一种电力系统实时仿真器、控制保护装置测试系统及方法与流程

本发明涉及变电站自动化技术领域，特别是涉及一种电力系统实时仿真器、控制保护装置测试系统及方法。

背景技术：

由于高压直流输电在远距离输电过程中，比起交流系统输电，经济效益好，并且没有无功稳定性的问题，因此得到的广泛的应用。在电网运行的过程中，高压直流输电系统和复杂的交流电网系统之间，以及直流系统和其他直流系统之间，均会存在各自的影响。在高压直流输电系统的建设过程中，控制保护装置是其中一个很关键的部分，控制保护装置进行动作的准确性，将严重影响电网的安全，因此在将控制保护装置投入使用之前，需要对其进行仿真测试。

现有的对控制保护装置进行仿真测试，占用大量的仿真器资源，导致仿真器相互之间通信的时延长，实时性差，只能进行简单的仿真，仿真效果差。

综上所述，如何有效地解决对控制保护装置进行仿真测试，占用大量的仿真器资源，仿真器相互之间通信的时延长，实时性差，只能进行简单的仿真，仿真效果差等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电力系统实时仿真器，该电力系统实时仿真器较大地减少了对电力系统实时仿真器的资源占用量，减小了电力系统实时仿真器相互之间通信的时延，提高了实时性，扩大了仿真规模，提高了仿真效果；本发明的另一目的是提供一种控制保护装置测试系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种电力系统实时仿真器，包括cpu芯片、第一fpga芯片及第二fpga芯片，

所述cpu芯片，用于对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并实时发送给所述第一fpga芯片；对所述反馈电网数据进行仿真计算，得到仿真结果；

所述第一fpga芯片，用于将所述一次设备实时运行数据分别实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器；将所述控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器返回的所述反馈电网数据实时发送给所述cpu芯片；

所述第二fpga芯片，用于按预设时间间隔从所述cpu芯片中读取目标电网数据，并将所述目标电网数据发送给工作站进行显示。

在本发明的一种具体实施方式中，所述cpu芯片为核数大于2的cpu芯片。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一fpga芯片具体用于按负载均衡原则将所述一次设备实时运行数据实时发送给各所述控制保护装置。

一种控制保护装置测试系统，包括：

如前所述的多个电力系统实时仿真器、与所述电力系统实时仿真器中的第一fpga芯片相连的控制保护装置、与所述电力系统实时仿真器中的第二fpga芯片相连的工作站。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一fpga芯片与所述控制保护装置通过fpga接口板卡进行通信连接。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一fpga芯片与相邻所述电力系统实时仿真器之间、所述第一fpga芯片与所述fpga接口板卡之间，均通过光纤相连。

一种控制保护装置测试方法，包括：

对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到的一次设备实时运行数据；

将所述一次设备实时运行数据通过第一fpga芯片实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器；

接收所述控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器通过所述第一fpga芯片实时返回的反馈电网数据；

对所述反馈电网数据进行仿真运算，得到仿真结果，并利用所述第二fpga芯片按预设时间间隔将目标数据发送给工作站进行显示。

在本发明的一种具体实施方式中，将所述一次设备实时运行数据通过第一fpga芯片发送给控制保护装置，包括：

按负载均衡原则将所述一次设备实时运行数据通过第一fpga芯片发送给各控制保护装置。

应用本发明实施例所提供的电力系统实时仿真器，包括cpu芯片，用于对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并实时发送给第一fpga芯片；第一fpga芯片，用于将一次设备实时运行数据分别实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器；将控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器返回的反馈电网数据实时发送给cpu芯片；第二fpga芯片，用于按预设时间间隔从cpu芯片中读取目标电网数据，并将目标电网数据发送给工作站进行显示。通过在电力系统实时仿真器中设置第一fpga芯片用于对一次设备实时运行数据、反馈电网数据等实时性要求高的传输过程进行实时仿真，设置第二fpga芯片用于对实时性要求不高的数据读取及显示过程进行非实时的仿真，相较于现有的将所有数据均通过一个fpga芯片进行仿真的方式，较大地减少了对用于实时仿真的芯片的资源占用量，减小了电力系统实时仿真器相互之间通信的时延，提高了实时性，扩大了仿真规模，提高了仿真效果。

相应的，本发明实施例还提供了与上述电力系统实时仿真器相对应的控制保护装置测试系统、方法，具有上述技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电力系统实时仿真器的一种结构框图；

