一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置，包括至少一台仿真服务器以及与该仿真服务器通信连接的RTDS，所述仿真服务器搭载有水轮机‑调速器实时仿真平台，其包括PID控制器、液压执行机构、引水系统和水轮机模块，所述RTDS包括发电机模块、电网和负荷模块；其中，所述仿真服务器采用以太网通信方式与RTDS进行数据传输，所述仿真服务器通过以太网通信模块接收来自RTDS的仿真数据与控制指令，包括开机、关机、甩负荷、功率给定以及电网频率，并将根据上述控制指令与实时仿真后的数据通过以太网通信模块送回至RTDS。本实用新型专利技术的仿真装置传输速率高，抗干扰性强，可以满足含大规模水电机组的电力系统仿真对数据传输的高精确度与可靠度要求。

A real-time simulation device for hydraulic turbine governing system connected with RTDS

The utility model discloses a hydroturbine and RTDS Interconnection Regulation real-time simulation system, including at least one simulation server and the simulation server communication connection RTDS, the simulation of hydraulic turbine governor server equipped with a real-time simulation platform, including PID controller, hydraulic actuator, diversion system and turbine module the RTDS, including generator module, power grid and load module; among them, the simulation server adopts Ethernet communication and RTDS data transmission, the simulation server through the Ethernet communication module receives from RTDS simulation data and the control commands, including startup, shutdown, load shedding, and given power grid frequency, and according to the real-time simulation of the control instruction after the data back to the Ethernet communication module RTDS. The simulation device of the utility model has the advantages of high transmission rate and strong anti-interference performance, and can satisfy the requirements of high accuracy and reliability of the data transmission of the power system simulation with large-scale hydropower units.

