ADPSS-LAB
电力电子、电力系统实时仿真方案
中国电力科学研究院
2012年10月
目录
1 系统综述................................................ - 0 -
2 系统组成................................................ - 0 -
3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题.................... - 1 -
4 解决方法................................................ - 2 -
5 ADPSS-LAB实时仿真系统的功能........................... -
6 -
电力电子系统实时仿真方案
1 系统综述
实时仿真是研究电力电子、电力系统复杂的工作过程、优化系统与运行的重要手段。电力电子、电力系统实时仿真经历了从第一代模拟分析系统，到第二代模拟/数字混合仿真系统，再到第三代数字实时仿真系统的发展过程。ADPSS-LAB正是第三代数字实时仿真系统的代表产品。
ADPSS-LAB是一种基于并行计算技术、采用模块化设计的电力电子、电力系统实时仿真系统。它既可以在普通PC机上进行离线仿真，也可通过并行计算机与实际的电力电子器件联接而进行实时在线仿真。与前两代仿真系统相比，ADPSS-LAB具有以下优势：
1）既可以对电力电子、电力系统机电和电磁暂态分别进行实时仿真，同时也可以对机电和电磁暂态混合系统进行实时仿真。
2）仿真精度高；ADPSS-LAB在实时仿真过程中采用32位双精度浮点数运算，其仿真的精度与公认的离线分析软件MATLAB的仿真精度相当。
3）良好的升级和扩充性；ADPSS-LAB由于直接采用商用的基于PC Cluster的连接方式，当仿真的系统规模增大时，只需增加CPU数目和增大内存容量即可，从系统的升级和扩展灵活性等方面有很好的发展前景。
2 系统组成
软件部分：
?实时操作系统：QNX
?建模软件：MATLAB/simulink，SimPowerSystem
?电力电子、电力系统实时仿真包
?电力电子模型库
硬件部分：
?并行处理系统 (12-core INTEL CPU)
?I/O接口模块
?信号调理模块
3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题
1)建模的问题
仿真系统能够提供友好的图形用户界面，丰富的电力电子、电力系统元件库且模型精度满足仿真要求，同时还要允许用户方便的添加自己的模型。
2)仿真的实时性问题
电力电子、电力系统往往在一个小范围内包含了十几个到几十个器件，相应的模型求解过程中包含了大量的矩阵计算(如：矩阵相乘，矩阵求逆等运算)，如此大的计算量无法在给定的一个几十个微秒的仿真步长内由一个CPU结算出结果。因此，为了实现实时仿真的目标，必须将大的电力电子系统解耦成几个小的子系统，每个子系统分别运行在不同的CPU上，达到降低每个CPU的计算量，实现整个系统实时仿真的目的。
3)实时PWM信号的捕捉和产生问题
由于电力电子、电力系统中大量的采用高频电力电子器件，由此给实时仿真带来许多前所未有的问题。比如：如何准确的捕捉PWM信号？如何准确的产生高频PWM信号？如何设计合理的控制策略实现误差补偿等问题。
4)系统的升级和扩展问题
整个系统要具有良好的维护和升级扩展性，且维护和升级成本低廉。系统应采用COTS货架式产品和通用的总线标准，用户对设备提供商的依赖度低，便于用户后续的升级和扩展要求。
4 解决方法
针对以上问题，我们分别采用以下的方法来解决。
1)建模的问题
模型开发工具采用MATLAB/Simulink和SimPowerSystem软件包。这两个软件包一方面提供了友好的图形用户界面，用户只需通过鼠标操作即可完成整个建模工作；另一方面两个软件包提供了丰富的电力电子、电力元件模型库，用户可以方便的利用这些模型搭建出各种复杂结构的电力电子、电力系统模型。另外，用户还可以将C代码编写的模型集成到仿真系统中。
ADPSS-LAB还提供了专门针对实时仿真的电力电子、电力模型库，做为对SimPowerSystem元件库的补充。当安装好ADPSS-LAB软件后，这些模型库被自动的添加到Simulink软件中。ADPSS-LAB提供的模型库包括：?带时间戳的整流电路模型；
?带时间戳的逆变器模型；
?电力电子元器件模型库；
?实时逻辑处理模型库；
?事件产生信号模型库等。
2)仿真的实时性问题
对电力电子、电力系统的实时仿真问题，我们分别从软件和硬件两方面入手解决该问题。
软件方面：通过将一个大的电力电子、电力系统模型分解成多个子系统，不同的子系统算由不同的CPU单元完成计算，从而大大减小了每个CPU 单元的计算任务，缩短了整个系统的计算时间，提高了实时性；不同的CPU 单元间在每个步长内根据信号传递关系交换数据。
硬件方面：通过采用并行处理系统，为实时仿真提供相应的硬件平台。考虑到电力电子、电力系统的具体情况：一个区域通常大约有十几个或几十个电力电子、电力器件，所以推荐采用包含12个CPU core的并行处理系统,整个系统的实时仿真的步长最小可以达到20us左右。
并行计算机通过FPGA卡控制IO接口机。IO接口机本身带有AD，DA，DIO等IO模块，通过这些IO模块与实际设备相连。IO模块的性能指标如下：
?AD, 16-bits, 500kS/s, +- 10V 16通道；
?DA, 16-bits, 500kS/s, +-10V 16通道；
?普通DO，转换速率5MHz, 光电隔离, 5 to 28V, 32通道；
