专利名称：Rtds-ems系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法
技术领域：
本发明属于电力系统调度自动化技术领域，尤其涉及一种RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法。
背景技术：
全球能源资源短缺和电网大规模发展的现状，促使新能源并网发电和各种新算法的出现。这些新技术和新能源的投入使用需要建立在电网安全稳定的基础上，因此针对这些新方向的入网检测是目前亟待解决的问题，但直接基于实际系统做研究势必会给电网运行带来不可预测的影响。在新算法的调试中，目前经常使用的仿真环境是离线的，这些仿真环境虽然对新算法可行性的测试是有效的，但是基于实时系统的调试结果是不可见的。解决上述问题的方法之一是建立与实际电网实时运行一致的研究与测试环境。由于RTDS(Real Time Digital Simulator,实时数字仿真器)仿真系统能逼真地模拟实际电力系统的 状态，同时由于被试设备直接连接到仿真系统，和在实际系统中运行一样，RTDS系统在电力系统实际装置闭环试验中有了广泛应用。但从国内外文献看，目前还没有实现RTDS系统级闭环控制。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，模拟不同控制中心的实时断面采样时刻不一致现象，为开发实用化分布式状态估计计算系统提供条件。为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述方法包括步骤I :对原型等值系统进行简化等值处理，从而获得等值系统，并在实时数字仿真器RTDS系统上搭建等值系统的仿真模型；步骤2 :在能源管理系统EMS中绘制与所述等值系统对应的实际设备接线图，即EMS网络模型；步骤3 获取RTDS仿真模型的仿真基态；步骤4 :安装网络通讯接口卡GTNET，搭建RTDS数据输入输出接口 DNP模块，在能源管理系统EMS侧配置前置系统FES的网络运行参数；步骤5 :设计开发规约转换器，开发接口函数，实现实时数字仿真器RTDS和能源管理系统EMS之间的信息交互；所述规约转换器用于实现实时数字仿真器RTDS数据和能源管理系统EMS数据之间的格式转换；步骤6 :虚拟出多个远程终端RTU，使远程终端RTU与等值系统中的厂站一一对应，控制虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS之间的连接；步骤7 :设计开发实时数据存储控制发生器，设置数据触发延时，模拟实际电网中不同控制中心采样时刻不一致的情形。
所述步骤3具体包括步骤301 :从原型实际系统的BPA格式或EMS格式潮流数据文件中获取与EMS网络模型相匹配的量测数据；步骤302 :将步骤301获得的量测数据经EMS系统的实时数据网络接口写入EMS实时库；步骤303 :结合EMS网络模型进行状态估计；步骤304 :将步骤303所得的状态估计结果经EMS系统的实时数据网络接口取出，作为数据基态送入RTDS仿真模型。所述步骤4具体包括步骤401 :统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK需要通信的数据量，确 定网络通讯接口卡GTNET的安装位置；步骤402 :在安装有网络通讯接口卡GTNET的计算单元RACK上加入RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块；在与装有网络通讯接口卡GTNET的计算单元RACK直接通信的所有计算单元RACK上添加串行器模块；其中，不含RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块和串行器模块的计算单元RACK上的监视变量，通过输出元件传送到含有RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块或串行器模块的计算单元RACK上；步骤403 :为每个RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块配置一个点映射文件RTDS_DNP,定义通过RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块输入输出RTDS的所有变量，并描述各个变量和RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块的点号地址之间的映射关系；
