机组的网侧机组跳闸指令，风电场的网侧机组跳闸指令，以及1个同步信号；
[0010]3)数据接口机发送至GTFPGA板卡的数据包括3个火电机组和6个水电机组的发电机分合闸指令和机械功率，7个风电场的有功功率和无功功率，以及16个各类机组的同步号。
[0011]4)数据接口机与协调服务器之间通过TCP/IP协议以每50ms交互256000个字节数据通讯；
[0012]5)网侧RTDS实时仿真系统的PB5板卡与GTFPGA板卡之间基于Aurora协议方式进行光纤通讯。
[0013]所述协调服务器将来自数据接口机的数据分发到源侧的风电、水电和火电机组的仿真服务器、将源侧的风电、水电和火电机组的仿真服务器的数据发送到数据接口机。
[0014]所述数据接口机选用Xilinx公司的FPGA通讯卡，型号为XC6SLX45T。
[0015]所述GTFPGA板卡选用Xilinx公司的ML507开发板。
[0016]本发明的有益效果是有效满足了 RTDS微秒级实时仿真系统与源侧毫秒级实时仿真系统之间需要的实时、高速、连续、稳定、可靠的数据传输，并且传输速率达到50GB/S，数据无错误。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的结构框图；
[0018]图2是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的工作流程图；
[0019]图3是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的数据接口机与协调服务器的数据交换流程。
[0020]图4是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的监控程序界面；
[0021]图5是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的监控数据列表。
【具体实施方式】
[0022]本发明提出了一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统及数据传输方法，下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0023]图1是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的结构框图。图1中，源网协调联合实时仿真系统所述包括源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统；其中源侧毫秒级实时仿真系统由GTFPGA板卡与PB5板卡以SFP光电收发接口方式连接构成；网侧RTDS微秒级实时仿真系统由数据接口机与协调服务器通过TCP/IP协议以数据缓冲区块方式构成。
[0024]所述GTFPGA板卡包括第一 SFP光电收发接口 1、Aurora协议和第二 SFP光电收发接口 2组成。
[0025]所述PB5板卡包括第三SFP光电收发接口 3和Aurora协议组成。
[0026]所述数据接口机包括FPGA通讯卡、PCI Express接口、Aurora协议和第四SFP光电收发接口 4组成；所述数据接口机实际是一个台式机，FPGA通讯卡通过PCI Express插槽安装在这个台式机里面。
[0027]所述源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统之间是通过通讯接口之间的数据传输进行；GTFPGA板卡发送至数据接口机的数据:3个火电机组和6个水电机组的发电机实际有功功率、发电机机端电压、发电机转速和AGC指令，7个风电场的节点电压、网侧有功功率和AGC指令，火电机组的网侧机组跳闸指令1，风电场的网侧机组跳闸指令2，以及1个同步信号；
[0028]数据接口机发送至GTFPGA板卡的数据:3个火电机组和6个水电机组的发电机分合闸指令和机械功率，7个风电场的有功功率和无功功率，以及16个各类机组的同步信号。
[0029]所述数据接口机与协调服务器之间通过TCP/IP协议以数据缓冲区块方式，每50ms交互256000个字节数据。
[0030]所述协调服务器将来自数据接口机的数据分发到源侧其他服务器、将源侧其他仿真服务器的数据发送到数据接口机。
[0031]图2是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统数据传输方法的工作流程图。本发明的工作流程包括以下步骤:
[0032]步骤201:系统初始化，开始运行；
[0033]步骤202:数据接口机配置通讯程序；
[0034]步骤203:握手信号判定；若是，则执行步骤204 ;若否，则执行步骤202 ；
[0035]步骤204:互发测试数据；
[0036]步骤205:测试数据判定；若是，则执行步骤206 ;若否，则执行步骤202 ；
[0037]步骤206:实时交互传递数据；
[0038]步骤207:运行是否终止；若是，则执行步骤208 ;若否，则执行步骤206 ；
[0039]步骤208:停止。
