一種基於rtds的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法
2023-09-20 10:31:10
一種基於rtds的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法
【專利摘要】本發明公開了電力系統仿真與控制領域的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法。源網協調聯合實時仿真系統包括源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統；其中源側毫秒級實時仿真系統由GTFPGA板卡與PB5板卡以SFP光電收發接口方式連接構成；網側RTDS微秒級實時仿真系統由數據接口機與協調伺服器通過TCP/IP協議以數據緩衝區塊方式構成。所述源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統之間是通過通訊接口之間的數據傳輸進行。本發明在兩個仿真系統之間是通過通訊接口之間的數據傳輸進行的數據傳輸方法，增強工作穩定性，提高了仿真系統的抗幹擾能力。
【專利說明】—種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統中區域電網與各類電源間的聯合調度【技術領域】，特別涉及一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法。
【背景技術】
[0002]電網與各類新能源(如風電、太陽能等)的聯合調度技術是當前國內外電力系統的研究難點之一。以RTDS微秒級實時仿真電網運行，以火電機組、風電機組、抽水蓄能機組、儲能系統、太陽能光伏發電及太陽能熱發電等源側毫秒級全範圍仿真系統作為電源點，構成各類電源與電網聯合的源網協調聯合實時仿真系統，可以作為此類問題的研究平臺。RTDS微秒級實時仿真系統與源側毫秒級實時仿真系統之間需要實時、高速、連續、穩定、可靠的數據傳輸，由於二者的仿真時間步長不一致，目前尚無行之有效的方法和手段。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提出一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法，其特徵在於:源網協調聯合實時仿真系統所述包括源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS (Real Time Digital Simulator,實時數字仿真儀)微秒級實時仿真系統；其中源側毫秒級實時仿真系統由GTFPGA板卡與PB5板卡以SFP (Small Form-factor Pluggables,小型可插模塊)光電收發接口方式連接構成；網側RTDS微秒級實時仿真系統由數據接口機與協調伺服器通過TCP/IP協議以數據緩衝區塊方式構成。
[0004]所述GTFPGA板卡包括第一 SFP光電收發接口 1、Aurora協議和第二 SFP光電收發接口 2組成。
[0005]所述PB5板卡包括第三SFP光電收發接口 3和Aurora協議組成。
[0006]所述數據接口機包括FPGA通訊卡、PCI Express接口、Aurora協議和第四SFP光電收發接口 4組成；所述數據接口機實際是一個臺式機，FPGA通訊卡通過PCI Express插槽安裝在這個臺式機裡面。
[0007]所述基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據傳輸方法，其特徵在於:源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統之間是通過通訊接口之間的數據傳輸進行；具體包括:
[0008]1)數據接口機首先配置通訊程序，與GTFPGA板卡建立正確的通訊連接後，開始以每50us交互256個字節數據:
[0009]2) GTFPGA板卡將數據發送至數據接口機，其數據包括:3個火電機組和6個水電機組的發電機實際有功功率、發電機機端電壓、發電機轉速和AGC指令，7個風電場的節點電壓、網側有功功率和AGC指令，火電機組的網側機組跳閘指令，風電場的網側機組跳閘指令，以及1個同步信號；
[0010]3)數據接口機發送至GTFPGA板卡的數據包括3個火電機組和6個水電機組的發電機分合閘指令和機械功率，7個風電場的有功功率和無功功率，以及16個各類機組的同步號。
[0011]4)數據接口機與協調伺服器之間通過TCP/IP協議以每50ms交互256000個字節數據通訊；
[0012]5)網側RTDS實時仿真系統的PB5板卡與GTFPGA板卡之間基於Aurora協議方式進行光纖通訊。
[0013]所述協調伺服器將來自數據接口機的數據分發到源側的風電、水電和火電機組的仿真伺服器、將源側的風電、水電和火電機組的仿真伺服器的數據發送到數據接口機。
