一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，包括商用服務(wù)器，商用服務(wù)器通過以太網(wǎng)與測試員工作站通信，商用服務(wù)器還通過PCT總線與數(shù)字物理IO接口裝置通信，數(shù)字物理IO接口裝置通過電纜與第一端子板相連，第一端子板通過電纜與電子式互感器模擬裝置及開關(guān)、刀閘模擬裝置連接，開關(guān)、刀閘模擬裝置通過電纜與第二端子板相連，第二端子板通過電纜與智能終端相連，電子式互感器模擬裝置及智能終端分別通過光纖與對應(yīng)的合并單元及保護測控單元相連，合并單元及保護測控單元通過光纖相連。本實用新型可以實時仿真智能變電站系統(tǒng)正常和故障工況下的全部運行過程，并給出與現(xiàn)場完全一致的物理現(xiàn)象。
【專利說明】一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]智能變電站數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)，搭建和現(xiàn)場完全相同的仿真環(huán)境，可以達到包含真實設(shè)備在內(nèi)的閉環(huán)實時仿真。目前，現(xiàn)有的實時仿真器硬件成本高，動輒上千萬的費用，遠遠不能滿足一般研究單位購置實時仿真器進行對智能變電站新技術(shù)和設(shè)備的研究分析和仿真實驗、規(guī)劃仿真驗證、控制保護設(shè)備的檢測和測試、運行輔助決策和現(xiàn)場調(diào)試以及運維和檢修仿真培訓(xùn)的需要，因此,研究開發(fā)一種高性能、低成本、實時性高的智能變電站混合仿真硬件平臺尤為重要。
實用新型內(nèi)容
[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型公開了一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，以高性能的通用多核多處理器的實時仿真計算服務(wù)器為核心，采用PCI總線實現(xiàn)中央處理器與外圍數(shù)字物理IO接口裝置的通訊，低成本，實時性高。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的具體方案如下:
[0005]一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，包括商用服務(wù)器，商用服務(wù)器通過以太網(wǎng)與測試員工作站通信，商用服務(wù)器還通過PCT總線與數(shù)字物理IO接口裝置通信，數(shù)字物理IO接口裝置通過電纜與第一端子板相連，第一端子板通過電纜與電子式互感器模擬裝置及開關(guān)、刀閘模擬裝置連接，開關(guān)、刀閘模擬裝置通過電纜與第二端子板相連，第二端子板通過電纜與智能終端相連，電子式互感器模擬裝置及智能終端分別通過光纖與對應(yīng)的合并單元及保護測控單元相連，合并單元及保護測控單元通過光纖相連。
[0006]所述數(shù)字物理IO接口裝置主要包括PCI擴展箱、多種PCI板卡、端子板和電纜。
[0007]所述PCI板卡包括開關(guān)量輸入卡和模擬量輸出卡。
[0008]所述PCI擴展箱設(shè)有13個5V/32bit，33MHz的PCI總線插槽。
[0009]所述PCI擴展箱帶有冷卻用風(fēng)扇。
[0010]所述商用服務(wù)器和PCI擴展箱的一個PCI總線插槽中分別插入一塊PCI擴展卡，PCI擴展卡之間通過電纜相連，PCI擴展箱的其余PCI總線插槽用來插各種PCI功能卡。
[0011]所述PCI板卡采用的芯片為高速DSP芯片或CPLD芯片。
[0012]所述商用服務(wù)器采用兩個四核英特爾至強處理器X5570。
[0013]所述模擬量輸出卡采用的芯片為DSP芯片，DSP芯片通過PCI橋芯片從PCI總線上讀取數(shù)據(jù)，然后DSP芯片再將這些數(shù)據(jù)處理后寫入DA芯片，DA芯片輸出信號經(jīng)處理后輸出到第一端子板的各個通道。
[0014]所述開關(guān)量輸入卡采用的芯片為高速CPLD芯片，高速CPLD芯片接受處理后的開關(guān)量輸入，CPLD芯片通過PCI橋芯片從PCI總線上讀取數(shù)據(jù)，開關(guān)量輸入卡采用高度集成的100-pin SCISI接口，通過與之具有相同接口的電纜與第二端子板相連。[0015]本實用新型的有益效果:
[0016]本實用新型能夠與智能變電站的過程層及間隔層設(shè)備接口來實現(xiàn)實時仿真，可以實時仿真智能變電站系統(tǒng)正常和故障工況下的全部運行過程，并給出與現(xiàn)場完全一致的物理現(xiàn)象。
[0017]本實用新型通過電壓、電流數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)過程層設(shè)備合并單元的接入，可以模擬智能變電站的各種故障，進行電壓波動、頻率波動、三相不對稱、電壓擾動及保護特性試驗，實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)仿真和測試。
