時鐘同步板卡

簡要描述：時鐘同步板卡GTSYNC是一個可以安裝在機(jī)柜導(dǎo)軌上的板卡。GTSYNC卡允許將仿真步長與外部時間參考信號（如GPS時鐘）進(jìn)行同步，支持的時間參考信號格式包括1PPS秒脈沖、IEEE 1588和IRIG-B信號。另外，GTSYNC卡還可以作為主時間參考，生成1PPS或者IRIG-B的時間參考信號。

產(chǎn)品型號： GTSYNC

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(kuò)大對動模實(shí)驗(yàn)室的要求逐漸提高。電力系統(tǒng)物理動態(tài)模擬試驗(yàn)是根據(jù)相似原理，按比例縮減實(shí)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(shí)際系統(tǒng)中的過程相似，并且具有相同的電氣特性。動模實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)初期需要花費(fèi)大量的時間，對系統(tǒng)總體規(guī)模和元件模型進(jìn)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(yàn)需求，對動模設(shè)備的要求與種類逐漸多樣化，在開展試驗(yàn)前期需要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，包括根據(jù)試驗(yàn)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(shí)時仿真逐漸成為對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的試驗(yàn)研究、測試與驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行計算。對于包含電力電子的大規(guī)模復(fù)雜電力系統(tǒng)模型，即使使用現(xiàn)代*計算機(jī)，每個步長的計算也需要花費(fèi)很長時間才能完成，所花費(fèi)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(shí)時"或“離線"運(yùn)行模式。然而，如果計算機(jī)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(shí)時仿真。如果系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這種實(shí)時仿真可稱為“硬實(shí)時"。
基于PC計算機(jī)的電磁暫態(tài)（非實(shí)時）仿真軟件一直廣泛運(yùn)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(xué)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(xì)的電力系統(tǒng)模型案例，模擬各種系統(tǒng)運(yùn)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(hù)裝置和新型電氣設(shè)備的基本原理和性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)研究成為了實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向。綜合物理動模和全數(shù)字仿真的特點(diǎn)，基于物理和數(shù)字仿真模型的混合式仿真系統(tǒng)成為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)新的發(fā)展趨勢。

RTDS實(shí)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(yùn)行，并通過Dommel算法對電力系統(tǒng)進(jìn)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(shí)時數(shù)字仿真器可以實(shí)現(xiàn)步長從1.5微秒至50微秒的多速率系統(tǒng)仿真。RTDS實(shí)時數(shù)字仿真器的操作系統(tǒng)是按照實(shí)時要求設(shè)計研發(fā)的，保證了仿真過程中的“硬實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)室規(guī)模隨時擴(kuò)展RTDS仿真系統(tǒng)的計算能力以及I/O接口數(shù)量。實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)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(dá)144個仿真機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)時數(shù)字仿真器，其中包括仿真系統(tǒng)的建立、系統(tǒng)的運(yùn)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(xì)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(hù)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(tuán)隊(duì)開發(fā)和測試，在教學(xué)、研發(fā)、測試和實(shí)際工程中廣泛運(yùn)用并加以驗(yàn)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(yàn)與建議，對RSCAD軟件不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善。
RTDS實(shí)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(hù)和控制方案的測試和驗(yàn)證。RTDS實(shí)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(hù)和控制裝置進(jìn)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(shí)時數(shù)字仿真器可以在對操作運(yùn)行人員、工程師、研究人員和學(xué)生的培訓(xùn)中發(fā)揮多種多樣的作用。事實(shí)上，RTDS實(shí)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?yàn)镽TDS實(shí)時數(shù)字仿真器是實(shí)時且連續(xù)運(yùn)行的，它能夠很大程度的模擬真實(shí)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式與系統(tǒng)響應(yīng)特征。RTDS實(shí)時數(shù)字仿真器為測量設(shè)備、保護(hù)繼電器和控制器等設(shè)備提供了一個模擬的且接近真實(shí)電力系統(tǒng)的環(huán)境。在這個實(shí)驗(yàn)平臺中，用戶可以配置、操作和運(yùn)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(qiáng)、安全性好、結(jié)果直觀等特點(diǎn)。經(jīng)過大量實(shí)踐驗(yàn)證的電磁暫態(tài)模型，保證了其數(shù)學(xué)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(jī)設(shè)備的強(qiáng)大計算處理能力，為數(shù)模混合式仿真和全數(shù)字實(shí)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(yàn)選擇。

GTSYNC卡可以通過不同接口接收多種時間參考信號格式。IRIG-B信號需使用BNC同軸電纜連接器連接到GTSYNC卡，而1PPS信號可以使用BNC同軸電纜連接器或ST型光纖連接器進(jìn)行連接。IEEE 1588同步是通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，通過RJ45（100BASE-TX）連接器或ST型（100BASE-FX）光纖連接器與GTSYNC卡進(jìn)行連接。無論使用內(nèi)部或者外部時鐘，且不論時鐘參考信號所使用的協(xié)議，GTSYNC卡都可以提供1PPS或者IRIG-B的輸出信號。
GTSYNC卡提供的同步信號通過光纖連接到NovaCor機(jī)箱后方的光口上，作為仿真系統(tǒng)主站機(jī)箱的時鐘信號。主站NovaCor機(jī)箱將通過GBH為其他的NovaCor 機(jī)箱提供同步仿真步長的時鐘。或者在只有兩臺NovaCor 機(jī)箱聯(lián)合仿真的情況下，直接為另一臺NovaCor 機(jī)箱提供同步仿真步長的時鐘。對于相量測量裝置（PMU）的基準(zhǔn)測試和采樣值輸出來說，仿真步長和外部時間參考的同步是不可少的。