01 項(xiàng)目背景

OPAL-RT的客戶遍布全球且行業(yè)分布廣泛，其中包括許多著名的研究實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家資助的密集研發(fā)項(xiàng)目和多邊合作組織，他們通過(guò)對(duì)現(xiàn)代工程學(xué)的探索與革新，正在不斷塑造世界的嶄新未來(lái)。大學(xué)、工業(yè)界和地方企業(yè)紛紛投入到這些意義重大的項(xiàng)目當(dāng)中，在OPAL-RT各領(lǐng)域客戶的合作下，這些項(xiàng)目參與者攜手致力于多邊合作和前沿咨詢產(chǎn)業(yè)，共同引領(lǐng)了21世紀(jì)的創(chuàng)新發(fā)展。

R&D Nester也是這些團(tuán)體中的一員。R&D Nester于2013年在葡萄牙里斯本成立，其股東包括REN（葡萄牙TSO）和中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司（通過(guò)中國(guó)電力科學(xué)研究院）。雙方聯(lián)合的專業(yè)領(lǐng)域包括電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真、可再生能源管理研究、智能電網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)合探索以及能源市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)的影響研究等。多年來(lái)，R&D Nester積極參與OPAL-RT主辦的實(shí)時(shí)仿真大會(huì)（Real Time conferences），并分享了其研究成果、開(kāi)發(fā)工作和客戶解決方案。

"R&D Nester使用OPAL-RT的實(shí)時(shí)仿真解決方案已經(jīng)有很多年了，對(duì)他們的軟硬件以及技術(shù)支持都十分滿意，OPAL-RT團(tuán)隊(duì)的技術(shù)知識(shí)非常扎實(shí)，響應(yīng)能力和責(zé)任心也很強(qiáng)。”

Nuno de Souza e Silva秉承"創(chuàng)造智能能源未來(lái) "的理念，領(lǐng)導(dǎo)REN和國(guó)家電網(wǎng)合作的能源研究中心，主要負(fù)責(zé)可再生能源整合、智能電網(wǎng)、電力系統(tǒng)仿真和能源市場(chǎng)等國(guó)際項(xiàng)目。

02 項(xiàng)目挑戰(zhàn)&解決方案

當(dāng)前，全球能源市場(chǎng)正在經(jīng)歷深刻變革：基于逆變器的能源資源（inverter-based energy resources，IBR）集成不斷增長(zhǎng)，對(duì)更加環(huán)保的能源系統(tǒng)和能源存儲(chǔ)解決方案的需求持續(xù)提升。智能電網(wǎng)概念的落地和普及，從根本上改變了當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。隨著數(shù)字化解決方案在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用愈加廣泛，世界各地的電力系統(tǒng)正在向數(shù)字化嬗變。

包括能源生產(chǎn)商和經(jīng)銷商在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈各方深刻認(rèn)識(shí)到：當(dāng)前亟需探索可擴(kuò)展性更高、處理能力更強(qiáng)的聯(lián)合仿真。簡(jiǎn)言之，我們需要?jiǎng)?chuàng)新且持續(xù)發(fā)展的仿真解決方案。

基于上述背景，R&D Nester（葡萄牙語(yǔ)名稱：the Centro de Investiga??o em Energia REN State Grid S.A）開(kāi)始著手建設(shè)一個(gè)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室配備兩臺(tái)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真器（real-time power system simulators，RTPSS），其中一臺(tái)是從OPAL-RT購(gòu)入的。

另外，還引入了各種軟硬件工具作為上述兩臺(tái)RTPSS的補(bǔ)充，共同實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的仿真（包括獨(dú)立仿真模式和聯(lián)合仿真模式）。

在此基礎(chǔ)上，為了充分利用新產(chǎn)品和解決方案，R&D Nester建設(shè)完善了現(xiàn)有的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真（RTPSS）實(shí)驗(yàn)室，使其能夠提供獨(dú)特的仿真研究理論和專業(yè)的仿真基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)分析電力系統(tǒng)不同組成部分的行為。