步骤404 :通过前置系统FES配置等值厂站通道规约类型、网络类型以及各变量的点号和通道号。所述步骤5具体包括步骤501 :根据所用到的模拟状态量、数字状态量、模拟控制量和数字控制量四种数据对象类型，设计四个接口函数，分别用以读取模拟和二进制数据量以及写入模拟和二进制数据对象；步骤502 :根据所述四种数据对象类型及IEC104协议的工作流程，设计用于实现RTDS数据和能源管理系统EMS控制指令的解析和封装的接口函数。所述步骤6具体是步骤601 :实时显示各个虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS主站的连接情况；步骤602 :利用Socket套接字编程实现虚拟远程终端RTU所在工作站与实时数字仿真器RTDS和能源管理系统EMS之间的通信连接；步骤603 :建立多个相互独立的线程，每个线程控制一个虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS之间的连接。所述步骤7具体包括步骤701 :实现实时数据采集起始时刻、采集时间间隔和上送时刻界面可控；步骤702 :实现RTDS仿真模型运行时的数据上送可控，按设定的数据采集起始时刻和时间间隔，从RTDS仿真器获取数据断面，生成以发生时刻命名的数据文件并存储在数据库，待到达指定时间延迟后，从数据库中顺序读取存放在数据缓存区；步骤703 :实现RTDS仿真模型运行停止时的数据上送可控，编写用于选择数据源的进程，将选定的数据断面按设定的数据采集起始时刻和时间间隔顺序读取存放在数据缓存区。本发明可以虚拟出多个远程终端RTU，通过自主开发设计的规约转换器和实时数据存储控制发生器，建立并控制其与EMS系统之间的连接，从RTDS系统获取仿真数据，作为厂站端遥信、遥测量送至EMS系统，并将来自EMS系统的遥控、遥调指令，送至RTDS系统，支持RTDS-EMS之间的双向数据流，实现RTDS-EMS系统级闭环控制；同时通过增设EMS系统和配置广域网模拟设备，还可以搭建实验室模拟分布式状态估计实验测试环境。
图I是RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法流程图；图2是RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台功能结构图； 图3是RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台硬件结构示意图；图4是本发明提供的实验室模拟分布式状态估计硬件测试环境示意图；图5是本发明提供的RTDS运行时控制实时数据存储发生器实现人为控制数据上送时延的流程图；图6是本发明提供的RTDS运行停止时控制实时数据存储发生器实现人为控制数据上送时延的流程图；图7是本发明提供的RTDS-EMS之间双向数据流的实现流程图；图8是本发明提供的虚拟RTU功能实现流程图。
具体实施例方式下面结合附图，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。实施例I图I是RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法流程图，图2是RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台功能结构图。参考图I和图2，本发明提供的RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法包括步骤I :在实时数字仿真器RTDS系统上搭建仿真模型；对原型实际系统进行简化等值处理，从而获得等值系统，并在实时数字仿真器RTDS系统上搭建等值系统的仿真模型。步骤2 :在能源管理系统EMS中绘制与所述等值厂站对应的实际设备接线图，即EMS网络模型。步骤3 获取RTDS仿真模型的仿真基态。步骤301 :从原型实际系统的BPA格式或EMS格式潮流数据文件中获取与EMS网络模型相匹配的量测数据。步骤302 :将步骤301获得的量测数据经EMS系统的实时数据网络接口写入EMS实时库。步骤303 :结合EMS网络模型进行状态估计。步骤304 :将步骤303所得的状态估计结果经EMS系统的实时数据网络接口取出，作为数据基态送入RTDS仿真模型。步骤4 :安装网络通讯接口卡GTNET，搭建RTDS数据输入输出接口 DNP模块，在能源管理系统EMS侧配置前置系统FES的网络运行参数。步骤401 :统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK需要通信的数据量，确定网络通讯接口卡GTNET的安装位置。在实际应用中，通信的变量通常以模拟信号状态量为主，因此为提高通信效率，预安装GTNET卡的RACK应满足首先，与该RACK通过IRC (Inter-Rack Communi cationCard，层间通信卡)卡直接通信的所有RACK (包含该RACK)上参与通信的模拟信号状态量的数量总和应尽可能的大；其次，该RACK本身参与通信的模拟信号状态量尽可能的大。
