基于WAMS的多FACTS控制器和实时仿真系统的接口装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于WAMS的多FACTS控制器和实时仿真系统的接口装置。

背景技术：

随着电网系统不断发展,现代电网中增加了许多柔性交流输电装置(Flexible Alternating Current Transmission System，FACTS)，如可控串补装置(Thyristor Controlled Series Compensation，TCSC)、可控并联电抗器(Controllable Shunt Reactor，CSR)和静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)。由于各种FACTS设备设计时各自独立，并且所针对的控制目标不同，导致各FACTS设备之间缺乏协调配合，在电网调节的过程中会产生交互影响。

为了研究FACTS设备之间的交互影响以及能够更好的让FACTS设备在电网中得到实时调节，则需要一个高效，准确的仿真平台进行研究和验证。目前，广域同步测量系统(Wide Area Measurement System，WAMS)已经广泛应用于电力系统当中，而基于WAMS的多FACTS协调控制的数模混合仿真平台，则能够满足处理电力系统广域数据的要求。

基于WAMS的多FACTS协调控制的数模混合仿真平台核心将多种不同的FACTS控制器和实时仿真系统结合起来，实现全过程长时间的稳定仿真计算，实现大型电网的仿真建模。由于各FACTS控制器与实时仿真系统接口的输入、输出单元接入方式不尽相同，如何将“多样”的FACTS控制器接入到“单一”的实时仿真系统里，是目前基于WAMS多FACTS协调控制的实时仿真系统面临的主要问题之一。

因此，需要提供一种技术方案来满足现有技术的需要。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于WAMS的多FACTS控制器和实时仿真系统的接口装置，FACTS控制器经协调控制服务器与人机工作站相连，WAMS服务器经前置通讯服务器与通讯模块集成屏柜(PMU和PDC)相连，通讯模块集成屏柜的通讯设备分别与实时仿真系统和GPS相连；接口装置分别与FACTS控制器和实时仿真系统连接。

接口装置包括：直流电源板卡、对时通信板卡、光信号输入板卡、电信号输入板卡、光信号输出板卡和电信号输出板卡。

电信号输出板卡和电信号输入板卡分别与实时仿真系统相连。

光信号输出板卡和光信号输入板卡分别与FACTS控制器相连。

光信号输入卡板和电信号输出模块卡板同时工作；电信号输入卡板和光信号输出卡板同时工作。

对时通信板卡包括：CAN1接口、CAN2接口、RX接口、TX接口和LAN接口；

CAN1接口和CAN2接口为电信号对时接口，RX接口和TX接口为光信号对时接口，LAN接口为网口。FACTS控制器包括：TCSC控制器、SVC控制器和CSR控制器。

接口装置和实时仿真系统的屏柜的接口采用24V直流供电。接口装置的信号输入输出板卡设有DSP芯片，DSP芯片的模拟量传送速率为每周波256个采样点。

所述通讯模块集成屏柜包括：相量测量装置PMU和相量数据集中器PDC。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型实现了最终的闭环控制，且响应速度快，具有实时性。

2、本实用新型能够实现多FACTS控制器和实时仿真系统之间电气量的实时上传，调节命令的实时下发等功能，提高了协调控制可靠性。

3、本实用新型实现了多FACTS控制器和实时仿真系统的全局连接，将多种FACTS控制器的电气信号统一集中到接口装置上，每一种FACTS控制器的电气信号各自独立，高速传输，不会相互干扰。

4、本实用新型响应速度快，可以满足FACTS控制器和实时仿真系统之间数据的实时传输。

5、本实用新型接入格式统一，可根据要求进行软件升级，并且可以进行扩容，工程应用效果好，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的连接关系图；

图2为本实用新型的接口装置构成框图；

图3为本实用新型的保护动作故障波形图；

图4为本实用新型实时仿真系统的波形图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。

本实用新型是一种基于WAMS(Wide Area Measurement System，广域同步测量系统)的多FACTS(Flexible AC Transmission System，灵活交流输电技术)控制器和实时仿真系统的接口装置，其适用于基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真平台以及类似的多FACTS控制器(TCSC控制器、SVC控制器、CSR控制器等)和实时仿真系统(RTDS和HYPERSIM等)。

从系统结构上分析，该装置是接收和发送多FACTS控制器和实时仿真平台系统之间的电气信号的装置，具有实时上传测量量(电流、电压)，实时下发控制命令的功能，属于传输层装置。

