专利名称：基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台及验证方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台及验证方法。
背景技术：
在线安全稳定预警与辅助决策系统是一个全面实现电力系统广域监测、动态分析、保护和控制功能的整体解决框架，它将来自电力系统中多种数据采集系统(如基于GPS的相量测量单元PMU、SCADA和故障录波器)传送的运行信息整合处理，进行在线和离线的安全稳定分析与决策计算，为调度员提供控制决策支持，提高电力系统运行的可靠性。
实时数字仿真器(RTDS)是由加拿大曼尼托巴公司为实现实时电力系统电磁暂态仿真而专门开发制造的一种并行计算机系统。RTDS的高度并行计算能力、可扩展性以及较高的仿真精度使得其得到越来越多的认可。目前，利用RTDS进行电力系统研究技术日渐成熟，利用其进行交直流并联电网的运行分析、潮流分布计算、电网在线稳定分析和决策等诸多方面的研究。在线安全稳定预警与辅助决策系统开发和测试所需求的数据信息在传统模式下是从实际电力系统的能量管理系统EMS、广域监测系统WAMS等中采样整合而成，这种数据获取方式可得到实际电网的实时运行信息，却无法满足在线安全稳定预警与辅助决策系统开展电网安全稳定实时预警、在线辅助决策及协调防御技术深化研究的需要。一方面，为保证实际电网安全运行，不允许人为设置电网故障或扰动以验证在线安全稳定预警与辅助决策系统功能的正确性、实用性；另一方面，在线安全稳定预警与辅助决策系统给出的控制措施作用于实际电网后电网运行特性通过离线仿真手段无法获得。此外，随着电力电子技术的发展，几乎所有的电力系统新型控制设备都是基于电力电子器件，具有灵活快速的特征，这些设备的响应时间常数可以小到几十毫秒，而受通信延时及数据处理延时影响，当前通过EMS和WAMS系统整合成电网运行状态数据的周期为秒级，因此新型电子器件的短时间的动态特性数据是无法采集的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台及验证方法，实现了 RTDS与在线安全稳定预警与辅助决策系统的实时闭环连接，将RTDS中电网运行状态信息转换成在线安全稳定预警与辅助决策系统的标准E格式数据，同时将在线安全稳定预警与辅助决策系统计算得到的决策信息反馈给RTDS进行电网模型参数的实时修改，为在线安全稳定预警与辅助决策系统提供了研发环境、测试与验证环境。本发明提供的一种基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台，包括实时数字仿真器RTDS和在线安全稳定预警与辅助决策系统；所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括与路由器相连的数据处理子系统、并行计算子系统、数据存储子系统、人机交互子系统、信息发布子系统和离线分析子系统；其改进之处在于，所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括信息控制处理器；所述信息控制处理器和所述路由器连接；所述实时数字仿真器RTDS将数据通过以太网传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统，形成闭环系统。其 中，所述实时数字仿真器RTDS与所述信息控制处理器之间采用通信规约DNP3. O用于完成基于TCP/IP协议的WAN/LAN的数据通信。其中，所述信息控制处理器对所述在线安全稳定预警与辅助决策系统和所述实时数字仿真器RTDS分配网络地址，并进行通信。其中，所述信息控制处理器将从所述实时数字仿真器RTDS获得的数据进行数据信息格式化的转换后，经所述路由器传给所述数据存储子系统等；所述信息控制处理器从所述在线安全稳定预警与辅助决策系统获得的数据进行数据信息格式化的转换后传给所述实时数字仿真器RTDS。其中，所述实时数字仿真器RTDS包括IRC卡、GTNET卡和至少一个的GPC卡；所述至少一个的GPC卡相互通信后，将指定信号传给所述IRC卡，所述IRC卡将信号处理后传给所述GTNET卡；所述GTNET卡将信号传给所述信息控制处理器。其中，所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括WARMAP系统。