[发明专利]一种基于光纤通信的电力系统数字实时仿真物理接口装置

说明书

技术领域

本发明属于信息通信技术领域，具体涉及一种基于光纤通信的电力系统数字实时仿真物理接口装置。

背景技术

电力系统实时仿真能实时模拟电力系统各种过程，并能接入实际物理装置进行试验。目前能够实现电力系统实时仿真的手段主要包括物理仿真、数字物理混合仿真和数字仿真，其中数字实时仿真基于现代计算机技术和信息技术，使用灵活方便，性价比高，而且占地面积小，可扩展性好,是当前国际上实时仿真的主要发展方向。

电力系统数字实时仿真系统通常由计算平台、接口装置等模块组成。计算平台包括多个计算核心（一般为多台高性能服务器或多个DSP芯片），多个计算核心间通过数据总线或高速网络互联，基于并行计算实现电力系统的实时仿真计算；物理接口一般包括AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、DI（开关量输入）、DO（开关量输出）等接口，用于外接实际的电力系统装置，实现数字仿真与实际物理装置之间的信号交互，从而对实际物理装置进行各种闭环试验。在仿真过程中，计算平台和物理接口之间每一时步交换一次数据：计算平台发送需要输出的变量到物理接口，物理接口将其转换为实际的AO/DO输出信号；物理接口将AI/DI输入信号转换为变量并发送给计算平台，计算平台在下一时步的仿真计算中使用该变量。

作为数字实时仿真系统和实际物理装置之间的信号转换接口，物理接口装置的通道规模直接关系着试验规模，物理接口装置的采样精度、数据处理速度、数据传输带宽及时钟同步精度直接影响试验的准确性。

近年来，直流输电（HVDC）、灵活交流输电（FACTS）等电力电子技术在电力系统中广泛应用，基于电力系统实时仿真对电力电子设备的控制保护系统进行闭环试验面临新的挑战。一方面是接口通道规模要求不断增加，以开展一回±500kV常规直流输电系统的控制保护装置闭环试验为例，数字实时仿真系统与控制保护装置之间的接口信号数目超过200路；如果开展多回直流输电系统或特高压直流输电（UHVDC）系统的直流控制保护系统闭环试验，则接口信号数目可达上千路。如果采用之前的物理接口技术，在接口通道数目、信号同步性能等方面难以满足如此大规模的试验要求。另一方面是接口速度要求不断变快，对于STATCOM、轻型直流输电等高频开断的电力电子设备，为保证仿真精度，必须采用20us甚至更小的步长进行实时仿真和接口输入输出，常规实时仿真系统50us～100us的步长不能满足闭环试验要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于光纤通信的电力系统数字实时仿真物理接口装置，具有接口规模大、采样精度高、数据处理快、同步精度高等特点，满足新的试验需求。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于光纤通信的电力系统数字实时仿真物理接口装置，所述接口装置包括机箱和位于机箱内部的底板、电源板、功能板以及液晶屏；所述底板与机箱的上面板和下面板垂直设置，所述电源板和功能板均通过机箱上面板、下面板以及底板上分别设置的插槽固定，所述液晶屏安装在机箱前面板上，通过PCI总线与底板连接。

所述电源板垂直于底板和上面板，所述功能板和电源板平行设置。

所述底板从电源板获取电源信号及同步信号，并通过电源总线和同步信号总线将获取的信号转发至功能板，同步信号支持IRIG-B对时和1PPS对时。

所述电源板提供电源信号接口和同步信号接口，底板上的电源总线及同步信号总线分别电源信号接口和同步信号接口与电源板连接。

所述功能板包括AI板、AO板、DI板和DO板，进行AI、AO、DI和DO信号转换。

所述功能板前后连接方式为：前一块功能板的SFP-T连接至后一块功能板的SFP-R，从而形成2.5Gbps串行光纤传输链路，采用Aurora串行数据传输协议，以比特或字节的方式进行高效数据交互，使得增加一级功能板卡引入300ns的延时，满足10us步长的实时IO交互需求。

所述液晶屏为TFT，用于所述接口装置运行状态监视。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.报文基于2.5Gb/s的SFP串行光纤链路进行传输，采用高速高效的传输协议和基于“比特”/“字节”的处理技术，使得接口装置满足10us步长的实时IO需要；

2.采用Aurora串行数据传输协议，提高了光纤通信卡单路光纤通道连接的I/O规模，最大可承载1023个I/O基本通道单元；