RTDS電力仿真器

簡要描述：RTDS技術公司作為電力系統實時數字仿真領域的先驅，是RTDS®（Real Time Digital Simulator）實時電力系統仿真器的全球供貨商。RTDS實時數字仿真器作為電力系統實時數字仿真領域的業界標準，從公司創立以來，在全球范圍內被廣泛使用，用戶包括保護和控制設備制造商、電力公司以及大專院校和研究機構。RTDS技術公司于1994年在加拿大曼尼托巴省注冊并成立。RTDS技術公司主要

產品型號： NovaCor

所屬分類：電力仿真

更新時間：2024-12-17

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 隨著電力技術的發展，電力系統的建設和電網互聯規模的擴大對動模實驗室的要求逐漸提高。電力系統物理動態模擬試驗是根據相似原理，按比例縮減實際電力系統中的元件來建立電力系統模型，確保在模型上所反應的過程和實際系統中的過程相似，并且具有相同的電氣特性。動模實驗室的建設初期需要花費大量的時間，對系統總體規模和元件模型進行設計規劃，例如設備的規模、模擬元件的參數、模擬元件多樣性、控制水平、組模水平等方面。根據不同的動態模擬試驗需求，對動模設備的要求與種類逐漸多樣化，在開展試驗前期需要進行大量的準備工作，包括根據試驗需要設計選擇系統模型的具體參數，模擬元件模型之間的連接組合和動模系統的集成。因此，隨著數字仿真和離線計算軟件的日益成熟，全數字實時仿真逐漸成為對現代電力系統的試驗研究、測試與驗證的重要手段之一。
電力系統電磁暫態仿真最常見的解決方案是Dommel算法。該算法中使用梯形積分法則將根據電力系統分析得到的積分方程離散化為代數方程。使用梯形積分法則的時候，方程的解只在離散時刻進行計算，而不是連續時刻的解。兩次計算方程解的離散時刻之間的時間間隔被稱為步長，表示為△t。所有表示電力系統模型的方程必須在每個步長中進行計算。對于包含電力電子的大規模復雜電力系統模型，即使使用現代*計算機，每個步長的計算也需要花費很長時間才能完成，所花費的時間可能是幾秒，幾十秒甚至幾分鐘。這種情況的仿真被稱為“非實時"或“離線"運行模式。然而，如果計算機能夠連續執行并完成每個步長時間內所需的計算，所用時間小于或等于一個仿真步長，那么這種情況下的仿真可以稱為實時仿真。如果系統能夠進行實時仿真，并且與外部世界在固定的時間間隔（時間間隔等于系統的仿真步長）進行數據交換，這種實時仿真可稱為“硬實時"。
基于PC計算機的電磁暫態（非實時）仿真軟件一直廣泛運用于電力系統電磁暫態和穩態的分析研究，例如PSCAD、EMTP、ATP等。數字仿真軟件利用數學模型來表示各種電力系統元件，用戶能自由組合和連接這些模型來搭建詳細的電力系統模型案例，模擬各種系統運行工況和故障，滿足各種系統情況下暫態和穩態的分析研究。隨著現代電力技術和設備的發展，對電力系統控制保護裝置和新型電氣設備的基本原理和性能指標進行試驗研究成為了實驗室的主要研究方向。綜合物理動模和全數字仿真的特點，基于物理和數字仿真模型的混合式仿真系統成為實驗室建設新的發展趨勢。

RTDS實時數字仿真器是一個全數字化系統，能夠實時并連續地運行，并通過Dommel算法對電力系統進行電磁暫態模擬。通過配套軟件和定制化硬件相結合的方式，RTDS實時數字仿真器可以實現步長從1.5微秒至50微秒的多速率系統仿真。RTDS實時數字仿真器的操作系統是按照實時要求設計研發的，保證了仿真過程中的“硬實時"，也就是說，仿真過程中不允許任何的計算超時發生。

RTDS實時數字仿真器的硬件設備采用模塊化設計，用戶可以根據實驗室規模隨時擴展RTDS仿真系統的計算能力以及I/O接口數量。實驗室的RTDS仿真系統規模增加可以通過兩種方式：一是增加更多的NovaCor授權核的許可證（每個RTDS仿真機箱中最多可以激活10個授權核），二是增加更多的RTDS NovaCor仿真機箱（chassis）。結合目前的硬件設計，RTDS仿真系統可以支持包含多達144個仿真機箱的聯合仿真。用于輸入輸出的I/O板卡（具體介紹參見下文3.2——外設板卡和硬件設備）可以根據實驗室仿真系統建設需要，相應增加RTDS仿真系統輸入輸出的I/O接口數量。

用戶通過RTDS實時數字仿真器配套軟件RSCAD來控制系統仿真，使RTDS仿真器的操作和使用變得更加簡單、高效。RSCAD軟件提供了一個圖形用戶界面（GUI），可以幫助用戶更加直觀的操作使用RTDS實時數字仿真器，其中包括仿真系統的建立、系統的運行操作和控制、在仿真過程中系統參數的修改、數據采集和結果分析等。另外，RSCAD軟件中包含大量的元件模型可以用來搭建詳細的仿真案例，例如電力系統和電力電子元件模型、控制系統以及保護和自動化元件模型。這些模型均由RTDS技術公司的研發團隊開發和測試，在教學、研發、測試和實際工程中廣泛運用并加以驗證。同時，根據RTDS的廣大客戶在日常工作使用中得出的經驗與建議，對RSCAD軟件不斷地進行改進和完善。
RTDS實時數字仿真器是一個集設計、研究和測試于一體的理想工具，通常用于對物理裝置的保護和控制方案的測試和驗證。RTDS實時數字仿真器具備大量的數字、模擬和以太網的輸入/輸出（I/O）功能，可以與物理的保護和控制裝置進行閉環連接，用于研究控保裝置與仿真的電力系統之間的相互作用。
RTDS實時數字仿真器可以在對操作運行人員、工程師、研究人員和學生的培訓中發揮多種多樣的作用。事實上，RTDS實時數字仿真器為與電力行業相關系統的模擬和測試提供了新的方法和技術優勢。因為RTDS實時數字仿真器是實時且連續運行的，它能夠很大程度的模擬真實電力系統的運行方式與系統響應特征。RTDS實時數字仿真器為測量設備、保護繼電器和控制器等設備提供了一個模擬的且接近真實電力系統的環境。在這個實驗平臺中，用戶可以配置、操作和運行各種電力系統模型，研究被測硬件裝置與仿真電路之間的相互作用。相比傳統的物理動態模擬方法，基于RTDS的數字仿真方法具有建模周期短、靈活性強、安全性好、結果直觀等特點。經過大量實踐驗證的電磁暫態模型，保證了其數學模型的計算精度和合理性，加上經典Dommel算法的精確性和穩定性以及現代計算機設備的強大計算處理能力，為數模混合式仿真和全數字實時仿真提供基礎條件，成為高性價比的電力系統模擬試驗選擇。