面向电力系统仿真的实时分布式仿真平台系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向电力系统仿真的实时分布式仿真平台系统，包括至少一台仿真服务器，每台仿真服务器以ＰＣＩ桥接方式连接至少一台实时分布式仿真装置，实时分布式仿真装置通过ＰＣＩ总线同时连接多块智能型仿真板卡，各智能型仿真板卡分别与实际的电力设备进行连接。本实时分布式仿真平台系统通过分布式布局和与现场设备的灵活连接，可以方便地构成适合各种现场需要的实时分布式仿真系统，充分满足电力系统仿真技术的发展要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统仿真系统，尤其涉及一种面向电力系统分布式仿真的需 要，采用分布式布局的实时分布式仿真平台系统，属于电力系统仿真

技术介绍
电力系统仿真技术可以分为物理模拟和数字仿真两大类。其中，实时数字仿真技 术在电力系统试验研究中得到越来越广泛的应用，而计算机技术及分布式控制技术的发展 又进一步推动了实时数字仿真技术的深入发展。电力系统实时数字仿真技术是通过计算机系统实现电力系统数学模型的演算，将 得到的仿真数据输出到仿真装置，由仿真装置的AO(模拟量输出)或DO(数字量输出)板 卡产生相应的电气量(或进一步放大输出)并输出到实际电力设备中，并将实际电力设备 产生的变化输入AI (模拟量输入)或DI (数字量输入)板卡，转换为数据并反馈回计算机 系统。通过实时数字仿真技术可以实现电力系统的分析、故障再现重演、事故追忆、故障录 波等。目前，电力系统仿真技术正在发生由集中仿真控制系统向分布式仿真控制系统的 转变。与集中仿真系统相比，分布式仿真控制系统具有易于扩展、灵活性好、性能及稳定性 较高等优势。它的规模大小可根据应用项目灵活组合，有效减少对资源的浪费。为了满足实时性的要求，实时分布式仿真控制系统通常采用MCU(高速精简指令 集微处理器)或者DSP (数字信号处理器)作为嵌入式局部总线内核，从而组成智能化、自 主处理板内转换的仿真平台系统，有效减少对服务器时间的占用。因此，实时分布式仿真控 制系统是智能化、网络化、自动化的仿真平台系统，是未来电力系统仿真技术发展的主流。但就申请人所知，目前在电力系统仿真
中并没有满足上述分布式仿真系 统要求的实时分布式仿真平台解决方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种面向电力系统仿真的实时分布式仿真 平台系统(简称仿真平台系统)。它采用分布式布局，适合电力系统分布式仿真处理的需要。为实现上述的专利技术目的，本专利技术采用下述的方案一种面向电力系统仿真的实时分布式仿真平台系统，其特征在于所述实时分布式仿真平台系统包括至少一台仿真服务器，每台所述仿真服务器以 PCI桥接方式连接至少一台实时分布式仿真装置，所述实时分布式仿真装置通过PCI总线 同时连接多块智能型仿真板卡，各所述智能型仿真板卡分别与实际的电力设备进行连接。其中，当所述仿真服务器为多台时，各仿真服务器之间通过以太网实现连接。所述智能型仿真板卡包括AO板卡，所述AO板卡为16位32路通道。所述AO板卡中具有数字信号处理器，所述数字信号处理器一方面连接局部总线，3另一方面连接高速隔离芯片，所述高速隔离芯片连接模数/数模转换处理单元和信号同步 单元，所述模数/数模转换处理单元和信号同步单元连接信号处理单元。在所述PCI总线与所述局部总线之间设有共享的高速缓存，同时还设有信息单元 和控制寄存器。所述智能型仿真板卡包括AI板卡，所述AI板卡中具有数字信号处理器。所述智能型仿真板卡包括DO板卡，所述DO板卡中具有数字信号处理器。所述智能型仿真板卡包括DI板卡，所述DI板卡中具有数字信号处理器。所述AO板卡向实际电力设备1输出模拟的电气量，而所述A I板卡从实际电力设 备1处接收相应的反馈信号。所述DO板卡向实际电力设备2输出数字的电气量，而所述DI 板卡从实际电力设备2处接收相应的反馈信号。所述智能型仿真板卡还包括脉冲捕获板卡。本专利技术所提供的实时分布式仿真平台系统通过分布式布局和与现场设备的灵活 连接，可以方便地构成适合各种现场需要的实时分布式仿真系统，充分满足电力系统仿真 技术的发展要求。附图说明下面结合附图及具体实施方式对本专利进一步说明。