法学虚拟仿真教学软件（系统）推荐 虚拟仿真实验教学是指依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等信息技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，让学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果的一种实验教学模式。对于传统的文科性法学专业而言，技术信息的快速发展也带来了一定的发展机遇和挑战。如何通过更为丰富的手段强化法学专业学生的实战能力，提高实务经验是摆在每个法学专业院校面前的十分严峻的任务。通过虚拟仿真技术手段，不仅可以有效改变传统教学所带来的机械、抽象和程式化的教学效果，同时借助于软件技术手段形成的具有自主知识产权的虚拟实验项目，将为本院校的综合教学和科研实力带来更高的发展平台。 教育部要求各高校应将建设和使用虚拟仿真实验教学项目作为推进完善现有实践教学体系、提高实验教学质量的重要举措。加大对实验教学队伍的培养培训，着力提升信息技术与实验教学深度融合的意识、使用信息技术改造传统实验教学项目的能力和水平。根据实验教学计划和实际情况，在坚持“能实不虚”的基础上加大虚拟仿真实验教学项目建设力度，探索线上线下教学相结合的新型实验教学模式。加强对虚拟仿真实验教学项目应用管理，建立健全适应网络化学习的实验教学成绩考核评价指标体系，促进实验教学质量稳步提高。 教育部的总体规划，引导了法学专业虚拟仿真实验项目建设的方向，也为各高校开展法学虚拟仿真实验项目建设带来了发展契机。但是毋庸置疑，如何建设适合本学校本专业特色的虚拟仿真实验项目，教育部并没有提供可行的蓝本和具体路径。例如选择什么形式的虚拟仿真实验项目课题？如何吸收和发挥本校的专业优势和特色？选择哪一个切入点进行虚拟仿真实验项目设计？相关的硬件需要哪些指标性要求？如何选择适用配套的软件？如何将动画或3D技术嵌入到具体的虚拟仿真实验项目？为了实现本公司面向各大高校提供法学专业教学服务的宗旨，本公司结合多年来与各大高校的合作经验，认真研究了法学专业建设虚拟仿真实验项目的可行性模式以及相关的硬件和软件建设方法，为本公司服务用户提供具有一定参考意义的法学虚拟仿真实验项目设计方案。 杭州法源软件开发有限公司是业界良好的高校教学软件和解决方案供应商，专注法学专业；是目前法学领域内专业成熟的法学实践教学软件研发团队；凭借
!"##!年第$期 福建电脑注：本文得到广东省科技厅攻关项目资金资助%项目编号"##"&’(&)电子科技大学青年基金项目资助%项目编号*+#"#,#-。 &、 引言目前嵌入式系统开发已经成为了计算机工业最热门的领域之一，嵌入式系统应用渗透到信息家电、工业控制、通信与电子设备、人工智能设备等诸多领域。然而嵌入式系统的软件与目标硬件紧密相关，软件开发周期长，开发成本昂贵，软件质量无法保障.&/."/。特别是嵌入式软件的测试工作，在整个开发周期中通 常占用着大部分时间 （-#01,#0）。软件测试是一个非常重要而又艰苦的过程。软件测试工具用来全部或部分的代替人工进行软件的测试工作。它能极大的节省人力、物力和财力，缩短项目的开发周期。 国际上，许多软件公司致力于开发功能强大的软件测试工具。按获得测试信息的方式分为纯硬件、纯软件、软硬件相结合三种类型的测试工具。纯硬件测试工具如仿真器、逻辑分析仪、开发系统等。纯软件测试工具如234563786的2345938:，是一种软件逻辑分析仪。软硬件相结合的测试工具如以;<公司的=>?938:为代表的虚拟仪器和以@AB 公司的BC58DEFD 为代表的测试工具。这三类测试工具都有一个缺点：没有提供一个集成各种软硬件测试工具的框架，使各类测试工具能紧密协调工作。 为提高测试工作的效率，迫切需要功能强大的嵌入式系统测试工具。 仿真开发在嵌入式系统开发中正在发挥着越来越重要的作用。许多软件公司已经开发出成熟稳定的嵌入式仿真开发工具。但是在嵌入式仿真开发中，仍然缺乏一种嵌入式系统测试工具的集成框架。本文正是基于这个目标，从软件体系结构的角度，研究和设计了一种称为G EFDH G 的嵌入式系统仿真测试平台的集成框架。并基于其上实现了一个嵌入式仿真测试平台3I >EFDH 。 "、 嵌入式系统仿真测试平台的体系结构EFDH 对于大规模复杂软件系统，其总体结构设计远比算法和数据结构的选择更重要.J /.!/。基于这样的认识和背景，本文在对嵌入式测试和嵌入式仿真开发深入研究的基础上，研究和设计了EFDH 的体系结构。"K &EFDH 的结构模型 EFDH 的体系结构主要借鉴了当前流行的嵌入式交叉开发工具的目标服务器L 目标代理结构.’/，分为宿主机端和仿真目标机端两大部分。 EFDH 的结构模型见图&： 图&EFDH 结构模型 EFDH 结构模型的基本特征：&M EFDH 由宿主机端和目标机端两大部分构成，宿主机 端以测试服务器DF （D8NO F86786）为核心；目标机端以测试代理D@P D8NO @Q84O M 为核心。 "M 所有的测试工具不与目标机端交互， 而只与测试服务器DF 进行交互；测试服务器DF 同测试代理D@交互。这样只要更换相应的测试代理D@，即可与不同的仿真开发系统一起工作。 J M 测试服务器DF 与所有测试工具之间通过嵌入式仿真测试工具交换协议EFDDR （ES?85585F3STU>O3C4D8NO DCCU 8RI VW>4Q8X6COCVCU ） 规范接口进行交互。!M 测试服务器DF 和测试代理D@之间通过嵌入式仿真测试协议EFD P ES?85585F3STU>O3C4D8NO X6COCVCU M 规范接口进行交互。 ’M 测试工具以软插件的形式集成到EFDH 中%EFDDR 和EFD 规范定义的接口是公开的和可免费获得的，第三方测试工具非常容易的集成到EFDH 中来。 -M 测试工具多种多样，可以是软件代码测试工具，也可以是硬件诊断测试工具，都可以很容易的集成到EFDH 中来，从而达到各类测试工具的紧密协作。 $M EFDH 中各类测试工具紧密集成到一个图形用户接口中，大大提高了用户的工作效率。 ,M 测试代理D@以一个线程的形式存在于仿真运行环境中，与各类模拟器之间通过固定的接口交互，获取丰富的测试信息。 "K "测试服务器DF 模型 测试服务器DF 是EFDH 的核心结构部件，作为EFDH 的测试管理器，其结构模型如图"。 图"测试服务器DF 结构模型 DF 的主要功能：&M DF 提供相应的EFDDR 协议规范接口，接受来自测试工具的控制命令和状态查询，并提供相应的数据传输接口，向测试工具返回对应的测试结果。 "M DF 提供相应的EFD 协议规范接口，向采集代理发送控制命令信息和状态查询信息，并且根据EFD 协议规范提供的接口收取返回信息。 J M DF 提供测试高速缓冲管理、 测试存储器管理以及流测试协议，管理和控制整个宿主机端。"K J 测试代理D@模型 嵌入式系统仿真测试平台的体系结构研究 邵荣防，罗克露 P 电子科技大学计算机科学与工程学院，四川 成都-&##’!M 【摘要】仿真开发在嵌入式开发中正逐步成为热点，仿真测试工具在仿真开发过程中正发挥着日益重要的作用。本文首先简要分析了当前的嵌入式测试工具，然后给出一种嵌入式仿真测试平台的体系结构EFDH 。基于EFDH 体系结构，实现了一个面向信息家电的嵌入式仿真测试平台3>EFDH 。 【关键词】嵌入式系统仿真开发 仿真测试平台
