[實用新型]一種基于光纖通信的電力系統(tǒng)數(shù)字實時仿真物理接口裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320545319.3
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN203414742U
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張星;張艷;田芳;王峰;王翔旭;劉子新;徐得超
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;中國電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于信息通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖通信的電力系統(tǒng)數(shù)字實時仿真物理接口裝置。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)實時仿真能實時模擬電力系統(tǒng)各種過程，并能接入實際物理裝置進行試驗。目前能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)實時仿真的手段主要包括物理仿真、數(shù)字物理混合仿真和數(shù)字仿真，其中數(shù)字實時仿真基于現(xiàn)代計算機技術(shù)和信息技術(shù)，使用靈活方便，性價比高，而且占地面積小，可擴展性好,是當(dāng)前國際上實時仿真的主要發(fā)展方向。

電力系統(tǒng)數(shù)字實時仿真系統(tǒng)通常由計算平臺、接口裝置等模塊組成。計算平臺包括多個計算核心（一般為多臺高性能服務(wù)器或多個DSP芯片），多個計算核心間通過數(shù)據(jù)總線或高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，基于并行計算實現(xiàn)電力系統(tǒng)的實時仿真計算；物理接口一般包括AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、DI（開關(guān)量輸入）、DO（開關(guān)量輸出）等接口，用于外接實際的電力系統(tǒng)裝置，實現(xiàn)數(shù)字仿真與實際物理裝置之間的信號交互，從而對實際物理裝置進行各種閉環(huán)試驗。在仿真過程中，計算平臺和物理接口之間每一時步交換一次數(shù)據(jù)：計算平臺發(fā)送需要輸出的變量到物理接口，物理接口將其轉(zhuǎn)換為實際的AO/DO輸出信號；物理接口將AI/DI輸入信號轉(zhuǎn)換為變量并發(fā)送給計算平臺，計算平臺在下一時步的仿真計算中使用該變量。

作為數(shù)字實時仿真系統(tǒng)和實際物理裝置之間的信號轉(zhuǎn)換接口，物理接口裝置的通道規(guī)模直接關(guān)系著試驗規(guī)模，物理接口裝置的采樣精度、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)傳輸帶寬及時鐘同步精度直接影響試驗的準(zhǔn)確性。

近年來，直流輸電（HVDC）、靈活交流輸電（FACTS）等電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，基于電力系統(tǒng)實時仿真對電力電子設(shè)備的控制保護系統(tǒng)進行閉環(huán)試驗面臨新的挑戰(zhàn)。一方面是接口通道規(guī)模要求不斷增加，以開展一回±500kV常規(guī)直流輸電系統(tǒng)的控制保護裝置閉環(huán)試驗為例，數(shù)字實時仿真系統(tǒng)與控制保護裝置之間的接口信號數(shù)目超過200路；如果開展多回直流輸電系統(tǒng)或特高壓直流輸電（UHVDC）系統(tǒng)的直流控制保護系統(tǒng)閉環(huán)試驗，則接口信號數(shù)目可達上千路。如果采用之前的物理接口技術(shù)，在接口通道數(shù)目、信號同步性能等方面難以滿足如此大規(guī)模的試驗要求。另一方面是接口速度要求不斷變快，對于STATCOM、輕型直流輸電等高頻開斷的電力電子設(shè)備，為保證仿真精度，必須采用20us甚至更小的步長進行實時仿真和接口輸入輸出，常規(guī)實時仿真系統(tǒng)50us～100us的步長不能滿足閉環(huán)試驗要求。

實用新型內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種基于光纖通信的電力系統(tǒng)數(shù)字實時仿真物理接口裝置，具有接口規(guī)模大、采樣精度高、數(shù)據(jù)處理快、同步精度高等特點，滿足新的試驗需求。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取如下方案：

提供一種基于光纖通信的電力系統(tǒng)數(shù)字實時仿真物理接口裝置，所述接口裝置包括機箱和位于機箱內(nèi)部的底板、電源板、功能板、轉(zhuǎn)接板以及液晶屏；所述底板與機箱的上面板和下面板垂直設(shè)置，所述電源板、功能板和轉(zhuǎn)接板均通過機箱上面板、下面板以及底板上分別設(shè)置的插槽固定，所述液晶屏安裝在機箱前面板上，通過PCI總線與底板連接。

所述電源板垂直于底板和上面板，所述功能板和轉(zhuǎn)接板均與電源板平行設(shè)置。

所述底板從電源板獲取電源信號及同步信號，并通過電源總線和同步信號總線將獲取的信號轉(zhuǎn)發(fā)至功能板，同步信號支持IRIG-B對時和1PPS對時。

所述電源板提供電源信號接口和同步信號接口，底板上的電源總線及同步信號總線分別電源信號接口和同步信號接口與電源板連接。

所述功能板包括AI板、AO板、DI板和DO板，進行AI、AO、DI和DO信號轉(zhuǎn)換。

所述功能板前后連接方式為：前一塊功能板的SFP-T連接至后一塊功能板的SFP-R，從而形成2.5Gbps串行光纖傳輸鏈路，采用Aurora串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以比特或字節(jié)的方式進行高效數(shù)據(jù)交互，使得增加一級功能板卡引入300ns的延時，滿足10us步長的實時IO交互需求。

所述液晶屏為TFT，用于所述接口裝置運行狀態(tài)監(jiān)視。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于：

1.報文基于2.5Gb/s的SFP串行光纖鏈路進行傳輸，采用高速高效的傳輸協(xié)議和基于“比特”/“字節(jié)”的處理技術(shù)，使得接口裝置滿足10us步長的實時IO需要；

2.采用Aurora串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，提高了光纖通信卡單路光纖通道連接的I/O規(guī)模，最大可承載1023個I/O基本通道單元；