數(shù)字仿真儀遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)

摘 要： 為了提高實(shí)驗(yàn)室完成大規(guī)模穩(wěn)控系統(tǒng)能力，設(shè)計(jì)了一種數(shù)字仿真儀遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并展開實(shí)驗(yàn)測試分析。數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換裝置為各測試廠站都配備相應(yīng)的模擬量控制參數(shù)以及開入量與故障選擇參數(shù)，通過軟件系統(tǒng)控制仿真設(shè)備與測試站的延遲參數(shù)。為了跟遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)形成良好配合狀態(tài)，構(gòu)建一個具備標(biāo)準(zhǔn)化要求的遠(yuǎn)程測試模塊。經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)策略動作準(zhǔn)確，系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性要求，與傳統(tǒng)形式的RTDS仿真過程相比，實(shí)現(xiàn)了高度一致的動作狀態(tài)，不過完成整組動作需要增加62 ms左右。由于穩(wěn)控系統(tǒng)執(zhí)行站機(jī)組中斷路器需要約50 ms的時(shí)間完成動作，遠(yuǎn)程測試情況更加符合現(xiàn)場穩(wěn)控系統(tǒng)控制情況。

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)程測試; 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口裝置; RTDS; 閉環(huán)測試

中圖分類號： TM743文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design and Test of Remote Test Data Conversion System for Digital Simulator

LI Xiao

（Aviation Manufacturing Engineering Center， Xian Aviation Vocational and Technical College， Xian， Shanxi 710089， China）

Abstract： In order to improve the ability of completing large-scale stability control system in laboratory， a remote test data conversion system of digital simulation instrument is designed， and experimental test and analysis are carried out. The data interface conversion device is equipped with corresponding analog control parameters and input and fault selection parameters for each test station， and the delay parameters of the simulation equipment and test station are controlled by the software system. In order to form a good cooperation with the remote test system， a remote test module with standardized requirements is constructed. After simulation， it is found that each strategy action is accurate and the system meets the requirements of stability. Compared with the traditional RTDS simulation process， it achieves a highly consistent action state， but the completion of the whole group of actions requires an increase of about 62 ms. Since it takes about 50 ms to complete the operation of the circuit breaker in the unit of the execution station of the stability control system， the remote test situation is more consistent with the control situation of the field stability control system.

Key words： remote test; data conversion interface device; RTDS; closed-loop test

0 引言

我國在“十三五”規(guī)劃中專門針對特高壓交直流電網(wǎng)提出了特定的發(fā)展要求，這在一定程度上使其獲得了技術(shù)的快速進(jìn)步，為每個電網(wǎng)都構(gòu)建了確保電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，形成相互協(xié)調(diào)的綜合調(diào)控系統(tǒng)，為確保電網(wǎng)的安全性提供了可靠的防線?，F(xiàn)階段，穩(wěn)控系統(tǒng)已能夠完成出廠檢測、現(xiàn)場聯(lián)調(diào)仿真以及動態(tài)測試等多項(xiàng)功能[1-3]，采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀（RTDS）可以完成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真測試并對一次系統(tǒng)發(fā)生的各項(xiàng)動態(tài)變化進(jìn)行模擬，根據(jù)不同時(shí)序獲得模擬量以及開關(guān)量參數(shù)，快速檢測出穩(wěn)控系統(tǒng)處于靜模測試模式下無法被察覺的各類缺陷，這使其獲得了大規(guī)模推廣應(yīng)用[4-8]。

根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際測試系統(tǒng)運(yùn)行模式可知，進(jìn)行RTDS仿真的測試過程并沒有跟現(xiàn)場的聯(lián)調(diào)處理形成緊密關(guān)聯(lián)，采用RTDS仿真方法雖然可以達(dá)到實(shí)時(shí)閉環(huán)測試的效果，并對復(fù)雜故障時(shí)序以及系統(tǒng)動態(tài)變化過程進(jìn)行測試，不過依然不能準(zhǔn)確檢測現(xiàn)場穩(wěn)控系統(tǒng)所產(chǎn)生的隱性故障，從工程搭建層面分析，整個測試系統(tǒng)并不能滿足重用性要求，從而降低了仿真效率[9-12];此外，受實(shí)際場地范圍以及有限的裝備數(shù)量約束，無法準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行控制過程[13-15]。

1 遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置的功能設(shè)計(jì)

為RTDS系統(tǒng)以及被測設(shè)備新增了不同數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，由此實(shí)現(xiàn)仿真測試RTDS系統(tǒng)與現(xiàn)場穩(wěn)控系統(tǒng)裝置獲得雙向信息交互的通道，并完成閉環(huán)測試。此裝置包含了以下幾項(xiàng)功能：