实践课程设计报告 课程名称：Matlab上机 题目：基于MATLAB的电力系统自动重合闸 所在学院： 学科专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 二零一五年四
摘要 分析了单相自动重合闸的工作特性，并利用MATLAB软件搭建了220kv电力系统的自动重合闸的仿真模型，模拟系统发生单相接地、三相相间短路故障，断路器跳闸后自动重合闸的工作过程。 关键词：电力系统自动重合闸MATLAB 短路故障
目录 1 引言 (1) 2 模型中主要模块的选择和参数 (2) 2.1同步发电机模块 (2) 2.2 变压器模块 (2) 2.3 输电线路模块 (3) 2.3.1 150km线路模块 (3) 2.3.2 100km线路模块 (4) 2.1 电源模块 (5) 2.3 负载模块 (6) 2.3.1 三相串联RLC负载Load1 (6) 2.3.2 三相串联RLC负载Load4 (7) 2.4 断路器模块 (8) 2.5 测量模块 (9) 2.6 显示模块 (9) 2.7 其他模块 (9) 2.8 仿真参数设置 (10) 3 仿真结果及波形分析 (10) 3.1 线路单相重合闸 (10) 3.2 线路三相重合闸 (12) 总结 (13) 参考文献 (14)
基于Matlab的电力系统自动重合闸 1 引言 随着技术的发展，电力系统的规模越来越复杂。从实际条件与安全角度考虑，不太可能进行电力系统科研实验，因而电力系统数字仿真成为了电力系统研究、规划和设计的重要手段。电力系统仿真软件如BPA，EMTP，PSCAD/ EMTDC ，NETOMAC，PSASP，MATLAB等，正向着多功能，具有更高的可移植性方向发展。其中在MATLAB 中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，Simulink电力系统元件库中有多种多样的电气模块，电力系统大多数元件都包含。其中，可以直接调用。电力系统大部分故障是瞬时性故障，因此采用自动重合闸后，电力系统发生瞬时性故障时供电的连续性、系统的稳定性得到很大的提高。此外，自动重合闸有效纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。 本文以MATLAB为工具，对简单系统的线路单相重合闸和线路三相重合闸进行分析与研究。 1.1 仿真模型的设计和实现 电力系统正常运行时可以认为是三相对称的，即电压、电流对称，且具有正弦波形。下图为理想情况下220kv电力系统的模型。 图 1 220kv电力系统模型
车辆动力学主要仿真软件 I960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA主要解决多自由度 无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量一弹簧一阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。 随着多体动力学的谨生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年，美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAM 软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率° 1977年，美国Iowa大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。 德国航天局DLF早在20世纪70年代，Willi Kort tm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna (1977)、MEDYNA1984),以及最终享誉业界的SIMPAC( 1990).随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MED YN软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACI软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。 同时，DLR首次在SIMPAC嗽件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACI算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！） PROTEUS —单片机系统设计与仿真软件 一、Proteus 6.7 Professional 界面简介 安装完Proteus后，运行ISIS 6.7 Professional，会出现以下窗口界面: 为了方便介绍，分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单 介绍各部分的功能： 1.原理图编辑窗口（The Editing Window ）:顾名思义，它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2.预览窗口（The Overview Window ）:它可显示两个内容，一个是：当你 在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口