本发明基于另一目的提供的一种基于上述验证平台的验证方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤(I)所述实时数字仿真器RTDS将仿真得到的电力系统模型的状态数据信息通过以太网传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统的所述信息控制处理器；(2)所述信息控制处理器根据分配的网络地址将接收的所述数据信息进行处理，并经路由器传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统的所述数据存储子系统等。(3)所述在线安全稳定预警与辅助决策系统对所述数据信息进行分析和计算，将得出的决策信息通过所述信息控制处理器反馈至所述实时数字仿真器RTDS ；(4)所述实时数字仿真器RTDS根据决策信息修改电力系统模型中的指定参数。其中，步骤(2)所述信息控制处理器接收数据包括如下步骤①所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡和所述信息控制处理器建立基于TCP/IP的SCOKET连接，所述信息控制处理器向所述实时数字仿真器RTDS发送指定信号的数据请求；②所述实时数字仿真器RTDS接收到数据请求后发送确认回答并将指定数据封装后进行网络发送；③所述信息控制处理器接收所述数据后进行确认回答。其中，步骤(2)所述信息控制处理器对数据信息进行处理包括如下步骤〈1>所述信息控制处理器通过调用外部函数将所述电网实时状态数据信息转换成所述在线安全稳定预警与辅助决策系统识别的数据格式，并将转换得到的数据写入相应的文件；<2>所述在线安全稳定预警与辅助决策系统调用自带数据库函数读取上述数据文件。其中，步骤(3)包括如下步骤a)所述在线安全稳定预警与辅助决策系统调用自带函数将计算分析得到的决策信息生成决策文件；b)所述信息控制处理器通过调用外部函数从上述得到的决策文件中提取出实时数字仿真器RTDS模型中需要更新的数据参数。其中，步骤(4)包括如下步 骤i)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡和所述信息控制处理器建立基于TCP/IP的SCOKET连接，信息控制主站获得实时数字仿真器RTDS的网络地址并将决策信息按DNP3. O规约封装后进行网络发送；ii)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡接收DNP3. O格式数据后返回成功接收回答；iii)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡将收到的所述DNP3. O格式数据经过解析后得到需求的决策数据；iv)所述实时数字仿真器RTDS根据所述决策数据在线修改所述电力系统模型中的指定参数。与现有技术比，本发明的有益效果为本发明用于在线安全稳定预警与辅助决策系统的开发和调试，可以实时的对电网数据进行分析和计算，同时可以快速将在线安全稳定预警与辅助决策系统给出的决策信号反馈给实时数字仿真器RTDS进行效果评估。本发明这样的信息交互，不但可直观、方便的验证控制策略的有效性，而且极大程度的优化了在线安全稳定预警与辅助决策系统的研发与测试验证模式。本发明解决了在开展电网安全稳定实时预警、在线辅助决策及协调防御技术深化研究中电网实时数据获得困难，控制策略无法有效验证的问题，在增加系统移植性和灵活性的基础上大大减少了开发成本。本发明在闭环系统中加入了信息控制处理器，其作用是处理实时数字仿真器RTDS和在线安全稳定预警与辅助决策系统之间的数据交互和格式转换等。信息控制处理器中调用特定函数可以实时处理数据请求和格式转换，真正意义上达到了实时闭环这一要求。并且本发明的闭环系统中信息控制处理器可以根据数据规模进行分批记录再合并发送，在数据交互量较大时仍然能达到要求。本发明将信息控制处理器设置于在线安全稳定预警与辅助决策系统中，其节省空间和材料。本发明设计合理，具有很强的实用性。
