下载文档原格式
RTDS仿真教程RTDS (Real-Time Digital Simulator) 是一种基于计算机硬件和软件的仿真平台，主要用于电力系统的实时仿真和测试。
它具有高度可扩展性和灵活性，能够模拟从小型分布式发电系统到大型电网系统的各种场景。
本文将介绍 RTDS 仿真平台的基本原理和使用方法。
首先，我们将介绍RTDS的基本原理。
RTDS由两部分组成：硬件和软件。
硬件部分主要包括处理器、输入/输出接口和通信模块，用于接收和发送仿真模型中的数据。
软件部分由仿真模型和仿真控制程序组成。
仿真模型是电力系统的数学模型，包括发电机、输电线路、负荷等。
仿真控制程序用于控制仿真模型的运行和数据的采集。
在RTDS中，首先需要创建仿真模型。
仿真模型使用一种专门的描述语言（例如，RSCAD），用于描述电力系统的拓扑结构、设备参数和控制策略。
通过这种方式，可以快速而准确地构建出电力系统的仿真模型。
创建好仿真模型后，需要编写仿真控制程序。
仿真控制程序是基于C语言开发的，用于控制仿真模型的运行和数据的采集。
通过对仿真控制程序的编写，可以实现电力系统不同场景下的仿真和测试。
在进行仿真之前，需要对仿真模型和仿真控制程序进行配置和编译。
首先，需要设置仿真模型的初始状态和仿真时间。
然后，需要将仿真模型和仿真控制程序进行编译，生成可执行文件。
生成的可执行文件包含了仿真模型和仿真控制程序的运行逻辑，可以直接在RTDS平台上进行仿真。
在进行仿真时，可以选择不同的仿真模式。
RTDS支持多种仿真模式，包括正常仿真、脱机仿真和实时仿真。
正常仿真模式用于对系统进行长时间稳定性仿真。
脱机仿真模式用于对系统进行短时间稳定性仿真，可以通过调整仿真参数和控制策略，快速改进系统稳定性。
实时仿真模式用于对系统进行实时控制策略的验证和测试，可以模拟实际系统的运行状态。
进行仿真后，可以通过RTDS平台提供的各种工具和图形界面对仿真结果进行分析和可视化。
RTDS支持实时监测仿真结果、绘制曲线图、生成报表等功能。
探讨基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真本文将探讨基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真技术，从技术原理、应用案例、未来发展等多个方面进行分析。
一、技术原理实时混合仿真技术是以RTDS为核心，融合数字计算机、电力系统仿真软件、实时数学模型等多种技术的一种仿真手段。
RTDS是一种基于硬件的数字仿真平台，具有高精度、高响应速度、实时性强的特点，能够模拟电力系统实时运行情况。
而数字计算机作为实时控制器，能够对仿真模型进行实时调控，使得仿真系统具有快速响应和高精度的特点。
通过数字计算机和RTDS的相互配合，实现了对电力系统不同状态下的实时仿真。
二、应用案例基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真技术在电力系统领域具有广泛的应用，已经成为电力系统研究和测试的重要工具。
下面将介绍几个实际应用案例。
1. 电力系统稳定性研究在电力系统稳定性研究中，实时混合仿真技术能够模拟电力系统在不同故障条件下的运行情况，对电力系统的稳定性进行评估和分析。
通过数字计算机和RTDS的配合，能够实时调整仿真模型，监测电网运行状态，分析电网不稳定原因，为电网稳定性的改善提供技术支持。
2. 智能电网仿真随着智能电网技术的不断发展，实时混合仿真技术成为智能电网研究的重要工具。
通过数字计算机和RTDS的实时调控和仿真模拟，能够对智能电网的运行行为进行实时跟踪和评估，为智能电网的优化设计和实际运行提供技术支持。
3. 新能源接入研究随着新能源接入电力系统的增多，新能源接入对电力系统的影响也越来越大。
实时混合仿真技术能够模拟新能源接入对电力系统的影响，预测新能源接入对电力系统的稳定性和安全性的影响，为新能源接入的规划和设计提供技术支持。
三、未来发展实时混合仿真技术基于数字计算机和RTDS的优势，在电力系统领域具有广阔的应用前景。
随着电力系统技术的不断发展和智能化程度的提高，实时混合仿真技术将会得到更多的关注和应用。
未来，实时混合仿真技术将在以下几个方面得到进一步发展。
RTDS实验报告孙杰2009203099在电力系统中为验证新的控制、保护等装置的性能，在安装、投运之前需要对其进行实时仿真测试，以确定其是否满足设计要求。
具体的可分为动态模拟试验方式和数字仿真方式。
动模试验是一种物理模拟方式，应用相似理论建立缩小的物理模型来模拟实际的电力系统，比如我们学院的动模实验室。
但是随着仿真系统规模的扩大，系统情况的复杂，建立动模试验的投资也越大，建设周期也越长，因而限制了动模试验方式的进一步发展。
数字仿真是以计算机为主体，采用数学模型和数值算法对电力系统进行模拟，具有安全、经济、方便等优点。