（1） 為RTDS測試系統(tǒng)構(gòu)建模擬量接口，可以對元件的各項(xiàng)電性能參數(shù)進(jìn)行采集并對故障情況進(jìn)行判斷;

（2） 在RTDS試驗(yàn)系統(tǒng)上建立開關(guān)量接口，可以輸出開關(guān)位置、直流極狀態(tài)、跳閘數(shù)據(jù)、閉鎖直流等結(jié)果;

（3） 可以跟現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備之間構(gòu)建通信渠道，把RTDS系統(tǒng)產(chǎn)生的仿真模擬量以及開關(guān)量參數(shù)轉(zhuǎn)換為能夠被測試儀器識別的數(shù)字信號，之后經(jīng)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)將數(shù)據(jù)信號傳輸至現(xiàn)場設(shè)備中，以此取代由被測設(shè)備采集得到的模擬量與開關(guān)量，同時(shí)觸發(fā)設(shè)備邏輯與動作方式;

為提高系統(tǒng)兼容性，選擇標(biāo)準(zhǔn)化方法為RTDS系統(tǒng)以及仿真轉(zhuǎn)換設(shè)備之間構(gòu)建接口：使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議來完成仿真轉(zhuǎn)換設(shè)備和被測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，各臺轉(zhuǎn)換裝置都可以和m（m≥2）個現(xiàn)場設(shè)備同步進(jìn)行通信，由此達(dá)到各臺轉(zhuǎn)換設(shè)備能夠跟m個控制保護(hù)設(shè)備實(shí)施同步仿真過程。當(dāng)滿足RTDS系統(tǒng)RACK規(guī)模要求時(shí)，可利用n臺同樣的轉(zhuǎn)換設(shè)備對系統(tǒng)中（n×m）個廠站包含的保護(hù)控制設(shè)備實(shí)施聯(lián)合仿真，從而提高該系統(tǒng)的擴(kuò)展性。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加，當(dāng)數(shù)據(jù)容量超過轉(zhuǎn)換設(shè)備能夠采集的能力時(shí)，可以為測試系統(tǒng)提供多套標(biāo)準(zhǔn)以及同樣轉(zhuǎn)換裝置來完成各站之間通信過程，不必額外開發(fā)新的裝置軟件，因此可以對系統(tǒng)進(jìn)行高效擴(kuò)展，充分滿足對全網(wǎng)RTDS實(shí)施遠(yuǎn)程仿真的要求。

2 遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)換裝置接口設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)過程可知，RTDS系統(tǒng)必須能夠提供48組以上的模擬量小信號才能適應(yīng)數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換需求，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置上對功率、跳閘等參數(shù)進(jìn)行采集與分析，之后將這些數(shù)據(jù)傳輸至穩(wěn)定性控制裝置中;利用RTDS系統(tǒng)提供的開關(guān)量集線器獲取直流極參數(shù)以及閥運(yùn)行數(shù)據(jù)，再通過空接點(diǎn)得到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置開入，之后將其傳輸?shù)浆F(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備中;采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式還可以接收由現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)生的解列線路數(shù)據(jù)以及直流調(diào)制參數(shù)，之后通過開關(guān)量輸出的過程將其傳輸至RTDS仿真系統(tǒng)中，如表1所示。

各接口的示意結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換裝置為各測試廠站都配備了相應(yīng)的模擬量控制參數(shù)以及開入量與故障選擇參數(shù)，以此確保遠(yuǎn)程測試轉(zhuǎn)換裝置能夠采集獲得和被測試廠站設(shè)備相對應(yīng)的模擬量。

2.2 通信接口設(shè)計(jì)

利用一臺多路通信復(fù)接設(shè)備與其它各類配套附件來構(gòu)建數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置和現(xiàn)場裝置之間的通信渠道，可以產(chǎn)生總共22路容量為2M的復(fù)接接口，以G.703方式作為接口類型，達(dá)到12words通信幀長，將轉(zhuǎn)換裝置通信地址設(shè)定在100。

利用RTDS系統(tǒng)中包含的各類交直流仿真測試方法，再根據(jù)現(xiàn)階段穩(wěn)控系統(tǒng)所選擇的常規(guī)通信模式，綜合分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，各項(xiàng)通信接口協(xié)議，如表2所示。

為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備構(gòu)建了確定的“測試站x通道延遲時(shí)間”，通過軟件系統(tǒng)控制仿真設(shè)備與測試站x的延遲參數(shù)，在此基礎(chǔ)上評價(jià)遠(yuǎn)程測試平臺受到通道延遲影響后造成的仿真結(jié)果變化及其對系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生的作用。