图2为本发明实施例中电力系统实时仿真器的另一种结构框图；

图3为本发明实施例中一种控制保护装置测试系统的结构框图；

图4为本发明实施例中一种控制保护装置测试方法的实施流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例中电力系统实时仿真器的一种结构框图，该电力系统实时仿真器1可以包括cpu芯片11、第一fpga芯片12及第二fpga芯片13，

cpu芯片11，用于对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并实时发送给第一fpga芯片12；对反馈电网数据进行仿真计算，得到仿真结果；

第一fpga芯片12，用于将一次设备实时运行数据分别实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器1；将控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器1返回的反馈电网数据实时发送给cpu芯片11；

第二fpga芯片13，用于按预设时间间隔从cpu芯片11中读取目标电网数据，并将目标电网数据发送给工作站进行显示。

本发明实施例所提供的电力系统实时仿真器1可以包括cpu芯片11、第一fpga芯片12及第二fpga芯片13。用户可以根据需要仿真的场景，将相应的待仿真电网的网架数据和一次设备参数发送给cpu芯片11，cpu芯片11接收待仿真电网的网架数据和一次设备参数，并对接收到的仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并将一次设备实时运行数据实时发送给第一fpga芯片12。第一fpga芯片12可以与控制保护装置和相邻电网中的相邻电力系统实时仿真器1相连，第一fpga芯片12可以将接收到的一次设备实时运行数据实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器1。

控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器1可以根据接收到的一次设备实时运行数据，生成反馈电网数据，如控制保护装置可以根据一次设备实时运行数据生成相应的控制保护数据，相邻电力系统实时仿真器1可以根据一次设备实时运行数据对相邻电网造成的影响，生成影响数据。并将反馈电网数据发送给第一fpga芯片12，第一fpga芯片12实时接收控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器1返回的反馈电网数据，并将反馈电网数据实时发送给cpu芯片11。cpu芯片11可以对接收到的反馈电网数据进行仿真运算，得到仿真结果。如可以利用控制保护数据对相应仿真电网系统中的目标设备进行仿真控制，得到仿真控制结果，还可以得到仿真波形。

可以预先设置第二fpga芯片13从cpu芯片11中读取目标数据的时间间隔，第二fpga芯片13可以按照预设时间间隔读取目标数据，并发送给工作站进行显示。通过将需要进行实时仿真的一次设备实时运行数据和反馈电网数据的传输过程划分给第一fpga芯片12进行处理。将对实时性要求不高的非实时性过程，如数据读取和显示过程划分给第二fpga芯片13进行处理，使得电力系统实时仿真器1更加强大。较大地降低了对进行实时仿真处理的第一fpga芯片12的资源占用率，降低了各电力系统实时仿真器1之间的通信时延，提高了实时性，可以串联更多的仿真器1，扩大了仿真规模，提高了通信效果。

目标数据可以是cpu芯片11在仿真过程中生成的任何数据。需要说明的是，本发明实施例对第二fpga芯片13读取目标数据的时间间隔可以根据实际进行设定和调整，本发明实施例对此不做限定。

应用本发明实施例所提供的电力系统实时仿真器，包括cpu芯片，用于对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并实时发送给第一fpga芯片；第一fpga芯片，用于将一次设备实时运行数据分别实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器；将控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器返回的反馈电网数据实时发送给cpu芯片；第二fpga芯片，用于按预设时间间隔从cpu芯片中读取目标电网数据，并将目标电网数据发送给工作站进行显示。通过在电力系统实时仿真器中设置第一fpga芯片用于对一次设备实时运行数据、反馈电网数据等实时性要求高的传输过程进行实时仿真，设置第二fpga芯片用于对实时性要求不高的数据读取及显示过程进行非实时的仿真，相较于现有的将所有数据均通过一个fpga芯片进行仿真的方式，较大地减少了对用于实时仿真的芯片的资源占用量，减小了电力系统实时仿真器相互之间通信的时延，提高了实时性，扩大了仿真规模，提高了仿真效果。

在本发明的一种具体实施方式中，cpu芯片11为核数大于2的cpu芯片11。

本发明实施例所采用的cpu芯片11可以为核数大于2的cpu芯片11。通过采用多核的cpu芯片11，利用多核的cpu芯片11对接收到的待仿真电网数据进行并行计算和同步，对电网系统进行详细地建模，能够更精确地研究本高压直流输电系统与交流系统之间以及直流系统与其他直流系统之间的相互影响和关系。

在本发明的一种具体实施方式中，第一fpga芯片12具体用于按负载均衡原则将一次设备实时运行数据实时发送给各控制保护装置。

第一fpga芯片12在接收到一次设备实时运行数据之后，可以按照负载均衡原则对一次设备实时运行数据进行划分，将一次设备实时运行数据实时发送给各控制保护装置，从而可以避免反复只利用一个控制保护装置，存在相应控制保护装置的负载过大的情况。