故障出现时，依次会出现波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。
波过程的时间是毫秒级，电磁暂态过程时间是秒级，机电暂态过程时间会长点。
RTDS全称为实时数字仿真，是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置。
RTDS不是实现系统元件的物理小型化，其元件参数和电路结构以软件模型为基础。
RTDS的研究能被迅速而且方便地修改，从一个问题切换到另一个问题只需要最短的时间。
RTDS仿真系统是先进的计算机硬件和大量的计算软件的综合体。
硬件是完全模块化的，允许用户随时扩展设备已适应复杂系统模型。
软件是与RTDS仿真系统硬件联系的主要界面。
允许用户完成所有必须的步骤，包括准备和运行仿真工作，分析输出结果等。
电力系统的模型是通过从任意数目的用户自定义的电力系统元件库中取出元件模型来构造而成，同时显示在计算机屏幕上。
可以进行编译和运行。
通过设置CT和PT可以看系统任意位置的电流和电压。
硬件基于DSP和并行计算，具有很强的硬件计算能力，进行系统研究是运算速度快得多，计算速度可达到实时输出的目的。
RTDS的基本组成部分分为RACK。
多个RACK之间通过WIF卡相连，RACK的数量要视仿真系统的规模大小而定。
具体每个RACK包括多个RPC卡或3PC卡，每个3PC卡包括三个数字信号处理器，功能更强，速度更快。
系统可以分成几部分分别在不同3PC中进行仿真。
探讨基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真
实时混合仿真是基于数字计算机和实时数字仿真设备（RTDS）进行的一种新型仿真方法。
它是以时间为主轴，将数字仿真和实时仿真相结合的一种仿真技术，可以快速、准确地模拟各种电气设备的运行情况。
数字计算机是现代计算机技术的代表，可以进行大规模并行计算，并具有强大的处理能力和存储能力。
RTDS是一种专门用于电力系统仿真的实时仿真设备，能够实现电力系统电路的实时仿真与控制，并且具有高精度、高可靠性、高可扩展性的特点。
实时混合仿真技术将数字仿真和实时仿真相结合，可以在实验室环境中准确、可靠地模拟各种电力系统设备的运行情况。
实时混合仿真技术能够模拟电力系统中不同设备的动态响应、稳态特性和互联网络的通信行为。
通过实时混合仿真技术，可以更加准确地评估电力系统的安全性、稳定性和可靠性。
实时混合仿真技术的应用领域非常广泛，涵盖了发电、输电、配电、工业生产等众多领域。
在发电系统方面，实时混合仿真技术可以用于发电机组的调速控制、谐波分析、电磁暂态分析等方面。
在输电系统方面，实时混合仿真技术可以用于电力负载的控制、电力传输的稳定性分析等方面。
在工业生产方面，实时混合仿真技术可以用于制造业、能源和环境保护等领域。
因此，实时混合仿真技术在电力系统运行、控制和管理方面具有重要的应用价值。
未来，随着电力系统的不断发展和数字化、智能化的发展趋势，实时混合仿真技术将会得到更加广泛的应用。
实时数字仿真器（RTDS）介绍由于电力系统的特殊性，对很多故障处理方法不可能进行现场的实际模拟运行分析，只能借助于计算机仿真手段。
数字仿真系统具有独特的灵活性、试验的可控制性和准确的可重复性及系统试验的安全性和经济性等诸多优点，使得数字仿真系统得到广泛的应用。
数字仿真系统分为两种：非实时数字仿真软件和实时数字仿真器。
1.1非实时数字仿真软件常用的仿真工具大多为非实时的仿真程序。
下面介绍国内外应用最广泛的两种软件。
1.1.1电磁暂态仿真程序/电磁暂态分析软件(ATP/EMTP)EMTP（electromagnetic transients program）是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析。
它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）后一些特定变量随时间变化的规律，将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统保护设备实验的有力工具。
ATP（alternative transients program）是EMTP的免费独立版本。
1.1.2电力系统计算机辅助设计/直流电磁暂态程序（PSCAD/EMTDC）Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC(electromagnetic transients including DC)的初版，这是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，PSCAD(power system computer-aid design)是其用户界面，PSCAD的开发成功，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的可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端，可模拟任意大小的交直流系统。
