一种基于wams的多facts协调控制数模混合仿真平台的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台，包括超级计算机SGI、IEC-61850板卡、PMU装置和WAMS服务器；FACTS控制器通过模数转换板卡与仿真平台连接；SGI上运行HYPERSIM，IEC-61850板卡将HYPERSIM的数字电网中的电气量转换为信号输出，PMU装置将该电气量上传至WAMS服务器；多FACTS协调控制软件实时读取WAMS服务器的数据库中的电气量，并将控制逻辑计算结果传送给各个FACTS控制器对各个FACTS装置进行控制。该仿真平台，能够准确反映广域测量系统的数据处理过程和延时，实现不同控制器之间的协调控制策略，实现统一闭环验证。
【专利说明】—种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台。
【背景技术】
[0002]随着电力系统智能化需要和电力电子技术的发展，现代电网中增加了许多柔性交流输电装置(Flexible Alternating Current Transmission Systems, FACTS),如静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC)、可控串补装置(Thyristor ControlledSeries Compensation, TCSC)、可控并联电抗器(Controllable Shunt Reactor, CSR)、磁控式可控高抗(Magnetic Control Reactor, MCR)、静止同步补偿器(Static SynchronousCompensator, STATC0M)等。由于各种FACTS设备所针对的控制目标不同，设计时各自独立，因此相互之间缺乏协调配合。并且FACTS设备与电力系统中其他类型的控制装置在调节过程中也会产生交互影响，如电力系统稳定器(Power System Stabilizer, PSS)、自动电压调节器(Automatic Voltage Regulator, AVR)、高压直流输电(high-voltage directcurrent, HVDC)等。目前，广域测量系统(Wide Area Measurement System, WAMS)已经广泛应用在电力系统，其主要功能是采集、汇集和处理电力系统广域数据。
[0003]为研究FACTS设备交互影响以及检验各种协调控制方法在实际系统中的有效性，需要一个准确、高效的仿真平台，将数字实时仿真系统、WAMS广域测量系统、协调控制装置及多种FACTS设备相结合形成闭环仿真平台，进行研究和验证。而现有仿真平台主要实现了直接与部分FACTS控制器连接进行相关研究的功能。尚未能够与同步实时测量电气量的PMU装置和WAMS系统连接，无法准确模拟其处理数据过程和传输延时；尚无能够灵活仿真不同设备之间协调控制策略并将控制命令下发到具体执行装置上的协调控制组态系统。这些仿真平台仅使用本地状态量和量测量，没有包含全局信息，缺乏统一闭环验证。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提供一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台，包括超级计算机SG1、IEC-61850板卡、PMU装置和WAMS服务器；
[0005]所述超级计算机SGI上安装有模数转换板卡，各个FACTS控制器通过所述模数转换板卡与所述仿真平台连接，所述各个FACTS控制器分别控制连接各个FACTS装置；
[0006]所述超级计算机SGI上运行有HYPERSM电磁暂态数字实时仿真系统，所述IEC-61850板卡通过插在所述SGI的PCIX刀片中与所述仿真平台相连；
[0007]所述PMU装置通过所述IEC-61850板卡与所述HYPERSM连接，所述IEC-61850板卡将所述HYPERSM的数字电网中的电气量转换为符合IEC61850规约的数字信号输出，所述PMU装置将该电气量上传至WAMS服务器；
[0008]多FACTS协调控制软件实时读取所述WAMS服务器的数据库中的电气量，并按照控制逻辑计算，将计算结果传送给所述各个FACTS控制器对所述各个FACTS装置进行控制，并将动作信息回传给所述数字电网。
[0009]本发明提供的第一优选实施例中:所述IEC-61850板卡支持IEC61850-9-2标准和IEC61850-8-1标准，分别用于转换模拟量和开关量，每块所述IEC-61850板卡最多同时传送8路模拟量或32路开关量，其中模拟量传输速率为每周波80个采样点。
[0010]本发明提供的第二优选实施例中:所述IEC-61850板卡上设有网口，通过以太网线与所述PMU装置连接。
[0011]本发明提供的第三优选实施例中:所述多FACTS协调控制软件运行在所述多FACTS协调控制服务器上，所述PMU装置、WAMS服务器、多FACTS协调控制服务器以及各个FACTS控制器之间均采用以太网连接。
[0012]本发明提供的第四优选实施例中:运行在所述多FACTS协调控制服务器上的所述多FACTS协调控制软件以Windows作为运行环境，分为编辑环境和运行环境；
[0013]编辑界面为所述编辑环境的人机交互界面，具备利用各类常用控制模块，利用软件平台的系统设计功能完成算法及数据接口模块的调用，组态实现各种协调控制逻辑；