[0014]所述數據接口機選用Xilinx公司的FPGA通訊卡，型號為XC6SLX45T。
[0015]所述GTFPGA板卡選用Xilinx公司的ML507開發板。
[0016]本發明的有益效果是有效滿足了 RTDS微秒級實時仿真系統與源側毫秒級實時仿真系統之間需要的實時、高速、連續、穩定、可靠的數據傳輸，並且傳輸速率達到50GB/S，數據無錯誤。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的結構框圖；
[0018]圖2是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的工作流程圖；
[0019]圖3是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的數據接口機與協調伺服器的數據交換流程。
[0020]圖4是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的監控程序界面；
[0021]圖5是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的監控數據列表。
【具體實施方式】
[0022]本發明提出了一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統及數據傳輸方法，下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。
[0023]圖1是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的結構框圖。圖1中，源網協調聯合實時仿真系統所述包括源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統；其中源側毫秒級實時仿真系統由GTFPGA板卡與PB5板卡以SFP光電收發接口方式連接構成；網側RTDS微秒級實時仿真系統由數據接口機與協調伺服器通過TCP/IP協議以數據緩衝區塊方式構成。
[0024]所述GTFPGA板卡包括第一 SFP光電收發接口 1、Aurora協議和第二 SFP光電收發接口 2組成。
[0025]所述PB5板卡包括第三SFP光電收發接口 3和Aurora協議組成。
[0026]所述數據接口機包括FPGA通訊卡、PCI Express接口、Aurora協議和第四SFP光電收發接口 4組成；所述數據接口機實際是一個臺式機，FPGA通訊卡通過PCI Express插槽安裝在這個臺式機裡面。
[0027]所述源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統之間是通過通訊接口之間的數據傳輸進行；GTFPGA板卡發送至數據接口機的數據:3個火電機組和6個水電機組的發電機實際有功功率、發電機機端電壓、發電機轉速和AGC指令，7個風電場的節點電壓、網側有功功率和AGC指令，火電機組的網側機組跳閘指令1，風電場的網側機組跳閘指令2，以及1個同步信號；
[0028]數據接口機發送至GTFPGA板卡的數據:3個火電機組和6個水電機組的發電機分合閘指令和機械功率，7個風電場的有功功率和無功功率，以及16個各類機組的同步信號。
[0029]所述數據接口機與協調伺服器之間通過TCP/IP協議以數據緩衝區塊方式，每50ms交互256000個字節數據。
[0030]所述協調伺服器將來自數據接口機的數據分發到源側其他伺服器、將源側其他仿真伺服器的數據發送到數據接口機。
[0031]圖2是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統數據傳輸方法的工作流程圖。本發明的工作流程包括以下步驟:
[0032]步驟201:系統初始化，開始運行；
[0033]步驟202:數據接口機配置通訊程序；
[0034]步驟203:握手信號判定；若是，則執行步驟204 ;若否，則執行步驟202 ；
[0035]步驟204:互發測試數據；
[0036]步驟205:測試數據判定；若是，則執行步驟206 ;若否，則執行步驟202 ；
[0037]步驟206:實時交互傳遞數據；
[0038]步驟207:運行是否終止；若是，則執行步驟208 ;若否，則執行步驟206 ；
[0039]步驟208:停止。
[0040]圖3是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據接口機與協調伺服器的數據交換流程。數據接口機(FPGA通訊卡)將來自GTFPGA板卡微秒級數據保存在SDRAM，數據接口機通過PC1-E接口將數據讀到自身內存，再將內存數據通過TCP/IP以緩衝區塊方式、毫秒級發送到協調伺服器，協調伺服器將數據分發到源側的風電、水電和火電機組的仿真伺服器；協調伺服器將源側的風電、水電和火電機組的仿真伺服器的數據通過TCP/IP、毫秒級發送到數據接口機，數據接口機通過PC1-E接口將自身內存數據寫到FPGA通訊卡的SDRAM，FPGA通訊卡再將數據以微秒級發送至GTFPGA板卡。