中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色 的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 3．模型选择工具栏( Mode Selector Toolbar )：主要模型( Main Modes )： 1*选择元件(components)(默认选择的) 2* 放置连接点 3* 放置标签(用总线时会用到) 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数 (先单击该图标再单击要修改的元件) 配件( Gadgets)： 1*终端接口( terminals):有VCC、地、输出、输入等接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表( gra ph ) ：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器( generators) 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器等 2D 图形( 2D Graphics)： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等 4．元件列表( The Object Selector )：用于挑选元件( components)、终端接口 ( terminals)、信号发生器 (generators)、仿真图表(graph)等。举例，当你选择"元件 (components)”，单击"P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后(单击了“ OK ”后)，该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。 5．方向工具栏( Orientation Toolbar )：旋转：旋转角度只能是90 的整数倍。 翻转：完成水平翻转和垂直翻转。使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋
电力系统数字仿真作业 电力系统及其自动化研硕10-13 韩暘 1 . Matlab潮流计算作业 本程序的功能是用牛顿——拉夫逊法进行潮流计算。其中： B1矩阵：1、支路首端号；2、末端号；3、支路阻抗；4、支路对地电纳；5、支路的变比；6、支路首端处于K 侧为1，1侧为0 B2矩阵：1、该节点发电机功率；2、该节点负荷功率；3、节点电压初始值；4、PV节点电压V的给定值；5、节点所接的无功补偿设备的容量；6、节点分类标号：1为平衡节点（应为1号节点）；2为PQ节点； 3为PV节点； 程序如下： n=input('请输入节点数:n='); nl=input('请输入支路数:nl='); isb=input('请输入平衡母线节电号:isb='); pr=input('请输入误差精度:pr='); B1=input('请输入由支路参数形成的矩阵:B1=');%变压器侧为1，否则为0 B2=input('请输入各节点参数形成的矩阵:B2='); Y=zeros(n);e=zeros(1,n);f=zeros(1,n);V=zeros(1,n);sida=zeros(1,n);S1=zeros(nl); % % %--------------------------------------------------- for i=1:nl %支路数 if B1(i,6)==0 %左节点处于1侧 p=B1(i,1);q=B1(i,2); else %左节点处于K侧 p=B1(i,2);q=B1(i,1); end Y(p,q)=Y(p,q)-1./(B1(i,3)*B1(i,5)); %非对角元 Y(q,p)=Y(p,q); %非对角元 Y(q,q)=Y(q,q)+1./(B1(i,3)*B1(i,5)^2)+B1(i,4)./2; %对角元K侧 Y(p,p)=Y(p,p)+1./B1(i,3)+B1(i,4)./2; %对角元1侧 end %求导纳矩阵 disp('导纳矩阵Y='); disp(Y) e(1)=1.00;e(2)=1.00;e(3)=1.10;e(4)=1.05; f(1)=0;f(2)=0;f(3)=0;f(4)=0; G=real(Y); B=imag(Y); %设S=P+Qj； S(1)=-0.30-0.18j; S(2)=-0.55-0.13j; S(3)=0.50; P=real(S); Q=imag(S);
ADPSS-LAB 电力电子、电力系统实时仿真方案 中国电力科学研究院 2012年10月 目录 1 系统综述- 0 - 2 系统组成- 0 - 3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题- 1 - 4 解决方法- 2 - 5 ADPSS-LAB实时仿真系统的功能- 7 -
电力电子系统实时仿真方案 1 系统综述 实时仿真是研究电力电子、电力系统复杂的工作过程、优化系统与运行的重要手段。电力电子、电力系统实时仿真经历了从第一代模拟分析系统，到第二代模拟/数字混合仿真系统，再到第三代数字实时仿真系统的发展过程。ADPSS-LAB正是第三代数字实时仿真系统的代表产品。 ADPSS-LAB是一种基于并行计算技术、采用模块化设计的电力电子、电力系统实时仿真系统。它既可以在普通PC机上进行离线仿真，也可通过并行计算机与实际的电力电子器件联接而进行实时在线仿真。与前两代仿真系统相比，ADPSS-LAB具有以下优势：1）既可以对电力电子、电力系统机电和电磁暂态分别进行实时仿真，同时也可以对机电和电磁暂态混合系统进行实时仿真。 2）仿真精度高；ADPSS-LAB在实时仿真过程中采用32位双精度浮点数运算，其仿真的精度与公认的离线分析软件MATLAB的仿真精度相当。 3）良好的升级和扩充性；ADPSS-LAB由于直接采用商用的基于PC Cluster的连接方式，当仿真的系统规模增大时，只需增加CPU数目和增大内存容量即可，从系统的升级和扩展灵活性等方面有很好的发展前景。 2 系统组成 软件部分：
