數字仿真儀遠程測試數據轉換系統設計及其試驗

摘 要： 為了提高實驗室完成大規模穩控系統能力，設計了一種數字仿真儀遠程測試數據轉換系統，并展開實驗測試分析。數據接口轉換裝置為各測試廠站都配備相應的模擬量控制參數以及開入量與故障選擇參數，通過軟件系統控制仿真設備與測試站的延遲參數。為了跟遠程測試系統形成良好配合狀態，構建一個具備標準化要求的遠程測試模塊。經仿真發現各項策略動作準確，系統滿足穩定性要求，與傳統形式的RTDS仿真過程相比，實現了高度一致的動作狀態，不過完成整組動作需要增加62 ms左右。由于穩控系統執行站機組中斷路器需要約50 ms的時間完成動作，遠程測試情況更加符合現場穩控系統控制情況。

關鍵詞： 遠程測試; 數據轉換接口裝置; RTDS; 閉環測試

中圖分類號： TM743文獻標志碼： 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”規劃中專門針對特高壓交直流電網提出了特定的發展要求，這在一定程度上使其獲得了技術的快速進步，為每個電網都構建了確保電網運行穩定性的控制系統，形成相互協調的綜合調控系統，為確保電網的安全性提供了可靠的防線。現階段，穩控系統已能夠完成出廠檢測、現場聯調仿真以及動態測試等多項功能[1-3]，采用實時數字仿真儀（RTDS）可以完成系統的實時仿真測試并對一次系統發生的各項動態變化進行模擬，根據不同時序獲得模擬量以及開關量參數，快速檢測出穩控系統處于靜模測試模式下無法被察覺的各類缺陷，這使其獲得了大規模推廣應用[4-8]。

根據現階段的實際測試系統運行模式可知，進行RTDS仿真的測試過程并沒有跟現場的聯調處理形成緊密關聯，采用RTDS仿真方法雖然可以達到實時閉環測試的效果，并對復雜故障時序以及系統動態變化過程進行測試，不過依然不能準確檢測現場穩控系統所產生的隱性故障，從工程搭建層面分析，整個測試系統并不能滿足重用性要求，從而降低了仿真效率[9-12];此外，受實際場地范圍以及有限的裝備數量約束，無法準確模擬系統的實際運行控制過程[13-15]。

1 遠程測試數據轉換裝置的功能設計

為RTDS系統以及被測設備新增了不同數據接口的轉換結構，由此實現仿真測試RTDS系統與現場穩控系統裝置獲得雙向信息交互的通道，并完成閉環測試。此裝置包含了以下幾項功能：

（1） 為RTDS測試系統構建模擬量接口，可以對元件的各項電性能參數進行采集并對故障情況進行判斷;

（2） 在RTDS試驗系統上建立開關量接口，可以輸出開關位置、直流極狀態、跳閘數據、閉鎖直流等結果;

（3） 可以跟現場運行設備之間構建通信渠道，把RTDS系統產生的仿真模擬量以及開關量參數轉換為能夠被測試儀器識別的數字信號，之后經電力系統通信網將數據信號傳輸至現場設備中，以此取代由被測設備采集得到的模擬量與開關量，同時觸發設備邏輯與動作方式;

為提高系統兼容性，選擇標準化方法為RTDS系統以及仿真轉換設備之間構建接口：使用標準通信協議來完成仿真轉換設備和被測設備的數據傳輸，各臺轉換裝置都可以和m（m≥2）個現場設備同步進行通信，由此達到各臺轉換設備能夠跟m個控制保護設備實施同步仿真過程。當滿足RTDS系統RACK規模要求時，可利用n臺同樣的轉換設備對系統中（n×m）個廠站包含的保護控制設備實施聯合仿真，從而提高該系統的擴展性。隨著系統規模的增加，當數據容量超過轉換設備能夠采集的能力時，可以為測試系統提供多套標準以及同樣轉換裝置來完成各站之間通信過程，不必額外開發新的裝置軟件，因此可以對系統進行高效擴展，充分滿足對全網RTDS實施遠程仿真的要求。