[0041]圖4是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的監控程序界面，以便直觀地監控握手信號是否完成。
[0042]圖5是本發明提供的一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的通訊接口及數據傳輸方法的監控數據列表，以便直觀地監控數據傳遞是否正常。
[0043]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統，其特徵在於:源網協調聯合實時仿真系統包括源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統；其中源側毫秒級實時仿真系統由GTFPGA板卡與PB5板卡以SFP光電收發接口方式連接構成；網側RTDS微秒級實時仿真系統由數據接口機與協調伺服器通過TCP/IP協議以數據緩衝區塊方式構成。
2.根據權利要求1所述一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統，其特徵在於:所述GTFPGA板卡包括第一 SFP光電收發接口 1、Aurora協議和第二 SFP光電收發接口 2組成。
3.根據權利要求1所述一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統，其特徵在於:所述PB5板卡包括第三SFP光電收發接口 3和Aurora協議組成。
4.根據權利要求1所述一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統，其特徵在於:所述數據接口機包括FPGA通訊卡、PCI Express接口、Aurora協議和第四SFP光電收發接口4組成；所述數據接口機實際是一個臺式機，FPGA通訊卡通過PCI Express插槽安裝在這個臺式機裡面。
5.一種基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據傳輸方法，其特徵在於:源側毫秒級實時仿真系統和網側RTDS微秒級實時仿真系統之間是通過通訊接口之間的數據傳輸進行；具體包括:1)數據接口機首先配置通訊程序，與GTFPGA板卡建立正確的通訊連接後，開始以每50us交互256個字節數據:2)GTFPGA板卡將數據發送至數據接口機，其數據包括:3個火電機組和6個水電機組的發電機實際有功功率、發電機機端電壓、發電機轉速和AGC指令，7個風電場的節點電壓、網側有功功率和AGC指令，火電機組的網側機組跳閘指令，風電場的網側機組跳閘指令，以及1個同步信號；`3)數據接口機發送至GTFPGA板卡的數據包括3個火電機組和6個水電機組的發電機分合閘指令和機械功率，7個風電場的有功功率和無功功率，以及16個各類機組的同步信號。4)數據接口機與協調伺服器之間通過TCP/IP協議以每50ms交互256000個字節數據通訊；5)網側RTDS實時仿真系統的PB5板卡與GTFPGA板卡之間基於Aurora協議方式進行光纖通訊。
6.根據權利要求5所述基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據傳輸方法，其特徵在於:工作流程包括以下步驟:步驟201:系統初始化，開始運行；步驟202:數據接口機配置通訊程序；步驟203:握手信號判定；若是，則執行步驟204 ;若否，則執行步驟202 ；步驟204:互發測試數據；步驟205:測試數據判定；若是，則執行步驟206 ;若否，則執行步驟202 ；步驟206:實時交互傳遞數據；步驟207:運行是否終止；若是，則執行步驟208 ;若否，則執行步驟206 ；步驟208:停止。
7.根據權利要求5所述基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據傳輸方法，其特徵在於:所述協調伺服器將來自數據接口機的數據分發到源側的風電、水電和火電機組的仿真伺服器、將源側的風電、水電和火電機組的仿真伺服器的數據發送到數據接口機。
8.根據權利要求5所述基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據傳輸方法，其特徵在於:所述數據接口機選用Xilinx公司的FPGA通訊卡，型號為XC6SLX45T。
9.根據權利要求5所述基於RTDS的源網協調聯合實時仿真系統的數據傳輸方法，其特徵在於:所 述GTFPGA板卡選用Xilinx公司的ML507開發板。
【文檔編號】G05B17/02GK103676670SQ201310684026
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】曾德良, 牛玉廣, 李青, 張文廣 申請人:華北電力大學