1.2实时数字仿真器（RTDS）RTDS(real-time digital simulator)是计算机并行处理技术和数字仿真技术发展的产物，是由加拿大Manitoba高压直流(HVDC)研究中心开发的专门用于实时研究电力系统的数字动模系统,该系统中的电力系统元件模型和仿真算法是建立在已获得行业认可，且已广泛应用的EMTDC基础上的，是EMTDC的实时化，仿真，频率响应精确到3000Hz。
探讨基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真1. 引言1.1 研究背景实时混合仿真是指利用数字计算机和实时数字仿真系统（如Real-Time Digital Simulator，简称RTDS）相结合，对复杂系统进行快速、高效的实时仿真。
随着现代电力系统的复杂性和规模不断增加，传统的电力系统仿真工具已经难以满足对实时性和准确性的要求。
而基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真技术，可以有效地解决这一问题。
将数字计算机和RTDS相结合，可以充分发挥它们各自的优势，实现对电力系统的高效、精确的实时仿真。
这对于电力系统的运行、控制和保护等方面具有重要意义，有助于提高电力系统的稳定性和可靠性，促进智能电网的发展。
研究基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真技术具有重要的理论和应用价值。
1.2 研究意义实时混合仿真是数字计算机和RTDS相结合的一种高级仿真技术，其在电力系统、航空航天等领域具有重要的应用意义。
实时混合仿真可以帮助工程师们更加直观地了解系统的运行情况，及时发现问题并采取相应措施，提高系统的可靠性和安全性。
实时混合仿真可以加快系统设计和调试的过程，降低成本和风险，并且可以提供更多的仿真数据用于系统优化和改进。
实时混合仿真还可以帮助学生更好地理解系统的工作原理和运行机制，促进人才的培养和学科的发展。
研究实时混合仿真的意义在于推动科学技术的发展，提高生产效率，促进产学研合作，培养优秀人才，促进经济社会的可持续发展。
1.3 研究目的研究目的是探讨基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真技术在电力系统领域的应用。
通过对数字计算机和RTDS在实时混合仿真中的优势和挑战进行分析，可以为电力系统仿真提供更加准确和可靠的工具和方法。
通过研究实时混合仿真的关键技术和发展趋势，可以为未来电力系统仿真技术的进一步发展提供一定的参考和指导。
通过本研究，旨在为实现电力系统的安全、稳定和高效运行提供更好的技术支撑，并促进电力系统仿真技术的不断创新和突破。
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 MT 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—94—・电力电气・《电工技术杂志》2004年第7期Pr ocess or C ard )卡或3PC (T riple Pr ocess or C ard )卡,每个3PC 卡包括3个SH ARC A D21062数字信号处理器(Digital Signal Process or ,DSP ),速度更快,功能更强。
一个或多个DSP 可仿真一个电力系统的基本元件,如母线、线路、开关、电压互感器(PT )、电流互感器(CT )、发电机、励磁系统等。
RT DS 通过这些基本元件构成系统。
构成的系统运行于其上层工作站的PSC AD (电力系统计算机辅助设计)软件。
PSC AD 是RT DS 专用的图形界面,可供用户完成构成系统、运行监控、分析结果等工作。
RT DS 的核心软件为E MT DC 软件,该软件是可以进行直流研究的电磁暂态计算程序。
RT DS 通过以太网与工作站相连。
在工作站上,可以通过PSC AD 对RT DS 完成各种操作。
RT DS 最重要的特性是它能维持实时条件下的连续运行,也就是说,它能足够快地求解电力系统的方程并连续地产生输出,这些输出真实地代表了实际网络的状态。
由于计算结果的实时性,仿真系统能直接连到电力系统控制和保护设备上进行闭环试验。
这种试验方法可在多种故障条件下对设备进行测试,其中许多测试条件是无法用其他办法或不允许在实际系统中实现的。
因此,RT DS 仿真系统可用来做保护系统的闭环试验并且大大优于其他试验方法,还能校验保护设备的性能及设置。
放大器常被接入回路以使继电保护能用其在运行中所使用的工作电压和电流来测试。
RT DS 仿真系统是先进的计算机硬件和大量的计算机软件的综合体。
电力系统的模型是通过从任意数目的用户自定义的电力系统元件库中取出元件模型构造而成,同时显示在计算机屏幕上。