实时操作系统：QNX 建模软件：MATLAB/simulink，SimPowerSystem 电力电子、电力系统实时仿真包 电力电子模型库 硬件部分： 并行处理系统(12-core INTEL CPU) I/O接口模块 信号调理模块 3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题 1)建模的问题 仿真系统能够提供友好的图形用户界面，丰富的电力电子、电力系统元件库且模型精度满足仿真要求，同时还要允许用户方便的添加自己的模型。 2)仿真的实时性问题 电力电子、电力系统往往在一个小范围内包含了十几个到几十个器件，相应的模型求解过程中包含了大量的矩阵计算(如：矩阵相乘，矩阵求逆等运算)，如此大的计算量无法在给定的一个几十个微秒的仿真步长内由一个CPU结算出结果。因此，为了实现实时仿真的目标，必须将大的电力电子系统解耦成几个小的子系统，每个子系统分别运行在不同的CPU上，达到降低每个CPU的计算量，实现整个系统实时仿真的目的。 3)实时PWM信号的捕捉和产生问题
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) PROTEUS —单片机系统设计与仿真软件 一、Proteus 6.7 Professional 界面简介 安装完Proteus 后，运行ISIS 6.7 Professional，会出现以下窗口界面： 为了方便介绍，分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单 介绍各部分的功能： 1．原理图编辑窗口（The Editing Window）：顾名思义，它是用来绘制原理 图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2．预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是：当你 在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色
的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 3．模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： 1* 选择元件（components）（默认选择的） 2* 放置连接点 3* 放置标签（用总线时会用到） 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件） 配件（Gadgets）： 1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器等 2D图形（2D Graphics）： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等 4．元件列表（The Object Selector）： 用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元 件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该 元件时，只需在元件列表中选择即可。 5．方向工具栏（Orientation Toolbar）：
电力系统实时数字仿真器RTDS 叶 林1 杨仁刚1 杨明皓1 Rick K u ffel2 林华谘2 (11中国农业大学电力系 100083 21RT DS T echnologies Inc.) 摘 要 电力系统实时数字仿真器RT DS(Real T ime Digital Simulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,采用与E MTP仿真程序相同的算法,但由于其具有很强的硬件计算能力,进行系统研究时速度要快得多。另外,RT DS仿真系统的频率特性包括了一个很大的频率范围(从直流到4kH z),在此频率范围内,RT DS仿真系统是全面分析电力系统各种问题的理想工具。RT DS仿真系统可以用于电力系统分析研究、测试保护系统、控制系统的测试及其教育培训。 关键词 电力系统 实时数字仿真 电磁暂态程序 1 引言 随着电力系统规模的不断扩大,电网的电气连接更加紧密,同时各种新型电力系统元件(如FACTS 装置)的不断出现,给电力系统的规划设计、运行及故障的分析处理等带来了新的挑战。通常,在电力系统的规划和设计阶段主要是依靠功能强大的非实时的离线(off—line)计算机仿真软件,如E MTP/ E MTPView、ATP/ATPDraw、E M T DC/PSC AD等[1,2]。但是完整的项目实施还需要在投入运行之前对电网、电气设备及继电保护装置等进行实时测试,以验证设备、保护及其控制系统能否满足实际电网运行的要求。实时数字仿真器RT DS (Real T ime Digital Simulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,它的出现为电力系统的设计、运行及研究提供了新的解决方案[3,4]。 经过多年的硬件和软件设计,1993年第一台商业化的RT DS装置在加拿大Manitoba高压直流研究中心(H VDC)开发成功。RT DS技术公司(RT DS T echnologies Inc.)随后于1994年2月在加拿大的Manitoba H VDC研究中心成立。公司的主要任务是制造、销售、技术服务和对实时数字模拟装置(RT DS)的开发。RT DS技术公司的成立极大地推进了电力系统实时仿真器这项新技术,并提供仿真的解决方法以及制造仿真系统。在公司成立的第一个五年内,就有超过130台RT DS仿真装置分别被安装在14个国家。许多世界上最著名的电力设备制造商(如GE、ABB)、电力公司、研究机构、大学和设计院都采用RT DS技术公司提供的高质量的电力系统实时仿真设备来完成其科研、生产和开发任务。 RT DS技术公司提供电力系统仿真技术用于复杂的高压交直流网络的快速、可靠、精确和经济的研究。实时数字仿真技术代替以模拟量仿真为基础的老一代网络分析系统。RT DS模拟装置的开发没有先例,运用的先进的硬件和软件技术是专门为电力系统的实时仿真所创造的。RT DS仿真装置使电力专家有可能确定网络的结构同时对运行年限的各个方面进行实时试验。系统的问题能更快地被发现,解决的办法也能立即进行设计和试验。使用RT DS 仿真装置,电力系统新设备和网络的设计或改进能够被评价和准确地试验。现在人们能用数字技术建立电力系统更详细和更广泛的模型。使用RT DS在实时的条件下,也就是如同在实际的网络运行状态下,设备能被试验、运转和优选;意外事故能被设计和模拟;元件间的互相影响能被更好地分析和理解。 2 RT DS仿真系统的特点 实时数字仿真器RT DS是一个全数字化的电力系统电磁暂态(E MTP)模拟装置。RT DS硬件基于DSP(数字信号处理器)和并行计算,计算速度可达到实时输出的目的。RT DS的基本组成部分分为RACK,多个RACK之间通过总线和工作站接口卡WIF(W orkstation Interface)相连,RACK的数量视仿真系统的规模而定。每个R ACK包括多个RPC(Risc — 9 4 — ?电力电气?《电工技术杂志》2004年第7期