[0018]1、低成本。采用商用服務(wù)器相較市面上的RTDS等實時仿真器而言造價低。
[0019]2、實時性高。采用多核多CPU處理器滿足實時性要求。
[0020]3、可擴展性。采用擴展箱進行PCI接口擴展，提供多個PCI接口，可根據(jù)需要對外接接口進行配置，滿足大規(guī)模仿真系統(tǒng)的使用。
[0021]4、采用支持長板卡插入，同時電源通斷可由服務(wù)器控制的即插即用型擴展箱，滿足不同尺寸接口板卡的需要。
[0022]5、DSP為核心的模擬量輸出卡，實時精確輸出電壓、電流模擬信號。
[0023]6、采用以高速CPLD為處理核心的開關(guān)量輸入卡，高速采集隔離數(shù)字信號。
[0024]7、測試員工作站與服務(wù)器間通過局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)修改、生成模型，控制仿真系統(tǒng)運行，模擬故障等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1本實用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中，1、測試員工作站，2、商用服務(wù)器，3、數(shù)字物理IO接口裝置，4、第一端子板，
5、開關(guān)、刀閘模擬裝置，6、第二端子板，7、智能終端，8、保護測控單元，9、合并單元，10、電子式互感器模擬裝置。
【具體實施方式】:
[0027]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)說明:
[0028]如圖1所示，一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，包括商用服務(wù)器2，商用服務(wù)器2通過以太網(wǎng)與測試員工作站I通信，商用服務(wù)器2還通過PCT總線與數(shù)字物理IO接口裝置3通信，數(shù)字物理IO接口裝置3通過電纜與第一端子板4相連，第一端子板4通過電纜與電子式互感器模擬裝置10及開關(guān)、刀閘模擬裝置5連接，開關(guān)、刀閘模擬裝置5通過電纜與第二端子板6相連，第二端子板6通過電纜與智能終端7相連，電子式互感器模擬裝置10及智能終端7分別通過光纖與對應(yīng)的合并單元9及保護測控單元8相連，合并單元9及保護測控單元8通過光纖相連。
[0029]所述數(shù)字物理IO接口裝置3主要包括PCI擴展箱、多種PCI板卡、端子板和電纜。
[0030]所述PCI板卡包括開關(guān)量輸入卡和模擬量輸出卡。
[0031]所述PCI擴展箱設(shè)有13個5V/32bit，33MHz的PCI總線插槽。
[0032]所述PCI擴展箱帶有冷卻用風(fēng)扇。
[0033]所述商用服務(wù)器2和PCI擴展箱的一個PCI總線插槽中分別插入一塊PCI擴展卡，PCI擴展卡之間通過電纜相連，PCI擴展箱的其余PCI總線插槽用來插各種PCI功能卡。[0034]所述PCI板卡采用的芯片為高速DSP芯片或CPLD芯片。
[0035]所述商用服務(wù)器2采用兩個四核英特爾至強處理器X5570。
[0036]所述模擬量輸出卡采用的芯片為DSP芯片，DSP芯片通過PCI橋芯片從PCI總線上讀取數(shù)據(jù)，然后DSP芯片再將這些數(shù)據(jù)處理后寫入DA芯片，DA芯片輸出信號經(jīng)處理后輸出到第一端子板的各個通道。
[0037]所述開關(guān)量輸入卡采用的芯片高速CPLD芯片，CPLD芯片接受處理后的開關(guān)量輸入，CPLD芯片通過PCI橋芯片從PCI總線上讀取數(shù)據(jù)，開關(guān)量輸入卡采用高度集成的100-pin SCISI接口，通過與之具有相同接口的電纜與第二端子板相連。
[0038]本實用新型為了滿足計算速度和實時性的需求，通用硬件平臺以高性能的通用實時仿真計算服務(wù)器為核心，采用PCI總線實現(xiàn)中央處理器與外圍數(shù)字物理IO接口裝置3的數(shù)據(jù)傳輸。在硬件實現(xiàn)上，PCI總線傳輸介質(zhì)采用PCI擴展箱接入多種PCI插卡的方式，實現(xiàn)一次系統(tǒng)與控制保護裝置間的通信；PCI插卡通過電纜與服務(wù)器端子板相連，實現(xiàn)信號的快速傳輸，第一端子板4則與開關(guān)、刀閘模擬裝置5、電子式互感器模擬裝置10的接口裝置通過屏蔽導(dǎo)線直接相連；合并單元9、智能終端7通過光纖與保護測控單元8相連；商用服務(wù)器2通過局域網(wǎng)(LAN)與測試員工作站I通信。
[0039]系統(tǒng)中所有信號量的輸出與采集功能是通過PCI擴展箱中的PCI板卡來實現(xiàn)，PCI板卡實時精確地對各種數(shù)字及模擬信號進行采集與輸出。
[0040]高性能的商用實時仿真計算服務(wù)器采用兩個四核英特爾至強處理器X5570?；谟⑻貭栔翉?500系列處理器的服務(wù)器可自動、智能地實現(xiàn)性能與功耗平衡，支持服務(wù)器實時適應(yīng)應(yīng)用工作負(fù)載和用戶需求，從而提供最佳性能。