【技术实现步骤摘要】
一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置
本技术属于电力系统与水电机组实时仿真领域，具体为一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置。
技术介绍
水电机组是电力系统的重要组成部分，但是在仿真电力系统动态行为时，水电机组调节系统的模型往往过于简化。例如在中国电力科学院开发的电力系统潮流计算、暂态稳定和短路电流计算的仿真软件PSASP、BPA软件以及常见的仿真工具RTDS、PSCAD、EMTDC中，水电机组调节系统模型用理想刚性水击模型表示，这种模型与实际相差较大，以至不能反映水电机组在电力系统动态过程中的真实行为，即水电机组仿真模型影响了电力系统仿真精确度。现有技术中，在进行RTDS(RealTimeDigitSimulator)与水电机组调节系统模型数据传输时，一般使用A/D、D/A模块实现。但是，A/D、D/A模块存在数据传输能力弱、使用成本昂贵、抗干扰能力弱、易受外界电磁干扰的缺点，因此目前RTDS与水电机组调节系统模型之间的数据传输方式对仿真系统的精确度具有很大的影响，特别是对于大规模水电机组群的实时仿真，目前的数据传输方式其传输速率不高，不能满足大规模水电机组群实时仿真的带宽需求，而且其抗干扰性差，可扩展性弱、安全性不高，使得目前的RTDS与水电机组调节系统模型之间的数据传输方式难以满足大规模的水电机组的电力系统仿真对数据传输的高精确度与可靠度要求。
技术实现思路
针对现有技术中RTDS与水电机组调节系统模型之间的数据传输方式难以满足大规模的水电机组的电力系统仿真需求，本技术提供一种电力系统与水电机组联合实时仿真装置，其通过优化的通信模块对RTDS与水电机组调节系统模型之间的数据传输方式进行改进，其传输速率高，抗干扰性强，可以满足大规模的水电机组的电力系统仿真中对数据传输的高精确度与可靠度要求。为实现上述目的，按照本技术，提出一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置，其特征在于，包括多台仿真服务器以及与该多台仿真服务器通信连接的RTDS，各所述仿真服务器搭载有水轮机-调速器实时仿真平台，其包括PID控制器、液压执行机构、引水系统和水轮机模块，所述RTDS包括发电机模块、电网和负荷模块；其中，多台仿真服务器共用一套人机交互设备，通过切换开关实现人机交互设备与各台仿真服务器之间的切换；多台所述仿真服务器采用以太网通信模块与RTDS连接通信，其通过以太网通信方式与RTDS进行数据传输，各所述仿真服务器通过以太网通信模块接收来自RTDS的仿真数据与控制指令，包括开机信号、关机信号、甩负荷、功率给定信号以及电网频率，并将实时仿真后的数据通过以太网通信模块输送至RTDS。作为本技术的进一步优选，所示PID控制器、液压执行机构和水轮机模块依次电连接，所述引水系统与水轮机模块闭环连接，RTDS的仿真数据与控制指令输入所述PID控制器中，该PID控制器据此输出控制量信号，并输入至液压执行机构中，所述液压执行机构根据接收的控制量信号控制导叶接力器运动，该接力器位移对应着导叶开度信号，该开度信号输入水轮机模块，以计算获得机械力矩信号并通过以太网模块输出。作为本技术的进一步优选，RTDS包括发动机模块和电网与负荷模块，其中发电机模块从以太网通信模块接收到仿真服务器中计算得出的机械力矩信号，并根据所述电网与负荷模块获得负荷力矩信号，根据该机械力矩与负荷力矩即可计算得到机组频率，以通过以太网通信模块输出至仿真服务器。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本技术的仿真装置通过以太网模块进行数据传输，其传输速率高，能满足大规模水电机组群实时仿真的带宽需求，同时也使得系统具有良好的可扩展性；2、本技术的仿真装置与传统的A/D、D/A转换通信方式相比，采用以太网通信方案具有更高的精度与更强的抗干扰能力；3、本技术的仿真装置其成本低，支持系统冗余连接配置，具有成熟可靠的安全体系。附图说明参照下面的说明，结合附图，可以对本技术有最佳的理解。在附图中，相同的部分可由相同的标号表示。图1为本技术实施例的仿真装置的结构示意图；图2为本技术实施例的仿真装置中的仿真服务器与RTDS联合实时仿真原理图。具体实施方式为了使本技术装置的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及示例性实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的示例性实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术的适用范围。如图1所示，本技术装置包括至少一台仿真服务器，优选是多台分布式仿真服务器，每台仿真服务器可支持多台水电机组实时仿真，仿真服务器通过以太网通信模块与RTDS进行数据交换。优选地，所有的服务器共用一套人机交互设备，例如共用一套显示器、键盘、鼠标，各仿真服务器与人机交互设备通过一个切换开关进行切换，仿真人员可以通过操作键盘、鼠标与切换开关修改仿真服务器内的PID控制器、液压执行机构、引水系统与水轮机模型参数。如图1所示，仿真服务器采用以太网通信方式与RTDS进行数据传输，所述仿真服务器通过以太网通信模块接收来自RTDS的仿真数据与控制指令，包括开机、关机、甩负荷、功率给定以及电网频率，并将根据上述控制指令与实时仿真后的数据通过以太网通信模块送回至RTDS。如图2所示，仿真服务器包括PID控制器、液压执行机构、引水系统与水轮机模块，RTDS包括发电机、电网与负荷模块。RTDS计算的机组频率xi通过以太网通信模块输入至PID控制器中，然后PID控制器的控制算法输出控制量Ypid，此信号输入至液压执行机构中。液压执行机构根据接收的控制量Ypid信号控制导叶接力器运动，接力器位移对应着导叶开度信号y，开度信号输入水轮机模块中。水轮机力矩mti与流量qti可以表示为导叶开度yi、机组频率xi与运行水头Hi的函数：mti＝f1(yi,xi,Hi)qti＝f2(yi,xi,Hi)则i时刻的水轮机力矩与流量可根据从液压执行机构模块输入的导叶开度yi、从RTDS输入的机组转速xi与从引水系统模块得到的运行水头Hi求解。引水系统模型可表示为机组流量变化Δqi与机组运行水头变化ΔHi的函数：ΔHi＝f(Δqi)引水系统与水轮机构成一个闭环子系统，实时仿真计算时应将此闭环子系统联立求解得到水轮机力矩mti。RTDS中的发电机模块从以太网通信模块接收到仿真服务器中计算得出的机械力矩信号mti，从电网与负荷模块接收到负荷力矩信号mgi，根据机械力矩与负荷力矩计算出机组频率xi，并将机组转速信号通过以太网通信模块输出至仿真服务器，这样便实现了整个实时仿真装置的闭环连接。此外，RTDS可以主动发出各种控制命令，如指定某一台或多台仿真服务器开启，或指定某台机组执行开机、关机、甩负荷、功率给定等指令，控制命令与计算得出的机组频率xi信号均通过以太网通信模块传输。以上实施例仅为本技术其中的一种具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置，其特征在于，包括多台仿真服务器以及与该多台仿真服务器通信连接的RTDS，各所述仿真服务器搭载有水轮机‑调速器实时仿真平台，其包括PID控制器、液压执行机构、引水系统和水轮机模块，所述RTDS包括发电机模块、电网和负荷模块；其中，多台仿真服务器共用一套人机交互设备，通过切换开关实现人机交互设备与各台仿真服务器之间的切换；多台所述仿真服务器采用以太网通信模块与RTDS连接通信，其通过以太网通信方式与RTDS进行数据传输，各所述仿真服务器通过以太网通信模块接收来自RTDS的仿真数据与控制指令，包括开机信号、关机信号、甩负荷、功率给定信号以及电网频率，并将实时仿真后的数据通过以太网通信模块输送至RTDS。

【技术特征摘要】
1.一种与RTDS互联的水轮机调节系统实时仿真装置，其特征在于，包括多台仿真服务器以及与该多台仿真服务器通信连接的RTDS，各所述仿真服务器搭载有水轮机-调速器实时仿真平台，其包括PID控制器、液压执行机构、引水系统和水轮机模块，所述RTDS包括发电机模块、电网和负荷模块；其中，多台仿真服务器共用一套人机交互设备，通过切换开关实现人机交互设备与各台仿真服务器之间的切换；多台所述仿真服务器采用以太网通信模块与RTDS连接通信，其通过以太网通信方式与RTDS进行数据传输，各所述仿真服务器通过以太网通信模块接收来自RTDS的仿真数据与控制指令，包括开机信号、关机信号、甩负荷、功率给定信号以及电网频率，并将实时仿真后的数据通过以太网通信模块输送至RTDS。2.根据权利要求1所述的一种与RTDS互联的水轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌玉，郭琦，李伟，袁艺，刘肖，田田，王吉，田文举，
申请(专利权)人：华中科技大学，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：新型
国别省市：湖北,42