dSPACE实时仿真系统介绍 dSPACE简介 dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。dSPACE软硬件目前已经成为进行快速控制原型验证和半实物仿真的首选实时平台。 实现快速控制原型和硬件在回路仿真 RCP(Rapid Control Prototyping)—快速控制原型 要实现快速控制原型，必须有集成良好便于使用的建模、设计、离线仿真、实时开发及测试工具。dSPACE 实时系统允许反复修改模型设计北京汉阳，进行离线及实时仿真。这样，就可以将错误及不当之处消除于设计初期，使设计修改费用减至最小。 使用RCP 技术，可以在 费用和性能之间进行折衷；在最终产品硬件投产之前，仔细研究诸如离散化及采样频率等的影响、算法的性能等问题。通过将快速原型硬件系统与所要控制的实际设备相连，可以反复研究使用不同传感器及驱动机构时系统的性能特征。而且，还可以利用旁路（BYPASS ）技术将原型电控单元（ECU ：Electronic Control Unit ）或控制器集成于开发过程中，从而逐步完成从原型控制器到产品型控制器的顺利转换。RCP 的关键是代码的自动生成和下载，只需鼠标轻轻一点，就可以完成设计的修改。 HILS(Hardware-in-the-Loop Simulation)—半实物仿真 当新型控制系统设计结束，并已制成产品型控制器，需要在闭环下对其进行详细测试。但由于种种原因如：极限测试、失效测试，或在真实环境中测试费用较昂贵等nc.qoos.ipi，使测试难以进行，例如：在积雪覆盖的路面上进行汽车防抱死装置（ABS ）控制器的小摩擦测试就只能在冬季有雪的天气进行；有时为了缩短开发周期，甚至希望在控制器运行环境不存在的情况下（如：控制对象与控制器并行开发），对其进行测试。dSPACE 实时仿真系统的HIL 仿真将助您解决这一问题。 dSPACE开发流程
几款主流电子电路仿真软件优缺点比较 电子电路仿真技术是当今相关专业学习者及工作者必须掌握的技术之一，它有诸多优点：第一，电子电路仿真软件一般都有海量而齐全的电子元器件库和先进的虚拟仪器、仪表，十分方便仿真与测试；第二，仿真电路的连接简单快捷智能化，不需焊接，使用仪器调试不用担心损坏；大大减少了设计时间及金钱的成本；第三，电子电路仿真软件可进行多种准确而复杂的电路分析。 随着电子电路仿真技术的不断发展，许多公司推出了各种功能先进、性能强劲的仿真软件。既然它们能百家争鸣，那么肯定是在某些方面各有优劣的。下面就针对几款主流电子电路仿真软件的优缺点进行比较。 (1) Multisim 在模电、数电的复杂电路虚拟仿真方面，Multisim是当之无愧的一哥。它有形象化的极其真实的虚拟仪器，无论界面的外观还是内在的功能，都达到了的最高水平。它有专业的界面和分类，强大而复杂的功能，对数据的计算方面极其准确。在我们参加电子竞赛的时候，特别是模拟方向的题目，我们用得最多的仿真软件就是Multisim。同时，Multisim不仅支持MCU，还支持汇编语言和C语言为单片机注入程序，并有与之配套的制版软件NI Ultiboard10，可以从电路设计到制板layout一条龙服务。 Multisim的缺点是，软件过于庞大，对MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的专门的软件。 （2）Tina Tina的界面简单直观，元器件不算多，但是分类很好，而且TI公司的元器件最齐全。在比赛时经常用到TI公司的元器件，当在Multisim找不到对应的器件时，我们就会用到Tina来仿真。 Tina的缺点是，功能相对较少，对TI公司之外的元器件支持较少。 (3) Proteus
郑州航空工业管理学院 嵌入式系统实验报告 （修订版） 20 – 20第学期 赵成，张克新 院系： 姓名： 专业： 学号： 电子通信工程系 2014年3月制
实验一ARM体系结构与编程方法 一、实验目的 了解ARM9 S3C2410A嵌入式微处理器芯片的体系结构，熟悉ARM微处理器的工作模式、指令状态、寄存器组及异常中断的概念，掌握ARM指令系统，能在ADS1.2 IDE中进行ARM汇编语言程序设计。 二、实验内容 1．ADS1.2 IDE的安装、环境配置及工程项目的建立； 2．ARM汇编语言程序设计（参考附录A）： （1）两个寄存器值相加； （2）LDR、STR指令操作； （3）使用多寄存器传送指令进行数据复制； （4）使用查表法实现程序跳转； （5）使用BX指令切换处理器状态； （6）微处理器工作模式切换； 三、预备知识 了解ARM嵌入式微处理器芯片的体系结构及指令体系；熟悉汇编语言及可编程微处理器的程序设计方法。 四、实验设备 1. 硬件环境配置 计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上； 内存：1GB及以上； 实验设备：UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台，J-Link V8仿真器； 2. 软件环境配置 操作系统：Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2； 集成开发环境：ARM Developer Suite (ADS) 1.2。 五、实验分析 1．安装的ADS1.2 IDE中包括和两个软件组件。在ADS1.2中建立类型的工程，工程目标配置为；接着，还需要对工程进行、及链接器设置；最后，配置仿真环境为仿真方式。 2．写出ARM汇编语言的最简程序结构，然后在代码段中实现两个寄存器值的加法运算，给出运算部分相应指令的注释。 ; 文件名：