步骤402 :在安装有网络通讯接口卡GTNET的计算单元RACK上加入RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块；在与装有网络通讯接口卡GTNET的计算单元RACK直接通信的 所有计算单元RACK上添加串行器模块；其中，不含RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块和串行器模块的计算单元RACK上的监视变量，通过输出元件传送到含有RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块或串行器模块的计算单元RACK上。步骤403 :为每个RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块配置一个点映射文件RTDS_DNP,定义通过RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块输入输出RTDS的所有变量，并描述各个变量和RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块的点号地址之间的映射关系。步骤404 :通过前置系统FES配置等值厂站通道规约类型、网络类型以及各变量的点号和通道号。步骤5 :设计开发规约转换器，开发接口函数，实现实时数字仿真器RTDS和能源管理系统EMS之间的信息交互。所述规约转换器用于实现实时数字仿真器RTDS数据和能源管理系统EMS数据之间的格式转换。步骤501 :基于DNP3. O开发数据接口，根据所用到的模拟状态量、数字状态量、模拟控制量和数字控制量四种数据对象类型，设计四个接口函数，分别用以读取模拟和二进制数据量以及写入模拟和二进制数据对象。步骤502 :基于IEC104开发数据接口，根据所述四种数据对象类型及IEC104协议的工作流程，设计用于实现RTDS数据和能源管理系统EMS控制指令的解析和封装的接口函数。 步骤6 :虚拟出多个远程终端RTU，使远程终端RTU与等值厂站一一对应，控制虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS之间的连接。步骤601 :基于Microsoft Visual C++6. O的软件编程环境，结合RTDS仿真模型中的等值厂站信息，在界面上罗列出各虚拟RTU，并配备状态指示灯，用于实时显示各虚拟RTU与主站(即EMS系统)的连接情况。步骤602 :基于Microsoft Visual C++6. O的软件编程环境，利用Socket套接字编程实现虚拟RTU所在工作站与RTDS和EMS之间的通信连接。步骤603 :为实现多个虚拟RTU与EMS系统之间的并发处理，建立多个相互独立的线程，控制各虚拟RTU与EMS系统之间的连接，具体实现流程如图8所示。步骤7 :设计开发实时数据存储控制发生器，设置数据触发延时，模拟实际电网中不同控制中心采样时刻不一致的情形。
步骤701 :实现实时数据采集起始时刻、采集时间间隔和上送时刻界面可控。步骤702 :实现RTDS仿真模型运行时的数据上送可控，按设定的数据采集起始时刻和时间间隔，从RTDS仿真器获取数据断面，生成以发生时刻命名的数据文件并存储在数据库，待到达指定时间延迟后，从数据库中顺序读取存放在数据缓存区，具体实现流程如图5所示。步骤703 :实现RTDS仿真模型运行停止时的数据上送可控，编写用于选择数据源的进程，将选定的数据断面按设定的数据采集起始时刻和时间间隔顺序读取存放在数据缓存区，具体实现流程如图6所示。实施例2下面以云南电网模型为例，说明本发明具体实施方案。云南电网RTDS仿真模型系统结构信息如表I和表2所不。其中，表I为云南电网 RTDS仿真模型系统规模信息表，表2为云南电网RTDS仿真模型与EMS对比信息表。
权利要求
1.一种RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述方法包括 步骤I :对原型实际系统进行简化等值处理，从而获得等值系统，并在实时数字仿真器RTDS系统上搭建等值系统的仿真模型； 步骤2 :在能源管理系统EMS中绘制与所述等值模型对应的实际设备接线图，即EMS网络模型； 步骤3 :获取RTDS仿真模型的仿真基态； 步骤4 :安装网络通讯接口卡GTNET，搭建RTDS数据输入输出接口 DNP模块，在能源管理系统EMS侧配置前置系统FES的网络运行参数； 步骤5 :设计开发规约转换器，开发接口函数，实现实时数字仿真器RTDS和能源管理系统EMS之间的信息交互；所述规约转换器用于实现实时数字仿真器RTDS数据和能源管理系统EMS数据之间的格式转换； 步骤6 :虚拟出多个远程终端RTU，使远程终端RTU与等值系统中的厂站一一对应，控制虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS之间的连接； 步骤7:设计开发实时数据存储控制发生器，设置数据触发延时，模拟实际电网中不同控制中心采样时刻不一致的情形。
