RTDS教学讲义-上海交通大学电气工程中心

电电 力力 系系 统统 综综 合合 实实 验验 实实时时数数字字仿仿真真系系统统（（R RT TD DS S）） 教教学学讲讲义义 上上 海海 交交 通通 大大 学学 电电 气气 工工 程程 系系 2 20 00 09 9. .0 07 7 目录目录 第一节 电力系统实时数字仿真器概述………………………………………………3 第二节 RTDS软硬件介绍…………………………………………………………… 4 2.1 硬件……………………………………………………………………….4 2.2 软件……………………………………………………………………….4 2.2.1 什么是 PSCAD？……………………………………………….4 2.2.2 如何启动 PSCAD？…………………………………………….5 第三节 PSCAD 基本操作………………………………………………………7 3.1 鼠标………………………………………………………………….….7 3.2 熟悉文件管理器………………………………….…7 3.2.1 如何创建项目（PROJECT）或例子（CASE）………………….9 3.3 用 DRAFT 绘制模型图…………………………………………………10 3.3.1 熟悉 DRAFT 界面…………………………………………………10 3.3.2 搭建模型的基本操作……………………………………………….12 3.4 用 RUNTIME 模块进行仿真……………………………………………14 3.4.1 熟悉 RUNTIME 界面………………………………………………14 3.4.2 RUNTIME 基本操作……………………………………………….15 第四节 实验……………………………………………………………………….18 2 RTDSRTDS 教学讲义教学讲义 第一节第一节 电力系统实时数字仿真器概述电力系统实时数字仿真器概述 目前对于电力系统的仿真研究方法主要有两类： 一为动态模拟，二为数值仿真。这两种方 法各有特点和局限性。动态模拟已经介绍，下面我们主要介绍数值仿真的特点。 伴随着数字计算机和数值技术的发展， 数值仿真技术日渐成熟。 这使得人们能够更加深入 地研究和分析电机及电力系统的暂、 稳态过程。目前，国内外的研究采用高级语言编程或己开 发出的一些比较成熟的数值仿真软件如：EMTP、EMTDC、PSPICE、以及MATLAB等，对电 机和电力系统的各种运行情况进行深入地研究。 对于电力系统， 目前已经能够进行复杂电力系 统的仿真研究。这种复杂电力系统的仿真基于发电机机组、 升压变压器、直流输电及交流输电 中各个电气元件准确的数学模型，定量地分析不同运行方式（正常、故障） 、稳态和暂态情况 下的系统各种电磁物理量（包括谐波）的变化情况。数值仿真具有不受被研究对象规模和复杂 性的限制；保证被研究系统的安全性、 系统实验的经济性、以及可用于对未来系统发展的预测 等优点。 但是， 以上数值仿真软件与动模仿真相比存在着一个共同的缺陷， 那就是它们只能对系统 进行计算分析，而不能对实际的控制装置和保护设备进行测试实验。 实时数字仿真器 RTDS（Real-time Digital Simulator）是由加拿大曼巴托尼HVDC 研究中 心开发，RTDS 公司制造，是为实时电磁暂态现象研究而开发的特殊用途计算机计算机。RTDS 不仅 具有数值仿真的准确性， 还能仿真较大规模的电力系统。 而且 RTDS还能将网络状态方程的解 通过 D/A 转换以物理量输出，进而与实际设备接驳构筑起灵活方便的数字—物理实验回路。 这样它又能像动模实验一样对实际的物理装置进行测试试验， 这也是单纯的数值仿真软件所无 法办到的。所以，RTDS同时具有了两种仿真手段的优点，是一种非常方便的仿真试验工具。 在原理上，RTDS 的软件 PSCAD 是基于目前已得到国际上普遍承认的电磁暂态仿真程序 EMTDC， 包含了大量的精确电力系统模型。 其算法采用 H.W.Dommel于 1969 年创建的经典电 磁暂态计算理论。Dommel 经典理论的主要思想是：对于任何复杂的电网，经过等值都可以变 为只包含电流源和电阻性元件的伴随等值计算网络。 这样系统在电磁暂态模式下可通过代数节 点方程进行完整的描述。 所以对于研究的系统可以先列出描述各元件和全系统暂态过程的微分 方程，然后用应用数值方法进行求解。RTDS 在硬件上是采用高速 DSP 芯片和并行处理结构 以完成连续实时运行所需的快速运算。 基于 DSP 的强大计算能力，RTDS 能够实时计算电力系统状态并输出到工作站或外部装 置。在运行于工作站上的PSCAD 软件中，用户可以使用元件库中的各种电力系统元件模型， 方便快速地搭建电力系统模型，编译后下载到 DSP 中计算，在模拟系统运行过程中能够通过 工作站对所模拟的电力系统进行控制。RTDS提供数字、模拟信号的输入输出接口，可进行控 制器和保护装置的实时测试。 目前 RTDS的频率响应最高能达到 1GHz 以上，一个简单电力系 统的仿真步长在 50μs 左右，含有 HVDC 或 FACTS装置的系统，仿真步长通常在 60μs 至 80μs 之间，能够满足交流系统各暂态现象研究的要求。相比传统的物理模拟方法， RTDS具有建模 周期短、灵活性强、安全性好、结果直观等特点，其计算精度和模型的合理性已通过国内外多 年的运行实践证实是可以信赖的。 目前 RTDS主要应用以下几个方面： 1)教学与培训 2)电力系统分析研究 3)测试控制设备 4)测试保护设备 3 第二节第二节 RTDSRTDS 软硬件介绍软硬件介绍 2.12.1 硬件硬件 Cubic RACK 工作站 图 1.RTDS 外观 整个 RTDS系统在硬件上包括工作站、 机柜 （cubic） 、 RACKs、 各种处理器卡 （TPC、 3PC、 GPC） 、I/O 接口卡、RACK 间通讯卡（IRC） ，工作站通讯卡（WIF）,光隔系卡（OIC） ，MUX 卡。 处理器卡（处理器卡（Processor CardProcessor Card）） ，从 TPC 卡到 3PC 卡到 RPC 卡到 GPC 卡处理能力一代比一 代强，性能也越来越优越。其中GPC 卡的运算速度达到 G 兆。处理器卡是RTDS仿真装置的 最关键的硬件。 WICWIC（Workstation Interface Card）卡，工作站接口插卡是以 M68020 为基础的处理器卡， 其基本的功能是处理 RTDS 仿真装置和工作站之间的数据交换。现在已被新一代产品WIF 卡 代替。 IRCIRC（（Inter-Rack Communications CardInter-Rack Communications Card）卡，）卡，RACK 间通信卡，主要负责处理RACK 与 RACK 之间的数据交换。 OIC(Optical Isolation System)OIC(Optical Isolation System)卡卡，光隔离系统卡，提供了16 个模拟量输入输出通道和32 位的数字量输入输出通道。RTDS与外界量的交换必须要通过光隔系统。O