2.3 現(xiàn)場裝置通信接口模塊設(shè)計(jì)

為了跟遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)形成良好配合狀態(tài)，需為現(xiàn)場測試系統(tǒng)構(gòu)建一個具備標(biāo)準(zhǔn)化要求的遠(yuǎn)程測試模塊。應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下各項(xiàng)功能：

（1） 接收RTDS系統(tǒng)產(chǎn)生的各項(xiàng)模擬參數(shù)與開關(guān)量數(shù)據(jù)，并對設(shè)備模擬量以及開關(guān)量進(jìn)行替代，此外還要跟現(xiàn)場穩(wěn)控裝置各采集量形成精確對應(yīng)的關(guān)系;

（2） 在裝置中加入測試模塊再通過測試數(shù)據(jù)觸發(fā)動作之后，把裝置測試動作出口數(shù)據(jù)傳輸至RTDS轉(zhuǎn)換設(shè)備，再把結(jié)果反饋至RTDS系統(tǒng);

（3） 遠(yuǎn)程測試模塊投退。在分辨實(shí)際數(shù)據(jù)以及采集轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的數(shù)據(jù)時(shí)，需利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備發(fā)送“xx站遠(yuǎn)程測試投入”數(shù)據(jù)，只有確認(rèn)此控制信息與裝置“試驗(yàn)壓板”滿足投入條件時(shí)，才可以調(diào)用遠(yuǎn)程測試轉(zhuǎn)換設(shè)備產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 接口對應(yīng)

按照直流穩(wěn)控系統(tǒng)提供的策略來設(shè)計(jì)得到RTDS系統(tǒng)、現(xiàn)場裝置數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備之間的相互關(guān)系，結(jié)果如圖1所示。

3.2 動作結(jié)果分析

本文選擇直流聯(lián)網(wǎng)閥組閉鎖控制方案作為測試案例，對系統(tǒng)各項(xiàng)測試動作進(jìn)行了深入分析。按照以下方式完成控制閥組閉鎖的過程：利用直流雙極閉鎖或設(shè)置至少三個閥組故障來實(shí)現(xiàn)對小灣電廠運(yùn)行機(jī)組的切除效果。在RTDS實(shí)驗(yàn)室中對直流4個閥組運(yùn)行參數(shù)以及發(fā)生緊急停運(yùn)的情況進(jìn)行模擬，同時(shí)仿真測試了直流閉鎖故障切機(jī)的操作，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)到現(xiàn)場運(yùn)行的楚雄換流站設(shè)備，通過楚雄換流站完成各個控制環(huán)節(jié)，各站的具體動作如圖2所示。

經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)策略動作準(zhǔn)確，系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性要求，與傳統(tǒng)形式的RTDS仿真過程相比，實(shí)現(xiàn)了高度一致的動作狀態(tài)，不過完成整組動作需要增加62 ms左右，如圖3所示。

直流近區(qū)小灣電廠沒有完成切除的機(jī)組形成的功率變化曲線可知，兩次試驗(yàn)結(jié)果較為接近。由于穩(wěn)控系統(tǒng)執(zhí)行站機(jī)組中斷路器需要約50 ms的時(shí)間完成動作，遠(yuǎn)程測試情況更加符合現(xiàn)場穩(wěn)控系統(tǒng)控制情況。

4 總結(jié)

數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換裝置為各測試廠站都配備相應(yīng)的模擬量控制參數(shù)以及開入量與故障選擇參數(shù)，通過軟件系統(tǒng)控制仿真設(shè)備與測試站x的延遲參數(shù)，在此基礎(chǔ)上評價(jià)遠(yuǎn)程測試平臺受到通道延遲影響后造成的仿真結(jié)果變化及其對系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生的作用。為了跟遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)形成良好配合狀態(tài)，構(gòu)建一個具備標(biāo)準(zhǔn)化要求的遠(yuǎn)程測試模塊。

經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)策略動作準(zhǔn)確，系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性要求，與傳統(tǒng)形式的RTDS仿真過程相比，實(shí)現(xiàn)了高度一致的動作狀態(tài)，不過完成整組動作需要增加62 ms左右。由于穩(wěn)控系統(tǒng)執(zhí)行站機(jī)組中斷路器需要約50 ms的時(shí)間完成動作，遠(yuǎn)程測試情況更加符合現(xiàn)場穩(wěn)控系統(tǒng)控制情況。

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（收稿日期： 2019.11.19）

作者簡介：李霄（1980-），女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：機(jī)械制造。