下方是R&D Nester解決方案的簡(jiǎn)明圖示：

R&D Nester 對(duì)其使用的OPAL-RT旗下HYPERSIM軟件平臺(tái)、ARTEMiS（基于CPU的電氣工具包）和ePHASORSIM（機(jī)電相量域仿真工具包）等產(chǎn)品十分認(rèn)可。

業(yè)界最先進(jìn)的仿真設(shè)備加之裝備其中的多款測(cè)試工具，大大提升了RTPSS實(shí)驗(yàn)室的仿真能力，使得仿真復(fù)雜電力系統(tǒng)的多面場(chǎng)景成為可能，并且能夠評(píng)估其相同場(chǎng)景下的性能。

電力系統(tǒng)數(shù)字化解決方案的引入為新型解決方案的應(yīng)用創(chuàng)造了更新更廣闊的機(jī)會(huì)，R&D Nester RTPSS實(shí)驗(yàn)室還配備了測(cè)試工具，可以對(duì)電力系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合仿真。

軟件和硬件解決方案也已裝備完成，用于與電力系統(tǒng)仿真解決方案同時(shí)運(yùn)行的通信網(wǎng)絡(luò)仿真。

03 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

“未來(lái)變電站”是R&D Nester的 研發(fā)項(xiàng)目之一。在該項(xiàng)目中，RTPSS對(duì)保護(hù)、自動(dòng)化和控制（protection, automation and control ，PAC）系統(tǒng)進(jìn)行了HIL測(cè)試。在這個(gè)案例里，RTPSS用于仿真電力系統(tǒng)，并可執(zhí)行閉環(huán)（HIL）測(cè)試。

在HIL測(cè)試中，RTPSS可以模擬傳輸線路中的故障，該故障會(huì)導(dǎo)致繼電器保護(hù)跳閘。但與開(kāi)環(huán)測(cè)試相反，RTPSS會(huì)從物理設(shè)備中接收指令，并對(duì)電網(wǎng)重新配置，然后重新計(jì)算電力系統(tǒng)潮流，這可能會(huì)導(dǎo)致其他傳輸線跳閘。

仿真器的HIL接口均為硬接線，并使用IEC 61850通信協(xié)議，無(wú)論是傳統(tǒng)設(shè)備或是先進(jìn)設(shè)備均可進(jìn)行測(cè)試。使用仿真器的TestView自動(dòng)化測(cè)試功能，能夠?qū)y(cè)試結(jié)果的收斂性進(jìn)行分析。

這段密集而回報(bào)極高的開(kāi)發(fā)時(shí)期助力R&D Nester將研發(fā)工作向前推進(jìn)，包括未來(lái)將其RTPSS用于智能變電站的測(cè)試和實(shí)施，并幫助他們?cè)诮诘膰?guó)家和國(guó)際項(xiàng)目中做出貢獻(xiàn)，例如：ProtMPLS項(xiàng)目：評(píng)估保護(hù)系統(tǒng)的IP/MPLS通信。Prot4HRES項(xiàng)目：評(píng)估可再生能源對(duì)輸電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。OSMOSE項(xiàng)目：該H2020項(xiàng)目旨在確定和發(fā)展歐洲電力系統(tǒng)的最佳組合，以實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。

04 技術(shù)參數(shù)

實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室(RTPSS)

• 一臺(tái)16核Linux-based仿真器（OPAL-RT OP5600），主要負(fù)責(zé)運(yùn)行實(shí)時(shí)仿真。該仿真器共有64 Gb的RAM內(nèi)存，可運(yùn)行高度復(fù)雜的進(jìn)程；

• 兩個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱（含接口），每個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱配備一組數(shù)字和模擬輸入/輸出，能夠執(zhí)行HIL測(cè)試。每個(gè)機(jī)箱的端口總數(shù)為：32道模擬輸入，32道模擬輸出，64道數(shù)字輸入和64道數(shù)字輸出。

