模擬量輸入板卡

簡要描述：模擬量輸入板卡GTAI是一個可以安裝在機柜導軌上的板卡，通過光纖連接到NovaCor機箱后方的光口上，為RTDS仿真系統(tǒng)提供具有光學隔離的模擬量輸入通道。參考圖 3-8中的GTAI卡，該卡有12路輸入通道，所有通道同步采樣，將模擬量信號通過16位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D）后，輸入至RTDS實時數(shù)字仿真器中。輸入的模擬量可以在RSCAD軟件中的元件模型里進行監(jiān)測和使用。

產(chǎn)品型號： GTAI

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(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的建設(shè)和電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的擴大對動模實驗室的要求逐漸提高。電力系統(tǒng)物理動態(tài)模擬試驗是根據(jù)相似原理，按比例縮減實際電力系統(tǒng)中的元件來建立電力系統(tǒng)模型，確保在模型上所反應(yīng)的過程和實際系統(tǒng)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(shè)初期需要花費大量的時間，對系統(tǒng)總體規(guī)模和元件模型進行設(shè)計規(guī)劃，例如設(shè)備的規(guī)模、模擬元件的參數(shù)、模擬元件多樣性、控制水平、組模水平等方面。根據(jù)不同的動態(tài)模擬試驗需求，對動模設(shè)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(jù)試驗需要設(shè)計選擇系統(tǒng)模型的具體參數(shù)，模擬元件模型之間的連接組合和動模系統(tǒng)的集成。因此，隨著數(shù)字仿真和離線計算軟件的日益成熟，全數(shù)字實時仿真逐漸成為對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的試驗研究、測試與驗證的重要手段之一。
電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)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(jù)電力系統(tǒng)分析得到的積分方程離散化為代數(shù)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(xù)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(tǒng)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(guī)模復雜電力系統(tǒng)模型，即使使用現(xiàn)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(xù)執(zhí)行并完成每個步長時間內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)的仿真步長）進行數(shù)據(jù)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(tài)（非實時）仿真軟件一直廣泛運用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的分析研究，例如PSCAD、EMTP、ATP等。數(shù)字仿真軟件利用數(shù)學模型來表示各種電力系統(tǒng)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(tǒng)模型案例，模擬各種系統(tǒng)運行工況和故障，滿足各種系統(tǒng)情況下暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的分析研究。隨著現(xiàn)代電力技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，對電力系統(tǒng)控制保護裝置和新型電氣設(shè)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(shù)字仿真的特點，基于物理和數(shù)字仿真模型的混合式仿真系統(tǒng)成為實驗室建設(shè)新的發(fā)展趨勢。

RTDS實時數(shù)字仿真器是一個全數(shù)字化系統(tǒng)，能夠?qū)崟r并連續(xù)地運行，并通過Dommel算法對電力系統(tǒng)進行電磁暫態(tài)模擬。通過配套軟件和定制化硬件相結(jié)合的方式，RTDS實時數(shù)字仿真器可以實現(xiàn)步長從1.5微秒至50微秒的多速率系統(tǒng)仿真。RTDS實時數(shù)字仿真器的操作系統(tǒng)是按照實時要求設(shè)計研發(fā)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(fā)生。

RTDS實時數(shù)字仿真器的硬件設(shè)備采用模塊化設(shè)計，用戶可以根據(jù)實驗室規(guī)模隨時擴展RTDS仿真系統(tǒng)的計算能力以及I/O接口數(shù)量。實驗室的RTDS仿真系統(tǒng)規(guī)模增加可以通過兩種方式：一是增加更多的NovaCor授權(quán)核的許可證（每個RTDS仿真機箱中最多可以激活10個授權(quán)核），二是增加更多的RTDS NovaCor仿真機箱（chassis）。結(jié)合目前的硬件設(shè)計，RTDS仿真系統(tǒng)可以支持包含多達144個仿真機箱的聯(lián)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(shè)板卡和硬件設(shè)備）可以根據(jù)實驗室仿真系統(tǒng)建設(shè)需要，相應(yīng)增加RTDS仿真系統(tǒng)輸入輸出的I/O接口數(shù)量。

用戶通過RTDS實時數(shù)字仿真器配套軟件RSCAD來控制系統(tǒng)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(shù)字仿真器，其中包括仿真系統(tǒng)的建立、系統(tǒng)的運行操作和控制、在仿真過程中系統(tǒng)參數(shù)的修改、數(shù)據(jù)采集和結(jié)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(tǒng)和電力電子元件模型、控制系統(tǒng)以及保護和自動化元件模型。這些模型均由RTDS技術(shù)公司的研發(fā)團隊開發(fā)和測試，在教學、研發(fā)、測試和實際工程中廣泛運用并加以驗證。同時，根據(jù)RTDS的廣大客戶在日常工作使用中得出的經(jīng)驗與建議，對RSCAD軟件不斷地進行改進和完善。
RTDS實時數(shù)字仿真器是一個集設(shè)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(shù)字仿真器具備大量的數(shù)字、模擬和以太網(wǎng)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(huán)連接，用于研究控保裝置與仿真的電力系統(tǒng)之間的相互作用。
RTDS實時數(shù)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(fā)揮多種多樣的作用。事實上，RTDS實時數(shù)字仿真器為與電力行業(yè)相關(guān)系統(tǒng)的模擬和測試提供了新的方法和技術(shù)優(yōu)勢。因為RTDS實時數(shù)字仿真器是實時且連續(xù)運行的，它能夠很大程度的模擬真實電力系統(tǒng)的運行方式與系統(tǒng)響應(yīng)特征。RTDS實時數(shù)字仿真器為測量設(shè)備、保護繼電器和控制器等設(shè)備提供了一個模擬的且接近真實電力系統(tǒng)的環(huán)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(tǒng)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(tǒng)的物理動態(tài)模擬方法，基于RTDS的數(shù)字仿真方法具有建模周期短、靈活性強、安全性好、結(jié)果直觀等特點。經(jīng)過大量實踐驗證的電磁暫態(tài)模型，保證了其數(shù)學模型的計算精度和合理性，加上經(jīng)典Dommel算法的精確性和穩(wěn)定性以及現(xiàn)代計算機設(shè)備的強大計算處理能力，為數(shù)模混合式仿真和全數(shù)字實時仿真提供基礎(chǔ)條件，成為高性價比的電力系統(tǒng)模擬試驗選擇。