CN105446165A - 一种lcc型直流输电仿真***和一种现场层设备模拟装置 - Google Patents

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李少华
苏匀
李泰�
荆雪记
彭忠
胡永昌
苏进国
周金萍
李艳梅
孔令凯
张爱玲
郭宏光
王柏恒
任大新
杨健
张又珺
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Abstract

本发明涉及一种LCC型直流输电仿真***和一种现场层设备模拟装置，该仿真***包括现场层设备模拟装置和实时数字仿真器，现场层设备模拟装置包括工控机、内插在工控机上的用于与待检控制保护设备进行信息交互的现场总线卡和用于与实时数字仿真器进行信息交互的数据采集卡，现场总线卡与数据采集卡通过PCI总线连接。以通用工控机和PCI板卡为硬件平台，涵盖多种数据通信方式，增加了***的柔性，可以实现不同厂家、不同技术路线的LCC型直流输电现场层设备的模拟，实现了对现场层设备的准确模拟，更全面地检测LCC型直流输电***的性能。

Description

一种LCC型直流输电仿真***和一种现场层设备模拟装置
技术领域
本发明涉及一种LCC型直流输电仿真***和一种现场层设备的模拟装置，属于LCC型直流输电的仿真领域。
背景技术
国内的LCC型直流输电实时仿真***通常采用RealTimeDigitalSimulator(RTDS)来模拟交直流一次***，并与直流控制保护***组成闭环***，RTDS的全实时特性为研究直流输电***的电磁暂态现象提供了有效途径。
在LCC型直流输电***中，LCC型直流输电***的控制保护设备在运往实际现场前，都需在生产厂内预先进行***仿真试验，使用现场层设备与该控制保护设备连接来检测控制保护设备的性能。由于LCC型直流输电***技术密集，现场层设备太多，所以现场层设备无法参与厂内试验，但为了考查整个直流输电***控制保护设备的性能，保持试验程序与现场实际运行程序的一致性，又需要模拟现场层设备的功能。此外，目前电网公司在试验室针对各实际LCC型直流输电工程都建有其试验仿真***，同样由于直流现场层设备太多，不可能在仿真***中以实物形成出现，为保持直流控制保护程序的完整性和一致性，只能通过模拟的方法来实现。
目前，现有技术研究中对于LCC型直流输电现场层设备的模拟方法和模拟***并没有涉及，现有技术中仅对特定的直流输电工程有部分应用，且存在众多不足，在线调试极不方便，大大限制了LCC型直流输电技术的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种LCC型直流输电仿真***，用以解决现有技术中并没有一种有效的LCC型直流输电现场层设备的模拟***的问题。本发明同时提供一种现场层设备的模拟装置。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种LCC型直流输电仿真***，包括现场层设备模拟装置和用于模拟交直流一次***的实时数字仿真器，所述现场层设备模拟装置包括工控机、内插在工控机上的用于与待检控制保护设备进行信息交互的现场总线卡和用于与实时数字仿真器进行信息交互的数据采集卡，所述现场总线卡通过现场总线与待检控制保护设备相连，所述数据采集卡通信连接所述实时数字仿真器，所述现场总线卡与所述数据采集卡通过PCI总线连接。
所述工控机内部运行有现场层设备数字模型，所述现场层设备数字模型用于模拟对应的现场层设备，提供对应现场层设备的模拟参数。
所述工控机利用图形化引擎编程软件，以堆积木的形式来开发设计现场层模拟装置的应用程序，现场层设备数字模型输出的模拟参数通过该图形化引擎编程软件来设置、调试和在线监视。
所述仿真***中包括若干个所述现场层模拟装置，所述现场层模拟装置之间通过局域网进行连接。
现场总线卡接收控制保护设备下发的开关分合闸命令，对应的所述数字模型根据接收的开关分合闸命令进行相应倒闸模拟操作，现场层设备模拟装置把所述开刀闸状态连同数据采集卡采集到的各种模拟量、数字量打包成现场总线报文，上传给控制保护设备；数据采集卡采集交直流***中的交流电流、电压、直流电流、电压信号及某些开关刀闸状态信息，同时把从现场总线接收到的开关刀闸分合命令发给所述实时数字仿真器。
所述实时数字仿真器为RTDS实时仿真仪。
一种现场层设备模拟装置，包括工控机、内插在工控机上的用于与待检控制保护设备进行信息交互的现场总线卡和用于与实时数字仿真器进行信息交互的数据采集卡，所述现场总线卡与所述数据采集卡通过PCI总线连接。