時(shí)間同步
冗余時(shí)間同步服務(wù)器，可同步實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和待測(cè)設(shè)備，兼容以下協(xié)議：PTP, IRIG-B, SNTP, PPS和10 MHz。

IEC 61850測(cè)試工具

• 專用于IEC 61850的保護(hù)測(cè)試組，可生成GOOSE和采樣值，以發(fā)送到待測(cè)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)環(huán)測(cè)試。它也可將GOOSE信息轉(zhuǎn)換為物理電信號(hào)輸出，反之亦然，用于測(cè)試保護(hù)設(shè)備的二進(jìn)制輸出；

• 四個(gè)功率放大器，將RTPSS平臺(tái)和測(cè)試組的低壓輸出轉(zhuǎn)換為100v, 1A，用于保護(hù)設(shè)備；

• 用于檢查IEC 61850信息的軟件包；

• 執(zhí)行IEC 61850一致性測(cè)試的軟件包，包括待測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)模型和通信服務(wù)；

• IED規(guī)范和配置工具，可創(chuàng)建IEC 61850系統(tǒng)，并測(cè)試系統(tǒng)交互。

通信網(wǎng)絡(luò)

• 仿真通信網(wǎng)絡(luò)的軟件包，能夠在無(wú)真實(shí)設(shè)備或執(zhí)行HIL仿真的情況下進(jìn)行評(píng)估研究；

• 將模擬負(fù)載注入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，并可通過(guò)模擬的“攻擊”來(lái)破壞循環(huán)信息。

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真（RTPSS）實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)

05 項(xiàng)目成果

R&D NESTER 的RTPSS實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備專業(yè)、調(diào)配科學(xué)，能夠監(jiān)管超大頻譜的電力系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序。該實(shí)驗(yàn)室也促使R&D Nester團(tuán)隊(duì)順利推進(jìn)了諸多迄今為止最為復(fù)雜的項(xiàng)目，其中包括前文提及的“未來(lái)變電站”原型。

該技術(shù)可預(yù)見(jiàn)的一些未來(lái)應(yīng)用包括但不限于:

測(cè)試

原型開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品一致性測(cè)試，產(chǎn)品類型測(cè)試；

保護(hù)和自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試；

硬件在環(huán)（HIL）仿真 （電網(wǎng)與原型、真實(shí)IEDs或其他設(shè)備的實(shí)時(shí)交互）。

建模
使用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和事件記錄進(jìn)行模型驗(yàn)證（例如：線性元件模型、集中參數(shù)傳輸線路、PI線、非線性模型、避雷器等）。

場(chǎng)景仿真

1可再生能源的最佳整合研究，電力系統(tǒng)暫態(tài)研究；2

符合歐洲電網(wǎng)規(guī)范的電力系統(tǒng)性能評(píng)估；

3電力系統(tǒng)事件的深度取證分析。

通信

通過(guò)仿真對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代研究并助力通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；

使用真實(shí)設(shè)備與仿真環(huán)境交互進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信HIL混合仿真；

電力系統(tǒng)事件的深度取證分析測(cè)試通信網(wǎng)絡(luò)性能（測(cè)量參數(shù)和人為減損，即“壓力測(cè)試”），以評(píng)估對(duì)控制和自動(dòng)化系統(tǒng)的影響。

聯(lián)合仿真

執(zhí)行聯(lián)合仿真（電力系統(tǒng)仿真器和通信網(wǎng)絡(luò)仿真器同時(shí)運(yùn)行并進(jìn)行交互）；

電力系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合仿真，對(duì)于評(píng)估通信設(shè)備故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響至關(guān)重要；

包含兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合仿真，并行運(yùn)行并執(zhí)行同步動(dòng)作。

培訓(xùn)

對(duì)員工進(jìn)行控制設(shè)備操作培訓(xùn)。

以往需要幾周乃至幾年才能完成的工作，如今幾個(gè)小時(shí)甚至幾分鐘即可完成。對(duì)于R&D Nester而言，他們的研究領(lǐng)域和可擴(kuò)展性將具有無(wú)限可能。