2.根据权利要求I所述的RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述步骤3具体包括 步骤301 :从原型实际系统的BPA格式或EMS格式潮流数据文件中获取与EMS网络模型相匹配的量测数据； 步骤302 :将步骤301获得的量测数据经EMS系统的实时数据网络接口写入EMS实时库； 步骤303 :结合EMS网络模型进行状态估计； 步骤304 :将步骤303所得的状态估计结果经EMS系统的实时数据网络接口取出，作为数据基态送入RTDS仿真模型。
3.根据权利要求I或2所述的RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述步骤4具体包括 步骤401 :统计各个实时数字仿真器RTDS的计算单元RACK需要通信的数据量，确定网络通讯接口卡GTNET的安装位置； 步骤402 :在安装有网络通讯接口卡GTNET的计算单元RACK上加入RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块；在与装有网络通讯接口卡GTNET的计算单元RACK直接通信的所有计算单元RACK上添加串行器模块；其中，不含RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块和串行器模块的计算单元RACK上的监视变量，通过输出元件传送到含有RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块或串行器模块的计算单元RACK上； 步骤403 :为每个RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块配置一个点映射文件RTDS_DNP,定义通过RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块输入输出RTDS的所有变量，并描述各个变量和RTDS数据输入输出接口 GTNET_DNP模块的点号地址之间的映射关系； 步骤404 :通过前置系统FES配置等值厂站通道规约类型、网络类型以及各变量的点号和通道号。
4.根据权利要求3所述的RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述步骤5具体包括 步骤501 :根据所用到的模拟状态量、数字状态量、模拟控制量和数字控制量四种数据对象类型，设计四个接口函数，分别用以读取模拟和二进制数据量以及写入模拟和二进制数据对象； 步骤502 :根据所述四种数据对象类型及IEC104协议的工作流程，设计用于实现RTDS数据和能源管理系统EMS控制指令的解析和封装的接口函数。
5.根据权利要求4所述的RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述步骤6具体包括 步骤601 :实时显示各个虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS主站的连接情况；步骤602 :利用Socket套接字编程实现虚拟远程终端RTU所在工作站与实时数字仿真器RTDS和能源管理系统EMS之间的通信连接； 步骤603 :建立多个相互独立的线程，每个线程控制一个虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS之间的连接。
6.根据权利要求5所述的RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法，其特征是所述步骤7具体包括 步骤701 :实现实时数据采集起始时刻、采集时间间隔和上送时刻界面可控； 步骤702 :实现RTDS仿真模型运行时的数据上送可控，按设定的数据采集起始时刻和时间间隔，从RTDS仿真器获取数据断面，生成以发生时刻命名的数据文件并存储在数据库，待到达指定时间延迟后，从数据库中顺序读取存放在数据缓存区； 步骤703 :实现RTDS仿真模型运行停止时的数据上送可控，编写用于选择数据源的进程，将选定的数据断面按设定的数据采集起始时刻和时间间隔顺序读取存放在数据缓存区。
全文摘要
本发明公开了电力系统调度自动化技术领域中的一种RTDS-EMS系统级闭环控制实验仿真平台搭建方法。包括实时数字仿真器RTDS系统上搭建等值系统的仿真模型；在能源管理系统EMS中绘制网络模型；获取RTDS仿真模型的仿真基态；配置数据接口；设计开发规约转换器，实现实时数字仿真器RTDS和能源管理系统EMS之间的信息交互；虚拟出多个远程终端RTU，控制虚拟远程终端RTU与能源管理系统EMS之间的连接;设计开发实时数据存储控制器，用于模拟实际电网中不同控制中心采样时刻不一致的情形。本发明实现了RTDS-EMS系统级闭环控制。
文档编号H02J3/00GK102820649SQ201210301119
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年4月9日
发明者张海波, 葛丹丹 申请人:华北电力大学