基于WAMS的多FACTS控制器之间的电气信号是独立传输和独立运行的，多FACTS控制器被设计用于的对象不同，控制的目标也不同。而本装置可以兼容多套多种FACTS控制器的电气信号，把分散的多FACTS控制器的电气信号集中在一个接口装置当中，最终转换成一种和实时仿真系统相匹配的电气信号。

如附图1所示，包括“WAMS服务器”、“人机工作站”、“协调控制服务器”、“FACTS控制器”、“接口装置”、“实时仿真系统”等，其中“接口装置”是本实用新型的描述范围，而“WAMS服务器”、“人机工作站”、“协调控制服务器”、“FACTS控制器”、“实时仿真系统”不属于本专利的描述范围，仅用于说明系统的结构。“协调控制器服务器”对各“FACTS控制器”进行统筹协调控制，各“FACTS控制器”通过光纤通信方式接收和下发命令至“接口装置”，“接口装置”用于实时传输各“FACTS控制器”和“实时仿真系统”的电气信号。

各FACTS控制器通常对FACTS设备的调节控制采用光纤作为传输媒介，通过“光信号”实现对各FACTS设备的控制，而实时仿真系统的模数转换模块均是“电信号”来控制的。基于WAMS的多FACTS的控制器和实时仿真系统的接口装置能够很好的将多FACTS控制器和实时仿真系统进行全局连接。接口装置一端可以接收各种不同的FACTS控制器的光信号，另一端将该信号发送到实时仿真系统的装置上，不同的信号之间相互独立，具有抗干扰，响应速度快的特点。

基于WAMS的多FACTS控制器和实时仿真系统的接口装置能够将众多不同的多FACTS控制器和实时系统仿真通过“接口装置”进行全局连接，满足在仿真不同的多FACTS设备之间协调控制命令实时下发到具体执行设备，状态量和测量量实时准确上传的功能。基于WAMS多FACTS协调控制数模混合仿真平台实现全过程长时间的稳定仿真计算，可以进行大型电网的仿真建模，而接口装置则可以同时集成多套多种多FACTS控制器至实时仿真系统上，从而进行大型的电网综合控制研究和试验。

系统结构

接口装置是接收和发送多FACTS控制器和实时仿真系统之间的电气信号的装置，具有实时上传测量值、实时下发控制命令的功能，在系统结构上属于传输层装置。

如附图1所示的“协调控制器服务器”和各种“FACTS控制器相”连接，通过下发命令能控制各“FACTS控制器”，各“FACTS控制器”和“接口装置”相连接，“接口装置”转换多FACTS控制器的命令传送到实时仿真系统。相反，“实时仿真系统”能够将状态量和测量量实时传送给“接口装置”，“接口装置”再经过转换将状态量和测量量传送给各“FACTS控制器”，供控制器监测和运算。这种连接方式可以有效地解决不同设备间的电平不兼容问题及设备间的干扰问题。

图2为接口装置组成框图，该接口装置由执行不同功能的板卡构成，可以根据FACTS装置的特点以及实际需要进行软件层的设置，通过更改软件来控制接口装置模块的电气量的传输。“板卡A”是电源模块，为接口装置提供直流电源。“板卡B”为对时通信模块，其中CAN1-2表示可接航空插头的电信号对时，RX和TX表示可接光纤的光信号方式对时，LAN为网口，表示局域网通讯接口。“板卡C”和“板卡D”都是光信号输入模块，和多FACTS控制器相连，主要功能是接收多FACTS控制器的控制命令，将光信号转化为电信号。“板卡E”和“板卡F”都是电信号输出模块，和实时仿真系统相连，主要功能是将“板卡E”和“板卡F”转化完成的电信号发送至实时仿真系统。需要说明的是“光信号输入模块”和“电信号输出模块”是需要配合起来同时使用。“板卡J”和“板卡K”都是电信号输入模块，和实时仿真系统连接，负责接收实时仿真系统发送的状态量和测量量。“板卡G”和“板卡H”都是光信号输出模块，和各FACTS控制器相连，主要功能将来自“板卡J”和“板卡K”的电信号转化为光信号上传给多FACTS控制器。需要说明的是“电信号输入模块”和“光信号输出模块”同样是需要配合起来同时使用。