电力电子虚拟仿真教学实验平台 实验室建设背景 目前的高等教育中，越来越强调对学生实践能力的培养，实验教育成为理工科教育的一个至关重要的环节。然而，随着各学科实验项目和学生人数的增多，传统的电气实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求，在教学和学生使用上的不便之处也慢慢凸现出来。如何解决传统实验教学资源分配不足、实验方式过于刻板、实验器材维护费时费力、实验内容固定难以拓展等问题，是目前新工科建设、课程改革内容中一个讨论的热点。 在对创新型实验建设的需求日益明确之际，仿真实验教学的概念开始成为学校关注的重点。仿真教学实验是一种基于软件技术构建的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化，为开设各种专业实验课程提供了全新的教学与科研环境。因此建设仿真实验室可以与实物实验室互补，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点。近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些高科技的仿真实验室。 远宽解决方案 远宽能源除了将仿真技术应用于科研与工业测试，也率先将该技术引入到了教学实验室建设中。对于不同的实验内容与实验类型，远宽能源提出了如下的仿真实验建设的解决方案：实时仿真实验和远程虚拟仿真实验。
1. 实时仿真实验 远宽能源将先进的FPGA小步长实时仿真技术应用到教学实验室建设中，小步长实时仿真技术使它能够覆盖电力电子、电机驱动、新能源等多个电力电子相关应用的创新教学实验以及研究的需求。基于图形化系统建模，模型一键下载，无需FPGA编程编译，大大增强了产品的易用性；同时实验平台还配置了硬件控制器（TI的DSP或者NI的GPIC），和仿真器构成完整的闭环系统。实时仿真实验系统如下图所示：
0.引言 Proteus 是由英国Labcenter electronics 公司开发的EDA 工具软件。它从1989 年出现到现在已经有十多年的历史，在全球广泛使用。Proteus 安装以后，主要由两个程序组成：Ares和Isis。前者主要用于PCB 自动或人工布线及其电路仿真，后者主要采用原理布图的方法绘制电路并进行相应的仿真。除了上述基本应用之外，Proteus 革命性的功能在于它的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件代码级的调试，还可以直接实时动态地模拟按钮、键盘的输入，LED、液晶显示的输出，同时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。 Proteus 软件的应用范围十分广泛，涉及PCB 制版、spice 电路仿真、单片机仿真，在最新的6.9 版本中又加入了对ARM7/LPC2000 的仿真。本文主要以单片机的仿真为例，使大家初步了解该软件的强大功能及其在工程实践和实验教学中的重要作用。 1.Proteus 仿真功能简介 作为一款EDA 仿真软件，Proteus 与同类软件有着很多的相似之处。相比之下，其主要的特点有两个：一是对动态元件的实时仿真，它对“人机对话”的模拟增强了系统的真实性；二是虚拟工具箱的功能，它能与仿真同时进行，测量方便而准确。下面着重介绍一下该软件的这两个突出特点。 1.1.实时动态仿真 与多数仿真软件相似，Proteus 有着数量庞大的元件库。Labcenter 公司与相关的第三方软件阵容共同开发了6000 多个模拟和数字电路中常用的spice 模型以及各种动态元件，基本元件如电阻、电容、各种二极管、三极管、MOS 管、555 定时器等；74 系列TTL 元件和4000 系列CMOS 元件；存储芯片包括各种常用的ROM, RAM，EEPROM, 还有常见I2C 器件等。在丰富的库元件的支持下，原理布图时只要进行相应的调用和连线，通过对每个元件的属性设置完成绘图，然后即可进行仿真和虚拟测量。关于原理图的具体绘制方法不是本文讨论的重点，请参考软件提供的帮助教程。 与Multisim 等仿真软件的一大不同，在于Proteus 支持微处理器的仿真。这些仿真的实现是基于Labcenter 公司提出的VSM 的概念。 VSM，Virtual System Modelling，直接译作“虚拟系统模型”，官方的定义是：将spice电路模型、动态外设以及微处理器的仿真结合起来，在物理原型调试之前用于仿真整个单片机系统的一种设计方法[1]。对动态外设的支持是Proteus在区别于其他等仿真软件最直接的地方。VSM为用户提供了一个实时交互的环境，在仿真的过程中，你可以用鼠标去点击开关和按钮，微处理器根据输入的信号做出相应的中断响应，同时输出运算的结果到显示终端。整个过程与真实的硬件调是极其相似的，在动态外设支持下的实时输入和输出为实验者呈现了一个最接近现实的调试环境。官方资料显示，一个300 MHz Pentium II CPU可以以12MHz的时钟频率仿真一个基本的8051 系统。
几种常用电力系统仿真软件的比较分析 电力系统仿真软件的分类较为复杂，按照不同标准可分为：实时与非实时，短时与长时间等不同种类，而各个仿真软件在功能上都具有综合性，只是侧重点有所不同，在报告的最后有各类仿真软件功能的比较，以下为较著名的仿真软件的介绍。 1 RTDS RTDS由加拿大RTDS公司出品，一个CPU模拟一个电力系统元器件，CPU间的通讯，采用并行－串行－并行的方式。RTDS具有仿真的实时性，主要用于电磁暂态仿真。目前RTDS应用规模最大的是韩国电力公司(KEPCO)的装置, 有26个RACK，可以模拟400多个三相结点。RTDS仿真的规模受到用户所购买设备(RACK)数的限制。这种开发模式不利于硬件的升级换代，与其它全数字实时仿真装置相比可扩展性较差。由于每个RACK的造价很高, 超过30万美元, 因此仿真规模一般不大。基于上述原因，RTDS目前主要用于继电保护试验和小系统实时仿真。 2 EMTDC/PSCAD EMTDC是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件， PSCAD是其用户界面，一般直接将其称为PSCAD。使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能。PSCAD/EMTDC基于dommel电磁暂态计算理论，适用于电力系统电磁暂态仿真。EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）即