图I为本发明提供的基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台的结构图。图2为本发明提供的信息控制处理器通信时其内部流程图。图3为本发明提供的在线安全稳定预警与辅助决策系统与信息控制处理器通信流程图。图4为本发明提供的DNP3. O规约的格式图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本实施例提供的一种基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台，如图I所示，包括实时数字仿真器RTDS和在线安全稳定预警与辅助决策系统；所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括数据处理子系统、并行计算子系统、数据存储子系统、人机交互子系统、信息发布子系统和离线分析子系统；所述数据处理子系统、并行计算子系统、数据存储子系统、人机交互子系统、信息发布子系统和离线分析子系统均与路由器连接，实现并行通信；所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括信息控制处理器；所述信息控制处理器和所述路由器连接；所述实时数字仿真器RTDS与所述信息控制处理器之间通过以太网并采用通信规约DNP3. O完成基于TCP/IP协议的WAN/LAN的数据通信。所述信息控制处理器对所述在线安全稳定预警与辅助决策系统和所述实时数字仿真器RTDS分配网络地址，然后所述信息控制处理器将从所述实时数字仿真器RTDS获得 的数据进行数据信息格式化的转换后，经路由器传给所述数据存储子系统等，所述在线安全稳定预警与辅助决策系统在将分析后得到的决策文件传给所述信息控制处理器，经过一次逆转换，实现了所述在线安全稳定预警与辅助决策系统和所述实时数字仿真器RTDS通信，并形成了闭环系统。其中信息控制处理器对于网络地址的分配与通信连接目的在于明确数据通信时的信息源地址与目的地址，实时数字仿真器RTDS和在线安全稳定预警与辅助决策系统基于TCP/IP协议建立SOCKET通信连接。当信息控制处理器向实时数字仿真器RTDS请求状态数据时，实时数字仿真器RTDS的通信板卡GTNET卡IP地址作为源地址，信息控制主站IP地址作为目的地址；当信息控制主站向实时数字仿真器RTDS发送决策信息数据时，信息控制主站IP地址作为源地址，实时数字仿真器RTDS的通信板卡GTNET卡IP地址作为目的地址。如图4所示，为DNP3. O规约的格式图。DNP3. O格式数据信息的封装与解析在实时数字仿真器RTDS和在线安全稳定预警与辅助决策系统通讯时数据类型包括模拟状态量和开关信号控制量，DNP3. O协议封装完成的工作主要是根据实际数据交互过程中源站的需求将数据组装成DNP3. O规约格式并以TCP/IP协议进行数据打包后在网络中进行传输，DNP3. O协议解析完成的主要工作是网络中传输的数据信息到达指定目的站后将数据包中DNP3. O数据的需求数据信息提取出来。所述实时数字仿真器RTDS包括并联的IRC卡、GTNET卡和至少一个的GPC卡；η个(η为整数)的GPC卡并联且相互通信后，将处理的信号传给所述IRC卡，所述IRC卡将信号处理后传给所述GTNET卡；所述GTNET卡将信号传给所述信息控制处理器。所述在线安全稳定预警与辅助决策系统可采用WARMAP系统。本实施例的与路由器相连的数据处理子系统、并行计算子系统、数据存储子系统、人机交互子系统、信息发布子系统和离线分析子系统均通过服务器和相应的程序实现其功倉泛。针对本实施例的验证平台，本实施例提供一种对应的试验方法，所述方法包括如下步骤(I)所述实时数字仿真器RTDS将仿真得到的电力系统模型的状态数据信息通过以太网传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统的所述信息控制处理器；实时数字仿真器RTDS与在线安全稳定预警与辅助决策系统的信息控制处理器之间通过以太网并采用通信规约DNP3. O完成基于TCP/IP协议的WAN/LAN的数据通信。(2)所述信息控制处理器根据分配的网络地址将接收的所述数据信息进行处理，并传给所述数据存储子系统，进行存储与信息处理；其中