以下为基于WAMS的多FACTS控制器和实时仿真系统使用接口装置进行的两个实施例：

实施例1：通过实时仿真系统向多FACTS控制器上传状态量和测量量：以TCSC控制器为例：实时仿真系统向TCSC控制器传送A相电容器电流量、三相断路器的位置状态。当TCSC控制器接收到的电容器电流超过额定电容器过负荷保护定值后，TCSC控制器的电容器保护单元会立刻保护动作，同时发三相断路器由合位命令。如图3所示是TCSC控制器收到实时仿真系统的电容器过负荷电流后，保护动作的故障波形，通过波形分析，实时仿真系统上传的电容器电流量和TCSC控制器接收到的电容器电流量一致，所以TCSC控制器接收到来自实时仿真系统的故障量后控制器保护动作正确。

实施例2：

模拟协调控制服务器向FACTS控制器下发命令，考察多FACTS控制器和实时仿真系统下发命令的实时性。以TCSC下发调节“目标阻抗”命令为例：通过协调控制服务器每隔20ms向系统发送一次目标阻抗调节命令，模拟实时调节系统里面的“目标阻抗”的参数。传输路径为：协调控制服务器发送“目标阻抗”调节命令至多FACTS控制器，多FACTS控制器将控制命令发送到接口装置，接口装置将控制命令发送到实时仿真系统，最终调节实时仿真系统里“目标阻抗”的参数。

如图4所示，在实时仿真系统(HYPERSIM)录了6s的波形(一行为1s，共6行)里可以清晰的观察到每隔20ms实时仿真系统接收到了一次“目标阻抗”的调节命令，协调控制服务器向实时仿真系统发送的调节控制“目标阻抗”的命令的波形没有失真和畸变，起到了通过多FACTS协调控制器向实时仿真系统实时调节的作用。

拓扑结构及系统说明：

目前接口装置和实时仿真系统接口部分均采用DC24V电压，其模拟量传送速率达到了每周波256个采样点。接口装置具备高速的数据处理能力，信号输入输出模块均运用先进的DSP芯片进行实时高速的数字信号处理，

根据实时仿真系统的特点，实时仿真系统的A/D板卡(模数转换板卡)或DI板卡(开关量信号输入板卡)硬件电路里的电压通常都是DC24V，为了避免信号线出电气屏柜受到其他回路强电信号的电磁干扰，接口装置优先考虑和实时仿真系统在一个屏柜内连接。而接口装置通过光纤和多FACTS控制器连接，由于光纤的具有较强的抗干扰能力，从而保证多FACTS控制的信号实时的，不失真的传送给实时仿真系统。

接口装置的系统连接如图1所示，“协调控制服务器”对各“FACTS控制器”进行统筹协调控制，各“FACTS控制器”接收和下发命令至“接口装置”，“接口装置”传输电气信号至“实时仿真系统”。本实用新型所属范围只包括“接口装置”。具体系统连接是：协调控制服务器和各FACTS控制器相连接，通过命令下发功能控制各FACTS控制器，各FACTS控制器和接口装置相连接，接口装置转换各FACTS控制器的命令传送到实时仿真系统。相反，实时仿真系统能够将状态量和测量量通过接口装置实时传送给接口装置，接口装置再经过转换将状态量和测量量传送给各FACTS控制器，供控制器监测和运算。

接口装置则可以同时集成多套多种FACTS控制器至实时仿真系统上，进行大型的电网综合控制研究和试验。接口装置一端可以和FACTS控制器的光信号回路相连，另一端可以和实时仿真系统相连，各种FACTS控制器不同的信号之间是相互独立的。

接口装置的信号输入输出模块均运用先进的DSP芯片进行实时高速的数字信号处理，具备高速的数据处理能力，其模拟量传送速率达到了每周波256个采样点。接口装置可以解决不同设备间的电平不兼容问题、设备间的干扰问题。根据不同工程的需要和不同FACTS控制器的实际需要，可以通过对接口装置进行软件层的设置，更改相应的配置，来满足不同FACTS控制器的接口要求。

根据实时仿真系统的特点，实时仿真系统的A/D板卡(模数转换板卡)或DI板卡(开关量信号输入板卡)硬件电路里的电压通常都是DC24V，为了避免信号线出屏柜受到其他回路强电信号的电磁干扰，接口装置优先考虑和实时仿真系统在一个屏柜内连接。而接口装置通过光纤和多FACTS控制器连接，由于光纤的具有较强的抗干扰能力，从而保证多FACTS控制器的电气信号稳定、实时的传送给实时仿真系统。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。