可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能工具。
PSCAD由Manitoba HVDC research center开发。 3 PSASP PSASP由中国电力科学研究院开发。PSASP的功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析和静态等值等。 故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定计算。机电暂态分析包括暂态稳定计算、电压稳定计算、控制参数优化等。 4 ARENE 法国电力公司(EDF)开发的全数字仿真系统ARENE, 有实时仿真和非实时仿真版本。实时版本有： （1）RTP版本，硬件为HP公司基于HP-CONVE工作站的多CPU 并行处理计算机，该并行处理计算机的最大CPU数量已达32个，可以用于较大规模系统电磁暂态实时仿真； （2）URT版本，HP-Unix工作站，用于中小规模系统电磁暂态实时仿真； （3）PCRT版本，PC-Linux工作站，用于中小规模系统电磁暂态实时仿真。 ARENE实时仿真器可以进行如下物理装置测试：继电保护，自动装置，HVDC和FACTS控制器，可以用50微秒步长进行闭环电磁暂态实时仿真。ARENE不作机电暂态仿真。采用基于HP工作站的并行处理计算机，其软硬件扩展也受到计算机型号的制约。
一．当今流行的电路仿真软件及其特性 电路仿真属于电子设计自动化（EDA）的组成部分。一般把电路仿真分为三个层次：物理级、电路级和系统级。教学中重点运用的为电路级仿真。 电路级仿真分析由元器件构成的电路性能，包括数字电路的逻辑仿真和模拟电路的交直流分析、瞬态分析等。电路级仿真必须有元器件模型库的支持，仿真信号和波形输出代替了实际电路调试中的信号源和示波器。电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。电路仿真技术使设计人员在实际电子系统产生之前，就有可能全面地了解电路的各种特性。目前比较流行的电路仿真软件大体上说有：ORCAD、Protel、Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker、Micro-CAP 和Edison等一系列仿真软件。 电路仿真软件的基本特点： ●仿真项目的数量和性能： 仿真项目的多少是电路仿真软件的主要指标。各种电路仿真软件都有的基本功能是：静态工作点分析、瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等4项；可能有的分析是：傅里叶分析、参数分析、温度分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、传输函数、直流和交流灵敏度分析、失真度分析、极点和零点分析等。仿真软件如SIMextrix只有6项仿真功能，而Tina6.0有20项，Protel、ORCAD、P-CAD等软件的仿真功能在10项左右。专业化的电路仿真软件有更多的仿真功能。对电子设计和教学的各种需求考虑的比较周到。例如TINA的符号分析、Pspice和ICAP/4的元件参数变量和最优化分析、Multisim的网络分析、CircuitMaker的错误设置等都是比较有特色的功能。 Pspice语言擅长于分析模拟电路，对数字电路的处理不是很有效。对于纯数字电路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述语言的仿真软件，例如，Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+plusII等。 ●仿真元器件的数量和精度： 元件库中仿真元件的数量和精度决定了仿真的适用性和精确度。电路仿真软件的元件库有数千个到1--2万个不等的仿真元件，但软件内含的元件模型总是落后于实际元器件的生产与应用。因此，除了软件本身的器件库之外，器件制造商的网站是元器件模型的重要来源。大量的网络信息也能提供有用的仿真模型。设计者如果对仿真元件模型有比较深入的研究，可根据最新器件的外部特性参数自定义元件模型，构建自己的元件库。对于教学工作者来说，软件内的元件模型库，基本上可以满足常规教学需要，主要问题在于国产元器件与国外元器件的替代，并建立教学中常用的国产元器件库。
Matlab／RTW实时仿真与嵌入式系统开发 引言在日益激烈的竞争中，系统的开发周期显得尤为重要，但开发时间 与系统安全性、可靠性又有一定冲突，如果仍然使用传统的编写代码的模式， 显然有些不妥。本文介绍一种基于Matlab／RTW 实现实时仿真与嵌入式系统 开发的方法。方法所涉及的开发环境如下：◆Microsoft Windows XP SP3：◆Matlab Version 7．5．0．342(R2007b)；◆Keil uVersion2V 2．30；◆Proteus 7．1SP2。先借助Matlab／RTW 建立模型并生成RTW(Real-Time Workshop) 代码(C 语言)，再使用Keil 编译、调试Matlab 生成的C 语言代码，并且生成HEX 文件。之后，利用Proteus 观察代码生成的效果，以验证代码的正确性。 基本流程如图1 所示。 1 构建Simulink 模型并生成RTW 代码以较为简单的模型为例，用 2 个开关 同时控制一个报警灯模型。当开关1、2 同时闭合时，报警灯亮，逻辑真值表 如表1 所列。在Simulink 中构建对应模型，只有当开关1、2 同时闭合时，报 警灯才亮，故选择如下模型实现上述功能。模型连接如图2 所示。 模型连接好之后，打开参数配置选项卡调整参数。具体修改项及其对应值 如表2 所列。 至此生成模型代码的前期准备已经完成，保存模型，取名Matlab_Test。下 一步就是点击Real_Time Work-shop 选项中的Build 按钮，Matlab 将自动生成模型代码。tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！