[0041]最基本的PCI板卡有開關(guān)量輸入卡、模擬量輸出卡。
[0042]本系統(tǒng)數(shù)字物理IO接口裝置3采用的主要通訊方式為PCI，本系統(tǒng)采用的PCI總線具有32bit總線寬度，PCI總線上的時鐘頻率可達33MHZ，最大傳輸速率可以達到132Mbyte/s，可同時支持多組外圍設(shè)備，并且不受制于處理器，與處理器時鐘頻率也無關(guān)，支持多處理器和并發(fā)工作，為中央處理器與高速外圍設(shè)備提供了一座溝通的橋梁。
[0043]本系統(tǒng)采用的PCI總線擴展箱它能夠允許長尺寸的板卡插入，電源通斷可由接入的PC機的電源控制。
[0044]模擬量輸出卡以DSP芯片為核心，經(jīng)PCI橋芯片從PCI總線上讀取要輸出的32個通道的二進制碼值，然后再將這些數(shù)據(jù)處理后寫入DA芯片，DA芯片輸出信號經(jīng)處理后輸出到各個通道。
[0045]開關(guān)量輸入卡采用的是一款PCI總線的半長卡，以高速CPLD為處理核心，輔以PCI橋芯片，能夠提供64路隔離數(shù)字量輸入通道，輸入通道的隔離保護電壓可到2500VDC。如果連接到具有浪涌保護的外部輸入源，可以提供最大2000VDC的ESD (靜電釋放)保護。它能夠提供10?50VDC的寬輸入電壓范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，包括商用服務(wù)器，商用服務(wù)器通過以太網(wǎng)與測試員工作站通信，商用服務(wù)器還通過PCT總線與數(shù)字物理IO接口裝置通信，數(shù)字物理IO接口裝置通過電纜與第一端子板相連，第一端子板通過電纜與電子式互感器模擬裝置及開關(guān)、刀閘模擬裝置連接，開關(guān)、刀閘模擬裝置通過電纜與第二端子板相連，第二端子板通過電纜與智能終端相連，電子式互感器模擬裝置及智能終端分別通過光纖與對應(yīng)的合并單元及保護測控單元相連，合并單元及保護測控單元通過光纖相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述數(shù)字物理IO接口裝置主要包括PCI擴展箱、多種PCI板卡、端子板和電纜。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述PCI板卡包括開關(guān)量輸入卡和模擬量輸出卡。
4.如權(quán)利要求2所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述PCI擴展箱設(shè)有13個5V/32bit，33MHz的PCI總線插槽。
5.如權(quán)利要求2所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述PCI擴展箱帶有冷卻用風(fēng)扇。
6.如權(quán)利要求2所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述商用服務(wù)器和PCI擴展箱的一個PCI總線插槽中分別插入一塊PCI擴展卡，PCI擴展卡之間通過電纜相連，PCI擴展箱的其余PCI總線插槽用來插各種PCI功能卡。
7.如權(quán)利要求2所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述PCI板卡采用的芯片為高速DSP芯片或CPLD芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述商用服務(wù)器采用兩個四核英特爾至強處理器X5570。
9.如權(quán)利要求3所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述模擬量輸出卡采用的芯片為DSP芯片，DSP芯片通過PCI橋芯片從PCI總線上讀取數(shù)據(jù)，然后DSP芯片再將這些數(shù)據(jù)處理后寫入DA芯片，DA芯片輸出信號經(jīng)處理后輸出到第一端子板的各個通道。
10.如權(quán)利要求3所述的一種用于智能變電站數(shù)字物理混合仿真的通用硬件平臺，其特征是，所述開關(guān)量輸入卡采用的芯片為高速CPLD芯片，高速CPLD芯片接受處理后的開關(guān)量輸入，CPLD芯片通過PCI橋芯片從PCI總線上讀取數(shù)據(jù)，開關(guān)量輸入卡采用高度集成的100-pin SCISI接口，通過與之具有相同接口的電纜與第二端子板相連。
【文檔編號】G01R31/00GK203551692SQ201320669265
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】李宏偉, 王立新, 徐正清, 穆世霞, 張明, 甘言禮, 馬曉偉, 姜一濤, 姜 遠, 潘志遠 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司