[0040]图3是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据接口机与协调服务器的数据交换流程。数据接口机(FPGA通讯卡)将来自GTFPGA板卡微秒级数据保存在SDRAM，数据接口机通过PC1-E接口将数据读到自身内存，再将内存数据通过TCP/IP以缓冲区块方式、毫秒级发送到协调服务器，协调服务器将数据分发到源侧的风电、水电和火电机组的仿真服务器；协调服务器将源侧的风电、水电和火电机组的仿真服务器的数据通过TCP/IP、毫秒级发送到数据接口机，数据接口机通过PC1-E接口将自身内存数据写到FPGA通讯卡的SDRAM，FPGA通讯卡再将数据以微秒级发送至GTFPGA板卡。
[0041]图4是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的监控程序界面，以便直观地监控握手信号是否完成。
[0042]图5是本发明提供的一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的通讯接口及数据传输方法的监控数据列表，以便直观地监控数据传递是否正常。
[0043]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统，其特征在于:源网协调联合实时仿真系统包括源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统；其中源侧毫秒级实时仿真系统由GTFPGA板卡与PB5板卡以SFP光电收发接口方式连接构成；网侧RTDS微秒级实时仿真系统由数据接口机与协调服务器通过TCP/IP协议以数据缓冲区块方式构成。
2.根据权利要求1所述一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统，其特征在于:所述GTFPGA板卡包括第一 SFP光电收发接口 1、Aurora协议和第二 SFP光电收发接口 2组成。
3.根据权利要求1所述一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统，其特征在于:所述PB5板卡包括第三SFP光电收发接口 3和Aurora协议组成。
4.根据权利要求1所述一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统，其特征在于:所述数据接口机包括FPGA通讯卡、PCI Express接口、Aurora协议和第四SFP光电收发接口4组成；所述数据接口机实际是一个台式机，FPGA通讯卡通过PCI Express插槽安装在这个台式机里面。
5.一种基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据传输方法，其特征在于:源侧毫秒级实时仿真系统和网侧RTDS微秒级实时仿真系统之间是通过通讯接口之间的数据传输进行；具体包括:1)数据接口机首先配置通讯程序，与GTFPGA板卡建立正确的通讯连接后，开始以每50us交互256个字节数据:2)GTFPGA板卡将数据发送至数据接口机，其数据包括:3个火电机组和6个水电机组的发电机实际有功功率、发电机机端电压、发电机转速和AGC指令，7个风电场的节点电压、网侧有功功率和AGC指令，火电机组的网侧机组跳闸指令，风电场的网侧机组跳闸指令，以及1个同步信号；`3)数据接口机发送至GTFPGA板卡的数据包括3个火电机组和6个水电机组的发电机分合闸指令和机械功率，7个风电场的有功功率和无功功率，以及16个各类机组的同步信号。4)数据接口机与协调服务器之间通过TCP/IP协议以每50ms交互256000个字节数据通讯；5)网侧RTDS实时仿真系统的PB5板卡与GTFPGA板卡之间基于Aurora协议方式进行光纤通讯。
6.根据权利要求5所述基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据传输方法，其特征在于:工作流程包括以下步骤:步骤201:系统初始化，开始运行；步骤202:数据接口机配置通讯程序；步骤203:握手信号判定；若是，则执行步骤204 ;若否，则执行步骤202 ；步骤204:互发测试数据；步骤205:测试数据判定；若是，则执行步骤206 ;若否，则执行步骤202 ；步骤206:实时交互传递数据；步骤207:运行是否终止；若是，则执行步骤208 ;若否，则执行步骤206 ；步骤208:停止。
7.根据权利要求5所述基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据传输方法，其特征在于:所述协调服务器将来自数据接口机的数据分发到源侧的风电、水电和火电机组的仿真服务器、将源侧的风电、水电和火电机组的仿真服务器的数据发送到数据接口机。
8.根据权利要求5所述基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据传输方法，其特征在于:所述数据接口机选用Xilinx公司的FPGA通讯卡，型号为XC6SLX45T。
9.根据权利要求5所述基于RTDS的源网协调联合实时仿真系统的数据传输方法，其特征在于:所 述GTFPGA板卡选用Xilinx公司的ML507开发板。
【文档编号】G05B17/02GK103676670SQ201310684026
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】曾德良, 牛玉广, 李青, 张文广 申请人:华北电力大学