所述工控机内部运行有现场层设备数字模型，所述现场层设备数字模型用于模拟对应的现场层设备，提供对应现场层设备的模拟参数。
所述工控机利用图形化引擎编程软件，以堆积木的形式来开发设计现场层模拟装置的应用程序，现场层设备数字模型输出的模拟参数通过该图形化引擎编程软件来设置、调试和在线监视。
现场总线卡接收控制保护设备下发的开关分合闸命令，对应的所述数字模型根据接收的开关分合闸命令进行相应倒闸模拟操作，现场层设备模拟装置把所述开刀闸状态连同数据采集卡采集到的各种模拟量、数字量打包成现场总线报文，上传给控制保护设备；数据采集卡采集交直流***中的交流电流、电压、直流电流、电压信号及某些开关刀闸状态信息，同时把从现场总线接收到的开关刀闸分合命令发给所述实时数字仿真器。
对于LCC型换流器数量庞大的就地现场层测量控制设备，可采用本发明提供的仿真***以及现场层设备模拟装置来减少仿真设备的数量、保持直流控制保护软件的完整性和一致性。
以通用工控机和PCI板卡为硬件平台，涵盖多种数据通信方式，增加了***的柔性，可以实现不同厂家、不同技术路线的LCC型直流输电现场层设备的模拟，实现了对现场层设备的准确模拟，更全面地检测LCC型直流输电***的性能。
附图说明
图1是LCC型直流输电仿真***结构示意图；
图2是现场层设备模拟装置结构示意图；
图3是现场层设备模拟装置的具体实施流程图；
图4是现场层设备模拟装置中的模拟程序的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
LCC型直流输电仿真***实施例
如图1所示，LCC型直流输电仿真***包括运行人员控制层设备、控制层设备(控制保护设备)、现场层设备模拟装置和RTDS实时仿真仪，RTDS实时仿真仪用于模拟交直流一次***。
直流输电***中的直流现场层的测控设备通过现场层设备模拟装置来模拟，具体为：在现场层设备模拟装置中设置有专门开发的数字模型，以此模型来对应模拟真实的现场层测控设备，一个数字模型对应着一个现场层设备。另外，在需要模拟多个现场层测控设备的情况下，现场层设备模拟装置可以设置多个。在本实施例中，各个现场层设备模拟装置按照功能分区，并通过局域网连接在一起。工作人员可以通过远程登陆或就地进行控制和监视。
任意一个现场层设备模拟装置中，如图2所示，包括一个通用工控机，该工控机含有PCI插槽，在插槽内插有PCI板卡，PCI板卡根据不同的LCC型直流输电控制保护平台路线和数据通讯协议进行选配。一个工控机上的PCI板卡分为现场总线卡和数据采集卡，现场总线卡用于与控制保护设备进行信息交互，数据采集卡用于与RTDS实时仿真仪进行信息交互，RTDS实时仿真仪用于模拟交直流一次***。一个工控机中的现场总线卡和数据采集卡通过工控机内部的PCI总线进行信息交互。现场总线卡通过现场总线(如CAN、Profibus、TDM等)与控制保护设备进行通信，数据采集卡通过硬接线与RTDS实时仿真仪进行通信。
由于LCC型直流控制层设备(控制保护设备)与现场层设备通信协议的不同，可以选择不同的现场总线卡，而数据采集卡与RTDS实时仿真仪之间交互的信息主要是一些开入、开出及模拟量输入、输出信号。
工控机中设置有对应的现场层设备的模拟程序，模拟程序通过专用的图形化引擎编程软件来编写、调试及在线监视。现场总线卡的主要工作过程是接收上层控制保护设备下发的开关分合闸命令，模拟程序中的开关断路器等数字模型根据接收的命令进行相应倒闸操作模拟，并返回最后的开关断路器状态，最后现场层设备模拟装置把这些开刀闸状态连同通过数据采集卡采集到的各种模拟量、数字量打包成标准的现场总线报文，上传给上层的控制保护设备。
现场层设备模拟装置向下以硬接线方式与RTDS实时仿真仪通信，主要工作过程是通过数据采集卡(模拟量输入/输出，数字量输入/输出卡)采集交直流场必要的一些交流电流、电压，直流电流、电压信号及关键的开关刀闸状态信息，同时还负责把从现场总线接收到的开关刀闸分合命令以开出的方式发给RTDS实时仿真仪。
上述已对LCC型直流输电实时仿真***中现场层设备模拟装置中的硬件结构进行了描述，而支持该仿真***的功能运行的软件程序则使用自主研发的专业***集成开发环境进行开发，该元件程序设置在工控机中，通过工控机实现其功能。专业***集成开发环境是利用C#编程语言来开发实现的，C#编程语言是面向对象的程序设计语言，利用其继承和多态等特性，采用事件驱动的广式，大大降低程序的开发难度。图3是LCC型直流输电实时仿真***中现场层设备模拟装置的具体实施流程图，其中，图形化集成开发环境的具体实施方法如下如述：
