智能变电站二次系统仿真装置的软件设计与实现

作     者：莫槟滔 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈峦

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：智能变电站 FPGA 分割算法 软件仿真平台 

摘      要：伴随着智能电网的不断推广发展,作为其核心关键的智能变电站的建设工作也就更加重要。然而现代智能变电站的二次系统总体设计、系统设备运行、检修和维护等各方面都完全不同于传统的变电站,其二次系统的信息自动化水平和电网模块集成度有着明显的提高,与之对应的也就提升了对智能变电站二次系统的运行、维护和检修工作人员的技术水平的要求。为此,二次系统运维人员亟需一个能适应智能变电站新技术发展背景下的二次系统综合仿真平台。鉴于FPGA能实时计算和高效计算的特点,用作本文实现上述仿真平台的主要硬件芯片,其内部资源从根本上处于并行状态,可以实现变电站多IED逻辑并发时具有极好的时间特性,可使得仿真结果与工程实践一致。而硬件FPGA芯片中的内容则需要上位机仿真软件平台的支持,分解和优化下载任务后,将仿真内容下载到芯片进行配置,再由FPGA负责进行各类二次设备的保护控制逻辑的运算、报文模拟、状态告警等。所以本课题设计了一个智能变电站二次系统仿真装置的平台软件,研究内容和具体工作主要从以下几个方面展开:(1)开发设计智能变电站一次系统图形化仿真建模平台,采用面向对象的思想建立一次系统电气图元仿真模型元件库,设计仿真图元元件类的主要属性项及元件各种编辑功能。根据对应的智能变电站实际信息搭建图形化仿真模型主接线图,输入全站电气元件的数据信息和逻辑关系。(2)设计基于电力系统三相结构的TP-MD-MNP算法,对智能变电站的电力网络节点矩阵进行计算,得到节点当前度和枝叶连接关系表,构造生成因子表路径树。(3)设计优化分割算法,根据节点所属支路和电压等级等因素对生成的因子表路径树进行了优化变形,再参考实际的硬件设备条件和FPGA芯片参数对优化变形后的因子表路径树进行分割分块和子系统重组,实现节点的网络拓扑形式结构矩阵的重排分块。最后为了整体上展示智能变电站二次系统仿真装置的软件平台的功能和验证其仿真程序的性能,对软件平台进行了综合仿真测试。最终的测试结果证明了算法和程序的正确性及稳定性,说明本文所设计的智能变电站二次系统仿真装置的软件平台具有一定的应用潜力和可行性。