图1为本实时分布式仿真平台系统的整体工作原理示意图；图2为本仿真平台系统实现实时仿真系统闭环连接的基本原理示意图；图3为AO板卡的内部结构示意图；图4为PCI接口及局部总线的连接示意图；图5为AO板卡中，同步信号输出输入接口的示意图；图6为D0/DI板卡的内部结构示意图；图7为脉冲捕获板卡的内部结构示意图；图8为脉冲捕获板卡捕获脉冲信号的原理示意图；图9为应用本仿真平台系统的实时分布式变电站仿真系统的示例图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术所提供的实时分布式仿真平台系统包括至少一台仿真服务 器，该仿真服务器可单台进行运算或多台联合进行运算。在进行联合运算时，多台仿真服务 器之间通过千兆(或以上速率)以太网进行连接。在每一台仿真服务器中，通过PCIe/PCI 桥接方式(由图2中的PCI桥接器提供支持)连接单台或多台实时分布式仿真装置。在本 专利技术的一个实施例中，该实时分布式仿真装置具有12个PCI接口，可通过PCI总线同时扩 展连接多块智能型仿真板卡。在实践中，上述PCI接口的数量也可以根据需要进行灵活的 调整。本专利技术中的智能型仿真板卡分AO(模拟量输出)、AI (模拟量输入)、D0(数字量 输出)、DI (数字量输入)、脉冲捕获五种。其中的AO板卡为16位32路通道，DO板卡为64 路通道，DI板卡为64路通道，脉冲捕获板卡为32路通道。图2显示了本仿真平台系统实现实时仿真系统闭环连接的基本原理。在图2中，实时分布式仿真装置所连接的智能型仿真板卡分别与各实际的电力设备如继电保护装置 进行连接。其中，AO板卡向实际电力设备1输出模拟的电气量，而AI板卡从实际电力设备 1处接收相应的反馈信号。同样地，DO板卡向实际电力设备2输出数字的电气量，而DI板 卡从实际电力设备2处接收相应的反馈信号。以此类推，实现了实时仿真系统的闭环连接。下面对本仿真平台系统中的各组成部分的工作原理作进一步的说明。本专利技术中使用的仿真服务器由运算能力较强的高性能计算机或者服务器实现，用 于提供仿真运算和输入输出服务功能。它与实时分布式仿真装置通过PCI/PCIe桥接方式 实现连接，以便进行数据输入输出的转换。在本仿真服务器中，可采用QNX、LinuX等实时操 作系统。这些操作系统的实时性能好，且支持多核系统，适合电力系统实时分布式仿真的需 要。实时分布式仿真装置是用于扩展仿真平台系统的硬件板卡。它负责完成与仿真服 务器的数据交换及数据转换工作，并提供与外部设备(如继电保护装置)的物理接口、板卡 电源、PCI总线及风扇散热系统等。在本仿真平台系统中，各智能型仿真板卡均带有嵌入式DSP处理器，它负责 局部总线的处理。其中，AO板卡基于DSP(例如TIC2000系列数字信号处理器中的 TMS320F28334、TMS320F28335等)、高速隔离芯片(例如采用IT711-2芯片)及共享内存 技术设计，具有高速输出转换能力。如图3所示，AO板卡中的DSP —方面连接局部总线，另 一方面连接高速隔离芯片。该高速隔离芯片连接多个AD/DA (模数/数模)转换处理单元 (可以用DAC8814芯片实现)和一个信号同步单元(由IT711-2及驱动电路实现)，这些 AD/DA转换处理单元连接信号处理单元。该信号处理单元由基准电源电路(采用REF102、 TL43IACLP芯片)和运放电路(采用0PA22^芯片)实现，用于完成信号的变换、零点调整、 幅度调整等工作。另外，在AO板卡中还具有E2PR0M，它通过I2C连接局部总线。如图4所示，在PCI总线与局部总线之间设有共享的高速缓存(RAM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向电力系统仿真的实时分布式仿真平台系统，其特征在于：所述实时分布式仿真平台系统包括至少一台仿真服务器，每台所述仿真服务器以ＰＣＩ桥接方式连接至少一台实时分布式仿真装置，所述实时分布式仿真装置通过ＰＣＩ总线同时连接多块智能型仿真板卡，各所述智能型仿真板卡分别与实际的电力设备进行连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林昌年，冯斌，魏文辉，马晓伟，荣垂凯，张鹏，王庆平，林春龙，
申请(专利权)人：北京科东电力控制系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[]