1、根据现场层模拟装置要完成的功能，对图形化引擎的编程软件提出详细的可行性分析及需求分析。
2、根据可行性及需求分析，进行类设计，对数据进行封装。主要设计的数据类型有应用程序类、页面程序类、底层驱动功能块类、输入引脚类、输出引脚类。
3、设计一套规则用来记录各底层驱动功能块的输入输出连接关系。
4、设计一套底层驱动功能块的排序规则及应用程序代码生成原则。
5、添加纠错排错、在线调试、在线监视等功能。
6、设计底层驱动功能块的外观及其对应的实际源程序代码。
7、应用设计好的底层驱动功能块进行现场层模拟器的应用程序的开发设计。
根据已开发好的现场层设备数字模型和底层驱动控制功能块，利用上述图形化引擎编程软件，以堆积木的形式来开发设计现场层模拟装置的应用程序。
图4是现场层设备模拟装置中的模拟程序的流程图，它是一个周期性中断服务程序，中断时间可根据实际现场层设备的运行参数来设置。现场层模拟装置的应用程序满足要求后，投入仿真应用。
上述实施例中，实时数字仿真器以RTDS实时仿真仪为例，但是本发明并不局限于该仿真仪，作为其他的实施例，实时数字仿真器还可以使用RT-LAB实时仿真装置。
现场层设备模拟装置实施例
该现场层设备模拟装置在上述LCC型直流输电仿真***实施例中已经给出了具体描述，这里不再赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LCC型直流输电仿真***，其特征在于，包括现场层设备模拟装置和用于模拟交直流一次***的实时数字仿真器，所述现场层设备模拟装置包括工控机、内插在工控机上的用于与待检控制保护设备进行信息交互的现场总线卡和用于与实时数字仿真器进行信息交互的数据采集卡，所述现场总线卡通过现场总线与待检控制保护设备相连，所述数据采集卡通信连接所述实时数字仿真器，所述现场总线卡与所述数据采集卡通过PCI总线连接。
2.根据权利要求1所述的LCC型直流输电仿真***，其特征在于，所述工控机内部运行有现场层设备数字模型，所述现场层设备数字模型用于模拟对应的现场层设备，提供对应现场层设备的模拟参数。
3.根据权利要求1所述的LCC型直流输电仿真***，其特征在于，所述工控机利用图形化引擎编程软件，以堆积木的形式来开发设计现场层模拟装置的应用程序，现场层设备数字模型输出的模拟参数通过该图形化引擎编程软件来设置、调试和在线监视。
4.根据权利要求1所述的LCC型直流输电仿真***，其特征在于，所述仿真***中包括若干个所述现场层模拟装置，所述现场层模拟装置之间通过局域网进行连接。
5.根据权利要求2所述的LCC型直流输电仿真***，其特征在于，现场总线卡接收控制保护设备下发的开关分合闸命令，对应的所述数字模型根据接收的开关分合闸命令进行相应倒闸模拟操作，现场层设备模拟装置把所述开刀闸状态连同数据采集卡采集到的各种模拟量、数字量打包成现场总线报文，上传给控制保护设备；数据采集卡采集交直流***中的交流电流、电压、直流电流、电压信号及某些开关刀闸状态信息，同时把从现场总线接收到的开关刀闸分合命令发给所述实时数字仿真器。
6.根据权利要求1所述的LCC型直流输电仿真***，其特征在于，所述实时数字仿真器为RTDS实时仿真仪。
7.一种现场层设备模拟装置，其特征在于，包括工控机、内插在工控机上的用于与待检控制保护设备进行信息交互的现场总线卡和用于与实时数字仿真器进行信息交互的数据采集卡，所述现场总线卡与所述数据采集卡通过PCI总线连接。
8.根据权利要求7所述的现场层设备模拟装置，其特征在于，所述工控机内部运行有现场层设备数字模型，所述现场层设备数字模型用于模拟对应的现场层设备，提供对应现场层设备的模拟参数。
9.根据权利要求7所述的现场层设备模拟装置，其特征在于，所述工控机利用图形化引擎编程软件，以堆积木的形式来开发设计现场层模拟装置的应用程序，现场层设备数字模型输出的模拟参数通过该图形化引擎编程软件来设置、调试和在线监视。
10.根据权利要求8所述的现场层设备模拟装置，其特征在于，现场总线卡接收控制保护设备下发的开关分合闸命令，对应的所述数字模型根据接收的开关分合闸命令进行相应倒闸模拟操作，现场层设备模拟装置把所述开刀闸状态连同数据采集卡采集到的各种模拟量、数字量打包成现场总线报文，上传给控制保护设备；数据采集卡采集交直流***中的交流电流、电压、直流电流、电压信号及某些开关刀闸状态信息，同时把从现场总线接收到的开关刀闸分合命令发给所述实时数字仿真器。
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