软件是与RT DS 仿真系统硬件联系的主要界面。
它的设计允许用户完成所有必需的步骤,包括准备和进行仿真工作,分析输出结果等。
硬件是完全模块化的,允许用户随时扩展设备以适应最复杂和详细的系统模型。
3 RT DS 仿真系统的应用RT DS 仿真装置是一个全数字化的电力系统电磁暂态(E MTP )模拟装置。
它用于进行控制和保护设备的闭环试验,完成系统分析研究,培训运行人员、工程师和学生。
它是一种取代暂态网络分析仪和模拟式或数模混合式模拟装置的经济而高效的方案。
RT DS 仿真装置使用户有可能研究扰动对电力系统设备和网络的影响,以防止故障或停运,其应用示意如图所示。
图 RT DS 应用示意311 电力系统分析研究电力系统的仿真研究可以包括几乎所有的网络结构,从单电源的负载这类非常小的研究直到能代表一个完整的电力公司网络的基本动态特性的研究。
特别是RT DS 仿真系统提供的结果比传统的稳定和潮流程序深刻得多,这是因为RT DS 仿真系统代表的系统特性包含了一个很大的频率范围(直流到4kH z )。
在这个频率范围内,RT DS 仿真系统是精确分析电力系统现象的理想工具。
312 测试保护及控制设备对于保护和控制系统的试验,RT DS 仿真系统逼真地模拟实际电力系统的状态。
由于被试的设备直接连接到仿真系统,因而它将像在实际系统中运行一样。
这种试验方法使设备能在大量系统可能发生的情况下进行试验,而这些试验是用别的方法不能做到或在实际的系统中不允许进行的。
闭环试验提供了一种方法不仅能用来评价保护和控制设备的运行,而且也能用来评估网络对设备正常运行或误动作的反应。
同时,由于RT DS 仿真系统中具有充足且易于使用的信号输入和输出通道,这使得测试复杂控制器所需要的大量信号传输变得更加容易。
313 教学与培训中的仿真RT DS 仿真系统是一个理想的演示和教育工具,用来详细说明仿真技术、电力系统动态特性及其运行的状态。
一些大学和培训机构已将RT DS 仿真系统用于他们的教学研究与开发项目中。
学生能够有效地亲身体验一个由仿真系统模拟的运行中的电力—5—《电工技术杂志》2004年第7期电力系统实时数字仿真器RT DS系统。
RT DS仿真系统给学生提供了一个案头的工具来帮助他们将理论和电力系统的实际运行联系起来。
4 RT DS仿真系统的功能RT DS采用并行DSP进行数字仿真,每1～3个DSP仿真一个电力系统元件,仿真步长可达50μs,因而具备一切数字仿真的特点,如精度高、响应时间短、修改参数方便、建立模型简单、模拟事故不会引起设备损坏等优点。
除此之外,图形操作界面不仅可以直观方便地建立模拟系统并分配给RT DS进行实时计算,也可作为E MT DC等软件的用户界面。
从应用实例来看,随着RT DS的推广应用,其应用于电力系统的各种仿真和测试也越来越多,RT DS主要有以下几个方面的功能。
(1)交流电网实时暂态分析计算和交直流联网系统的运行研究。
RT DS仿真系统可研究电力系统暂态过程中,各种快速响应装置的相互影响,如FACTS装置(S VC、ST AT C OM、T CSC、UPFC)、高速继电保护装置、断路器、自动重合闸、变压器的饱和特性/励磁涌流等。
还可研究电网互联的运行问题。
(2)高压直流输电(H VDC)系统及其控制系统的研究。
RT DS可模拟H VDC的换流器、线路、电抗器及控制系统、交流系统、高压输电线路、发电机等,还可与实际H VDC控制系统相连组成实时闭环系统。
(3)研究电力系统暂态过程中稳定性及对电网的影响问题。
RT DS可以用来研究扰动对电力系统暂态稳定性的影响,以及暂态过程对电网的影响,后者主要包括发电机轴系扭振问题,以及对电力系统稳定器、自动调压器、保护系统的影响。
研究变压器饱和效应及其他非线性影响、自动重合闸。
当电力系统受到干扰时,模拟电网的振荡,以及新型快速控制及开关设备的相互影响。
(4)开发测试电力系统新装置。
RT DS用于开发和研究电力系统新装置及其控制系统。
此外,RT DS 还可以对继电保护系统进行实时闭环测试。
(5)进行事故分析和仿真计算。
从RT DS的功能特点和应用范围来看,和同类仿真器相比,其大电网模拟和闭环测试功能最具特点,因此,可以考虑用RT DS作为电网规划设计、运行及其故障分析的工具。
5 RT DS成套设备RT DS仿真装置包括硬件和软件。
511 硬件为方便用户使用和扩展,RT DS的硬件结构都是采用小型模块化设计,并采用并行处理方式。
当计算大型的仿真系统时,可以将其作为一个整体或若干部分运行。
一个RT DS模拟器是一个或多个计算机硬件单元,这些单元被称为机柜(RACK),它们安装在机架中。
最小的机架有1个机柜,中等的机架有1～2个机柜,全尺寸机架室有1个、2个或3个机柜。
机架中还有一些必要的辅助设备,如电源和冷却风扇以及可选硬件如接口设备。
RT DS仿真装置硬件的一个机柜包含最多18个处理器和2个通信卡。