相应于上面的电力系统实时仿真器实施例，本发明实施例还提供了一种控制保护装置测试系统，下文描述的控制保护装置测试系统与上文描述的电力系统实时仿真器可相互对应参照。

参见图3，图3为本发明实施例中一种控制保护装置测试系统的结构框图，该系统可以包括：

如前的多个电力系统实时仿真器1、与电力系统实时仿真器1中的第一fpga芯片12相连的控制保护装置2、与电力系统实时仿真器1中的第二fpga芯片13相连的工作站3。

应用本发明实施例所提供的控制保护装置测试系统，包括cpu芯片，用于对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并实时发送给第一fpga芯片；第一fpga芯片，用于将一次设备实时运行数据分别实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器；将控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器返回的反馈电网数据实时发送给cpu芯片；第二fpga芯片，用于按预设时间间隔从cpu芯片中读取目标电网数据，并将目标电网数据发送给工作站进行显示。通过在电力系统实时仿真器中设置第一fpga芯片用于对一次设备实时运行数据、反馈电网数据等实时性要求高的传输过程进行实时仿真，设置第二fpga芯片用于对实时性要求不高的数据读取及显示过程进行非实时的仿真，相较于现有的将所有数据均通过一个fpga芯片进行仿真的方式，较大地减少了对用于实时仿真的芯片的资源占用量，减小了电力系统实时仿真器相互之间通信的时延，提高了实时性，扩大了仿真规模，提高了仿真效果。

在本发明的一种具体实施方式中，第一fpga芯片12与控制保护装置2通过fpga接口板卡进行通信连接。

第一fpga芯片12可以具体通过fpga接口板卡与控制保护装置2进行通信连接。fpga接口板卡相较于其他接口板卡，较大地简化了接线，避免了连接两个接口板卡之间的线缆电压过高存在的安全隐患问题，减小了人身触电意外事故发生的概率，提高了安全性。

在本发明的一种具体实施方式中，第一fpga芯片12与相邻电力系统实时仿真器1之间、第一fpga芯片12与fpga接口板卡之间，均通过光纤相连。

第一fpga芯片12与相邻电力系统实时仿真器1之间、第一fpga芯片12与fpga接口板卡之间，均通过光纤相连。通过使用光纤进行通信连接，光纤通信具有通信容量大、传输距离远、抗电磁干扰能力强，寿命长等优点，在当前电力系统实时仿真器1生成一次设备实时运行数据之后，电力系统实时仿真器1可以快速地将反馈电网数据发送给第一fpga芯片12。并且第一fpga芯片12可以将一次设备实时运行数据快速发送给控制保护装置2，控制保护装置2及时将生成的控制保护数据返回给第一fpga芯片12，控制相应设备进行及时动作，减轻了外界因素对测试控制保护装置2的影响，提高了测试的准确性。

相应于上面的仿真器实施例，参见图4，图4为本发明实施例中一种控制保护装置测试方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

s401：对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到的一次设备实时运行数据。

s402：将一次设备实时运行数据通过第一fpga芯片实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器。

s403：接收控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器通过第一fpga芯片实时返回的反馈电网数据。

s404：对反馈电网数据进行仿真运算，得到仿真结果，并利用第二fpga芯片按预设时间间隔将目标数据发送给工作站进行显示。

应用本发明实施例所提供的控制保护装置测试方法，包括cpu芯片，用于对接收到的待仿真电网的网架数据和一次设备参数进行仿真运算，得到一次设备实时运行数据，并实时发送给第一fpga芯片；第一fpga芯片，用于将一次设备实时运行数据分别实时发送给控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器；将控制保护装置和相邻电力系统实时仿真器返回的反馈电网数据实时发送给cpu芯片；第二fpga芯片，用于按预设时间间隔从cpu芯片中读取目标电网数据，并将目标电网数据发送给工作站进行显示。通过在电力系统实时仿真器中设置第一fpga芯片用于对一次设备实时运行数据、反馈电网数据等实时性要求高的传输过程进行实时仿真，设置第二fpga芯片用于对实时性要求不高的数据读取及显示过程进行非实时的仿真，相较于现有的将所有数据均通过一个fpga芯片进行仿真的方式，较大地减少了对用于实时仿真的芯片的资源占用量，减小了电力系统实时仿真器相互之间通信的时延，提高了实时性，扩大了仿真规模，提高了仿真效果。

在本发明的一种具体实施方式中，将一次设备实时运行数据通过第一fpga芯片发送给控制保护装置，包括：

按负载均衡原则将一次设备实时运行数据通过第一fpga芯片发送给各控制保护装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的控制保护装置测试系统及方法而言，由于其与实施例公开的电力系统实时仿真器相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。