[0014]运行界面为所述运行环境的人机交互界面，在运行模式下，调试、开始、暂停、停止用户控制逻辑的实时运算和控制命令的发送，调试过程中，监控所有控制模块的输入输出数据，并支持在线修改部分模块的输入。
[0015]本发明提供的第五优选实施例中:所述多FACTS协调控制软件的软件接口嵌入第三方开发的算法模块，以动态库方式嵌入到协调控制模块中；接口语言采用C / C++，允许采用STL类，或者Matlab \ Simulink的模型文件，由.mdl文件通过Matlab的RTW模块生成dll文件及PortReadMe文件,供软件调用。
[0016]本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台，相对于最接近的现有技术的有益效果包括:
[0017]本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台，加入WAMS系统实时获取电网广域数据，接入多种FACTS设备实际控制器和其他装置物理控制器进行仿真时，能够准确反映广域测量系统的数据处理过程和延时，能够灵活实现不同控制器之间的协调控制策略，并将协调控制命令直接下发到控制器，实现统一闭环验证。并对该仿真平台的使用效果进行了测试试验，试验结果验证了多SVC之间的协调控制策略可以提高试验电网的动态稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]如图1所示为本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台与FACTS装置连接的结构示意图；
[0019]如图2所示为本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台的实施例的结构示意图；
[0020]如图3所示本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台的应用实施例的FACTS装置与试验电网的连接的结构示意图；
[0021]如图4所示为本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台的应用实施例中采用和不采用多个SVC协调控制策略两区域间联络线有功功率波形对比图。【具体实施方式】
[0022]下面根据附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0023]本发明提供一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台，如图1所示为本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台与FACTS装置连接的结构示意图，由图1可知，该仿真平台包括超级计算机SG1、IEC-61850板卡、PMU装置和WAMS服务器。超级计算机SGI上安装有模数转换板卡，各个FACTS控制器通过该模数转换板卡与仿真平台连接，各个FACTS控制器分别控制连接各个FACTS装置。
[0024]超级计算机SGI上运行有HYPERSM电磁暂态数字实时仿真系统，IEC-61850板卡通过插在SGI的PCIX刀片中与仿真平台相连。
[0025]PMU装置通过IEC-61850板卡与HYPERSM连接，IEC-61850板卡将HYPERSM的数字电网中的电气量(如电压、电流等)转换为符合IEC61850规约的数字信号输出，并且PMU装置将该电气量上传至WAMS服务器。
[0026]多FACTS协调控制软件实时读取WAMS服务器的数据库中的电气量，并按照控制逻辑计算，将计算结果传送给各个FACTS控制器对各个FACTS装置进行控制，并将动作信息回传给数字电网。
[0027]实施例一:
[0028]本发明提供的实施例一为一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台的实施例，如图2所示为该实施例的结构示意图，由图2可知，该实施例中，仿真平台连接的FACTS 包括 TSCS 和 SVC。
[0029]超级计算机SGI上运行有HYPERSM电磁暂态数字实时仿真系统，计算步长可达到微秒级，满足实时计算的要求。
[0030]IEC-61850板卡支持IEC61850-9-2标准和IEC61850-8-1标准，分别用于转换模拟量和开关量，每块IEC-61850板卡最多同时传送8路模拟量或32路开关量，其中模拟量传输速率为每周波80个采样点。IEC-61850板卡上设有网口，通过以太网线与所述PMU装置连接。
[0031]多FACTS协调控制软件运行在多FACTS协调控制服务器上，PMU装置、WAMS服务器、多FACTS协调控制服务器以及各个FACTS控制器之间均采用以太网连接。
[0032]运行在多FACTS协调控制服务器上的多FACTS协调控制软件以Windows作为运行环境，分为编辑环境和运行环境，其中编辑界面为编辑环境的人机交互界面，具备利用各类常用控制模块，利用软件平台的系统设计功能完成算法及数据接口模块的调用，组态实现各种协调控制逻辑；运行界面为运行环境的人机交互界面，在运行模式下，可以调试、开始、暂停、停止用户控制逻辑的实时运算和控制命令的发送。调试过程中，能够监控所有控制模块的输入输出数据，并支持在线修改部分模块的输入。软件接口方面能够嵌入第三方开发的算法模块，以动态库方式嵌入到协调控制模块中；接口语言采用C / C++，允许采用STL类，或者Matlab \ Simulink的模型文件，由.mdl文件通过Matlab的RTW模块生成dll文件及PortReadMe文件,供软件调用。