信息控制处理器接收数据包括如下步骤(如图2所示)①所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡和所述信息控制处理器建立基于TCP/IP的SCOKET连接，所述信息控制处理器向所述实时数字仿真器RTDS发送指定信号(例如RTDS中某点的电压值、电流值或功角值等，其参数值为指定参数，且指定信号根据决策系统 确定)的数据请求；②所述实时数字仿真器RTDS接收到数据请求后发送确认回答并将指定数据封装后进行网络发送；③所述信息控制处理器接收所述数据后进行确认回答。信息控制处理器对数据信息进行处理包括如下步骤〈1>所述信息控制处理器通过调用外部函数将所述电网实时状态数据信息转换成所述在线安全稳定预警与辅助决策系统识别的数据格式，并将转换得到的数据写入相应的文件；<2>所述在线安全稳定预警与辅助决策系统调用自带数据库函数读取上述数据文件。(3)所述在线安全稳定预警与辅助决策系统对所述数据信息进行分析和计算，将得出的决策信息通过所述信息控制处理器反馈至所述实时数字仿真器RTDS ；其包括如下步骤a)所述在线安全稳定预警与辅助决策系统先对数据库进行刷新，再调用自带函数将计算分析得到的决策信息生成决策文件；b)所述信息控制处理器通过调用外部函数从上述得到的决策文件中提取出实时数字仿真器RTDS模型中需要更新的数据参数。并将其格式转换成实时数字器RTDS可识别的格式后发给所述实时数字仿真器RTDS ；(4)所述实时数字仿真器RTDS根据决策信息修改电力系统模型中的指定参数。其包括如下步骤i)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡和所述信息控制处理器建立基于TCP/IP的SCOKET连接，信息控制主站获得实时数字仿真器RTDS的网络地址并将决策信息按DNP3. O规约封装后进行网络发送；ii)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡接收DNP3. O格式数据后返回成功接收回答；iii)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡将收到的所述DNP3. O格式数据经过解析后得到需求的决策数据；iv)所述实时数字仿真器RTDS根据所述决策数据在线修改电力系统模型中的指
定参数。
根据步骤(4 )修改后的电力系统状态数据，其可在循环步骤(I)-步骤(4 )进行二次修订或者多次修订。本实施例的信息控制处理器与实时数字仿真器RTDS其内部通信流程如图2所示，图中，信息控制处理器内部需要对所传的数据进行报文解析和报文封装；信息控制处理器与在线安全稳定预警与辅助决策系统通信流程如图3所示；综上诉述，其均是通过信息控制处理器完成数据格式转化，实现实时数字仿真器RTDS与在线安全稳定预警与辅助决策系统之间的通信。本发明通过在实时数字仿真器RTDS中建立电力系统的精确模型，使其仿真得到的结果真实的反映电力系统实际状态，同时将在线安全稳定预警与辅助决策系统与实时数字仿真器RTDS系统通过以太网连接成物理闭环，通过该系统解决了在开展电网安全稳定实时预警、在线辅助决策及协调防御技术深化研究中电网实时数据获得困难，控制策略无法有效验证的问题，为在线安全稳定预警与辅助决策系统提供了研发环境、测试与验证环境。
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.ー种基于实时数字仿真器的电カ系统闭环验证平台，包括实时数字仿真器RTDS和在线安全稳定预警与辅助决策系统；所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括与路由器相连的数据处理子系统、并行计算子系统、数据存储子系统、人机交互子系统、信息发布子系统和离线分析子系统；其特征在于，所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括信息控制处理器；所述信息控制处理器和所述路由器连接； 所述实时数字仿真器RTDS将数据通过以太网传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统，形成闭环系统。
2.如权利要求I所述的电力系统闭环验证平台，其特征在于，所述实时数字仿真器RTDS与所述信息控制处理器之间采用通信规约DNP3. O用于完成基于TCP/IP协议的WAN/LAN的数据通信。
3.如权利要求I所述的电力系统闭环验证平台，其特征在于，所述信息控制处理器对所述在线安全稳定预警与辅助决策系统和所述实时数字仿真器RTDS分配网络地址，并进行通信。
4.如权利要求I所述的电力系统闭环验证平台，其特征在于，所述信息控制处理器将从所述实时数字仿真器RTDS获得的数据进行数据信息格式化的转换后，经所述路由器传给所述数据存储子系统； 所述信息控制处理器从所述在线安全稳定预警与辅助决策系统获得的数据进行数据信息格式化的转换后传给所述实时数字仿真器RTDS。
