ADPSSLAB实时仿真系统介绍.docVIP

ADPSS-LAB 电力电子、电力系统实时仿真方案 中国电力科学研究院 2012年10月 目 录 1 系统综述 - 1 - 2 系统组成 - 2 - 3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题 - 2 - 4 解决方法 - 3 - 5 ADPSS-LAB实时仿真系统的功能 - 9 -  电力电子系统实时仿真方案 1 系统综述 实时仿真是研究电力电子、电力系统复杂的工作过程、优化系统与运行的重要手段。电力电子、电力系统实时仿真经历了从第一代模拟分析系统，到第二代模拟/数字混合仿真系统，再到第三代数字实时仿真系统的发展过程。ADPSS-LAB正是第三代数字实时仿真系统的代表产品。 ADPSS-LAB是一种基于并行计算技术、采用模块化设计的电力电子、电力系统实时仿真系统。它既可以在普通PC机上进行离线仿真，也可通过并行计算机与实际的电力电子器件联接而进行实时在线仿真。与前两代仿真系统相比，ADPSS-LAB具有以下优势： 1）既可以对电力电子、电力系统机电和电磁暂态分别进行实时仿真，同时也可以对机电和电磁暂态混合系统进行实时仿真。 2）仿真精度高；ADPSS-LAB在实时仿真过程中采用32位双精度浮点数运算，其仿真的精度与公认的离线分析软件MATLAB的仿真精度相当。 3）良好的升级和扩充性；ADPSS-LAB由于直接采用商用的基于PC Cluster的连接方式，当仿真的系统规模增大时，只需增加CPU数目和增大内存容量即可，从系统的升级和扩展灵活性等方面有很好的发展前景。 2 系统组成 软件部分： 实时操作系统：QNX 建模软件：MATLAB/simulink，SimPowerSystem 电力电子、电力系统实时仿真包 电力电子模型库 硬件部分： 并行处理系统 (12-core INTEL CPU) I/O接口模块 信号调理模块 3 电力电子、电力系统实时仿真存在的问题 建模的问题 仿真系统能够提供友好的图形用户界面，丰富的电力电子、电力系统元件库且模型精度满足仿真要求，同时还要允许用户方便的添加自己的模型。 仿真的实时性问题 电力电子、电力系统往往在一个小范围内包含了十几个到几十个器件，相应的模型求解过程中包含了大量的矩阵计算(如：矩阵相乘，矩阵求逆等运算)，如此大的计算量无法在给定的一个几十个微秒的仿真步长内由一个CPU结算出结果。因此，为了实现实时仿真的目标，必须将大的电力电子系统解耦成几个小的子系统，每个子系统分别运行在不同的CPU上，达到降低每个CPU的计算量，实现整个系统实时仿真的目的。 实时PWM信号的捕捉和产生问题 由于电力电子、电力系统中大量的采用高频电力电子器件，由此给实时仿真带来许多前所未有的问题。比如：如何准确的捕捉PWM信号？如何准确的产生高频PWM信号？如何设计合理的控制策略实现误差补偿等问题。 系统的升级和扩展问题 整个系统要具有良好的维护和升级扩展性，且维护和升级成本低廉。系统应采用COTS货架式产品和通用的总线标准，用户对设备提供商的依赖度低，便于用户后续的升级和扩展要求。 4 解决方法 针对以上问题，我们分别采用以下的方法来解决。 建模的问题 模型开发工具采用MATLAB/Simulink和SimPowerSystem软件包。这两个软件包一方面提供了友好的图形用户界面，用户只需通过鼠标操作即可完成整个建模工作；另一方面两个软件包提供了丰富的电力电子、电力元件模型库，用户可以方便的利用这些模型搭建出各种复杂结构的电力电子、电力系统模型。另外，用户还可以将C代码编写的模型集成到仿真系统中。 ADPSS-LAB还提供了专门针对实时仿真的电力电子、电力模型库，做为对SimPowerSystem元件库的补充。当安装好ADPSS-LAB软件后，这些模型库被自动的添加到Simulink软件中。ADPSS-LAB提供的模型库包括： 带时间戳的整流电路模型； 带时间戳的逆变器模型； 电力电子元器件模型库； 实时逻辑处理模型库； 事件产生信号模型库等。 仿真的实时性问题 对电力电子、电力系统的实时仿真问题，我们分别从软件和硬件两方面入手解决该问题。 软件方面：通过将一个大的电力电子、电力系统模型分解成多个子系统，不同的子系统算由不同的CPU单元完成计算，从而大大减小了每个CPU单元的计算任务，缩短了整个系统的计算时间，提高了实时性；不同的CPU单元间在每个步长内根据信号传递关系交换数据。 硬件方面：通过采用并行处理系统，为实时仿真提供相应的硬件平台。考虑到电力电子、电力系统的具体情况：一个区域通常大约有十几个或几十个电力电子、电力器件，所以推荐采用包含12个CPU core的并行处理系统,整个系统的实时仿真的步长最小可以达到20us左右。 并行计算机通过FPGA卡控制IO接口机。IO接口机本身带有AD，DA