[0033]协调控制系统可实现从WAMS数据库中快速获取数据，送入协调控制模块进行实时复杂运算和数据流监控，并将最终的协调控制命令发送给各控制器终端，控制器动作结果直接反映到数字电网。
[0034]整个平台采用104通讯规约，基于以太网将数据在WAMS平台、协调控制系统和各种控制器之间互相传递，形成一个闭环的基于WAMS的多种FACTS设备协调控制数模混合仿真试验平台。
[0035]实施例二:
[0036]本发明提供的实施例二为本发明提供的一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台的应用实施例，如图3所示为该应用实施例的FACTS装置与试验电网的连接的结构示意图，由图3可知，该实施例二中，试验电网连接4台SVC设备协调控制，在2区域4机系统的节点7接入SVCl，SVC2，在节点5接入SVC3和SVC4。试验系统为弱阻尼系统，在不考虑多个SVC之间的协调控制条件下，发生对地故障后系统发生振荡且幅值越来越大导致系统失稳。考虑采用多个SVC之间的协调控制策略后，发生对地故障后系统振荡能够很快平息，系统能够恢复稳定。本次在节点8模拟了三相对地瞬时故障，故障时序为母线8在1.0s发生三相短路接地故障，IOOms后故障清除。分别得出采用与不采用多个SVC协调控制策略的试验结果。
[0037]如图4所示为采用和不采用多个SVC协调控制策略两区域间联络线有功功率波形对比图，其中虚线为不采用多个SVC协调控制策略时的波形，实线为采用多个SVC协调控制策略的波形。试验结果验证了多SVC之间的协调控制策略可以提高试验电网的动态稳定性。基于WAMS的多FACTS仿真试验平台准确、实时、完整的实现了多个SVC控制器之间协调控制的闭环统一试验，是验证多FACTS设备之间协调控制策略的可靠试验平台。
[0038]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台，其特征在于，所述仿真平台包括超级计算机SG1、IEC-61850板卡、PMU装置和WAMS服务器； 所述超级计算机SGI上安装有模数转换板卡，各个FACTS控制器通过所述模数转换板卡与所述仿真平台连接，所述各个FACTS控制器分别控制连接各个FACTS装置； 所述超级计算机SGI上运行有HYPERSM电磁暂态数字实时仿真系统，所述IEC-61850板卡通过插在所述SGI的PCIX刀片中与所述仿真平台相连； 所述PMU装置通过所述IEC-61850板卡与所述HYPERS頂连接，所述IEC-61850板卡将所述HYPERSM的数字电网中的电气量转换为符合IEC61850规约的数字信号输出，所述PMU装置将该电气量上传至WAMS服务器； 多FACTS协调控制软件实时读取所述WAMS服务器的数据库中的电气量，并按照控制逻辑计算，将计算结果传送给所述各个FACTS控制器对所述各个FACTS装置进行控制，并将动作信息回传给所述数字电网。
2.如权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述IEC-61850板卡支持IEC61850-9-2标准和IEC61850-8-1标准，分别用于转换模拟量和开关量，每块所述IEC-61850板卡最多同时传送8路模拟量或32路开关量，其中模拟量传输速率为每周波80个采样点。
3.如权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述IEC-61850板卡上设有网口，通过以太网线与所述PMU装置连接。
4.如权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述多FACTS协调控制软件运行在所述多FACTS协调控制服务器上，所述PMU装置、WAMS服务器、多FACTS协调控制服务器以及各个FACTS控制器之间均采用以太网连接。
5.如权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，运行在所述多FACTS协调控制服务器上的所述多FACTS协调控制软件以Windows作为运行环境，分为编辑环境和运行环境； 编辑界面为所述编辑环境的人机交互界面，具备利用各类常用控制模块，利用软件平台的系统设计功能完成算法及数据接口模块的调用，组态实现各种协调控制逻辑； 运行界面为所述运行环境的人机交互界面，在运行模式下，调试、开始、暂停、停止用户控制逻辑的实时运算和控制命令的发送，调试过程中，监控所有控制模块的输入输出数据，并支持在线修改部分模块的输入。
6.如权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述多FACTS协调控制软件的软件接口嵌入第三方开发的算法模块，以动态库方式嵌入到协调控制模块中；接口语言采用C /C++,允许采用STL类，或者Matlab \ Simulink的模型文件，由.mdl文件通过Matlab的RTff模块生成dll文件及PortReadMe文件，供软件调用。
【文档编号】G05B17/02GK103984239SQ201410049609
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】朱艺颖, 王薇薇, 刘翀, 董鹏, 胡涛, 孙栩, 习工伟 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院