5.如权利要求I所述的电力系统闭环验证平台，其特征在于，所述实时数字仿真器RTDS包括IRC卡、GTNET卡和至少ー个的GPC卡； 所述至少ー个的GPC卡相互通信后，将指定信号传给所述IRC卡，所述IRC卡将信号处理后传给所述GTNET卡；所述GTNET卡将信号传给所述信息控制处理器。
6.如权利要求I所述的电力系统闭环验证平台，其特征在于，所述在线安全稳定预警与辅助决策系统包括WARMAP系统。
7.ー种基于权利要求1-6任一所述的验证平台的验证方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)所述实时数字仿真器RTDS将仿真得到的电カ系统模型的状态数据信息通过以太网传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统的所述信息控制处理器； (2)所述信息控制处理器根据分配的网络地址将接收的所述数据信息进行处理，并传给所述在线安全稳定预警与辅助决策系统的所述路由器。
(3)所述在线安全稳定预警与辅助决策系统对所述数据信息进行分析和计算，将得出的决策信息通过所述信息控制处理器反馈至所述实时数字仿真器RTDS ； (4)所述实时数字仿真器RTDS根据决策信息修改电カ系统模型中的指定參数。
8.如权利要求7所述的验证方法，其特征在于，步骤(2)所述信息控制处理器接收数据包括如下步骤 ①所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡和所述信息控制处理器建立基于TCP/IP的SCOKET连接，所述信息控制处理器向所述实时数字仿真器RTDS发送指定信号的数据请求； ②所述实时数字仿真器RTDS接收到数据请求后发送确认回答并将指定数据封装后进行网络发送；③所述信息控制处理器接收所述数据后进行确认回答。
9.如权利要求7所述的验证方法，其特征在于，步骤(2)所述信息控制处理器对数据信息进行处理包括如下步骤 〈1>所述信息控制处理器通过调用外部函数将所述电网实时状态数据信息转换成所述在线安全稳定预警与辅助决策系统识别的数据格式，并将转换得到的数据写入相应的文件； 〈2>所述在线安全稳定预警与辅助决策系统调用数据库函数读取上述数据文件。
10.如权利要求7所述的验证方法，其特征在于，步骤(3)包括如下步骤 a)所述在线安全稳定预警与辅助决策系统调用函数将计算分析得到的决策信息生成决策文件； b)所述信息控制处理器通过调用外部函数从上述得到的决策文件中提取出实时数字仿真器RTDS模型中需要更新的数据參数。
11.如权利要求7所述的验证方法，其特征在于，步骤(4)包括如下步骤 i)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡和所述信息控制处理器建立基于TCP/IP的SCOKET连接，信息控制主站获得实时数字仿真器RTDS的网络地址并将决策信息按DNP3. 0规约封装后进行网络发送； ii)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡接收DNP3.0格式数据后返回成功接收回答； iii)所述实时数字仿真器RTDS的GTNET卡将收到的所述DNP3.0格式数据经过解析后得到需求的决策数据； iv)所述实时数字仿真器RTDS根据所述决策数据在线修改所述电カ系统状态数据的指定參数。
全文摘要
本发明公开了基于实时数字仿真器的电力系统闭环验证平台及试验方法，平台包括实时数字仿真器和在线安全稳定预警与辅助决策系统；在线安全稳定预警与辅助决策系统包括与路由器相连的数据处理子系统、并行计算子系统、数据存储子系统、人机交互子系统、信息发布子系统和离线分析子系统；本发明的在线安全稳定预警与辅助决策系统还包括信息控制处理器，其和路由器连接；实时数字仿真器将数据通过以太网传给在线安全稳定预警与辅助决策系统，实现彼此间的通信。本发明这样的信息交互，不但直观、方便的验证控制策略的有效性，而且优化了在线安全稳定预警与辅助决策系统的研发与测试验证模式；且本发明设计合理，具有很强的实用性。
文档编号G06F17/50GK102760192SQ20121024460
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者宋晓芳, 常康, 方勇杰, 李吉晨, 田苑, 薛峰, 薛禹胜 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网电力科学研究院