2 遠程測試數據轉換接口設計

2.1 轉換裝置接口設計

結合實際設計過程可知，RTDS系統必須能夠提供48組以上的模擬量小信號才能適應數據接口的轉換需求，在數據轉換裝置上對功率、跳閘等參數進行采集與分析，之后將這些數據傳輸至穩定性控制裝置中;利用RTDS系統提供的開關量集線器獲取直流極參數以及閥運行數據，再通過空接點得到數據轉換裝置開入，之后將其傳輸到現場運行設備中;采用數據轉換方式還可以接收由現場設備產生的解列線路數據以及直流調制參數，之后通過開關量輸出的過程將其傳輸至RTDS仿真系統中，如表1所示。

各接口的示意結構。數據接口轉換裝置為各測試廠站都配備了相應的模擬量控制參數以及開入量與故障選擇參數，以此確保遠程測試轉換裝置能夠采集獲得和被測試廠站設備相對應的模擬量。

2.2 通信接口設計

利用一臺多路通信復接設備與其它各類配套附件來構建數據轉換裝置和現場裝置之間的通信渠道，可以產生總共22路容量為2M的復接接口，以G.703方式作為接口類型，達到12words通信幀長，將轉換裝置通信地址設定在100。

利用RTDS系統中包含的各類交直流仿真測試方法，再根據現階段穩控系統所選擇的常規通信模式，綜合分析各項數據，各項通信接口協議，如表2所示。

為數據轉換設備構建了確定的“測試站x通道延遲時間”，通過軟件系統控制仿真設備與測試站x的延遲參數，在此基礎上評價遠程測試平臺受到通道延遲影響后造成的仿真結果變化及其對系統可靠性產生的作用。

2.3 現場裝置通信接口模塊設計

為了跟遠程測試系統形成良好配合狀態，需為現場測試系統構建一個具備標準化要求的遠程測試模塊。應能夠實現以下各項功能：

（1） 接收RTDS系統產生的各項模擬參數與開關量數據，并對設備模擬量以及開關量進行替代，此外還要跟現場穩控裝置各采集量形成精確對應的關系;

（2） 在裝置中加入測試模塊再通過測試數據觸發動作之后，把裝置測試動作出口數據傳輸至RTDS轉換設備，再把結果反饋至RTDS系統;

（3） 遠程測試模塊投退。在分辨實際數據以及采集轉換裝置產生的數據時，需利用數據轉換設備發送“xx站遠程測試投入”數據，只有確認此控制信息與裝置“試驗壓板”滿足投入條件時，才可以調用遠程測試轉換設備產生的各項數據。

3 應用實例

3.1 接口對應

按照直流穩控系統提供的策略來設計得到RTDS系統、現場裝置數據傳輸以及數據轉換設備之間的相互關系，結果如圖1所示。

3.2 動作結果分析

本文選擇直流聯網閥組閉鎖控制方案作為測試案例，對系統各項測試動作進行了深入分析。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置至少三個閥組故障來實現對小灣電廠運行機組的切除效果。在RTDS實驗室中對直流4個閥組運行參數以及發生緊急停運的情況進行模擬，同時仿真測試了直流閉鎖故障切機的操作，通過數據轉換設備轉發到現場運行的楚雄換流站設備，通過楚雄換流站完成各個控制環節，各站的具體動作如圖2所示。

經仿真發現各項策略動作準確，系統滿足穩定性要求，與傳統形式的RTDS仿真過程相比，實現了高度一致的動作狀態，不過完成整組動作需要增加62 ms左右，如圖3所示。

直流近區小灣電廠沒有完成切除的機組形成的功率變化曲線可知，兩次試驗結果較為接近。由于穩控系統執行站機組中斷路器需要約50 ms的時間完成動作，遠程測試情況更加符合現場穩控系統控制情況。

4 總結

數據接口轉換裝置為各測試廠站都配備相應的模擬量控制參數以及開入量與故障選擇參數，通過軟件系統控制仿真設備與測試站x的延遲參數，在此基礎上評價遠程測試平臺受到通道延遲影響后造成的仿真結果變化及其對系統可靠性產生的作用。為了跟遠程測試系統形成良好配合狀態，構建一個具備標準化要求的遠程測試模塊。

經仿真發現各項策略動作準確，系統滿足穩定性要求，與傳統形式的RTDS仿真過程相比，實現了高度一致的動作狀態，不過完成整組動作需要增加62 ms左右。由于穩控系統執行站機組中斷路器需要約50 ms的時間完成動作，遠程測試情況更加符合現場穩控系統控制情況。

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（收稿日期： 2019.11.19）

作者簡介：李霄（1980-），女，碩士，實驗師，研究方向：機械制造。