虚拟仿真

                       RT-LAB实时仿真平台

RT-LAB实时仿真平台既可以进行全数字模型仿真也可以做半实物硬件在环仿真。全数字仿真是指的被控原型和控制策略都是通过模型搭建，在实时仿真机里进行全数字仿真。半实物仿真又称为硬件在环仿真（Hardware-In-the-Loop Simulation，HIL），是指在条件允许的情况下尽可能在仿真回路中接入实物。半实物仿真通常是在模型里搭建被控对象，然后外接控制器实物，测试控制器的性能及验证控制器的功能。

硬件在环仿真技术是开发和测试复杂控制、保护和监测系统的标准方法。硬件在环（HIL）的测试原理是让仿真装置通过计算模拟电力系统运行，并实时地将控制保护装置需要的电压、电流量通过物理接口和功率放大器发送给控制保护装置，同时采集控制保护装置返回的控制信号，进而影响被仿真系统的运行，从而形成闭环，全面检验保护装置动作特性及其动作方式对所在系统的影响。

基本构架图如图所示。

图3.1 基于RT-LAB硬件在环测试平台构架图

软件系统采用仿真管理软件标准产品与定制开发相结合的原则，既保持了国外先进的仿真管理软件的强大特性，又结合本系统的具体需求，加入了适应性的定制开发，增加了应用的便利性。

硬件系统采用国外先进的实时仿真机。提高系统可靠性。并根据仿真测试实现功能的要求，进行一些定制化部件设计。

仿真模型结合公司为以往类似项目开发的成功经验，具有种类多、精度高、工程化等突出优势。

主要包括以下特点：

• 采用国际同类行业中先进成熟的设计思想和制造技术；

• 实现通用化、系列化与模块化要求，积极采用成熟可靠技术；

• 开放性：软硬件都可以兼容众多主流的第三方软硬件；

• 基于高性能实时仿真环境：实时性是保证整个系统安全无误运行的必要条件，CPU模型仿真步长可达10μs，FPGA模型仿真步长可达100ns；

• 世界领先的电力电子与电力系统实时解算工具：RT-Events和Artemis；

• 强大的分布式计算技术：可实现超复杂超大型模型的实时运行；

• 监控功能：通过运行监控主机，可以监控所有子系统的所有状态和仿真数据。

• 支持扩展功率硬件在环测试的功能：可以将实时仿真技术与动模技术相结合，更好的完成系统开发设计。

• 具备灵活性和通用性：系统为分布式系统，模块化设计，扩张功能强大，使系统模型与真实设备可协同仿真，具有良好的灵活性和扩展性，可任意增减仿真节点，并且可方便的实现IO资源扩展。

平台的硬件及软件架构

基于RT-LAB的新能源硬件在环测试平台包含硬件部分和软件部分。硬件部分主要由上位机和实时仿真机组成。系统采用开放架构，基于标准总线和RedHat Linux实时操作系统，系统软硬件均具有升级和扩充能力，支持第三方多种板卡扩充。本系统为分布式系统，模块化设计，在满足用户技术要求的基础上，具有良好的灵活性和扩展性，可进行软硬件的扩展，可满足包括仿真规模的扩展、功能上的扩展、硬件I/O数量和各种总线类型的扩容等。

软件部分采用分布式实时仿真管理软件。软件部分具有模型开发、编译、自动代码生成、自动代码下载、仿真执行、参数在线调整、上位机与仿真机通讯、仿真机内CPU之间实时通讯、仿真数据的实时存储和回放等功能。

该硬件在环测试平台由3部分组成，分别是试验管理分系统、实时仿真分系统和信号接口分系统。其系统原理图如图所示：

      基于RT-LAB硬件在环测试平台原理图

试验管理分系统是上位机系统，具有模型开发、试验管理、自动测试和图形监控等功能。

实时仿真分系统是下位机系统，是整个系统的核心部分。包括1台RT-LAB OP5700实时仿真器，需要具备系统数学模型实时运行以及实时I/O端口配置等功能，其中三相交流系统的主电路模型放在OP5700的CPU中运行，而电力电子装置模型（也就是控制器的被控对象）放在OP5700的CPU（步长<25μs）或OP5700的FPGA（步长<1μs）中运行（其数据通过PCIe总线交互），一般当仿真规模不大，步长要求不是很高的情况下CPU模型的解决方案就能够满足需求。

信号接口分系统需要具备与装置的控制柜、智能光纤接口箱和功率放大器等实物的物理连接等功能。一方面从I/O输出的模拟量值输入到控制器中用于控制算法。另一方面，控制系统中的阀基控制器与仿真器还需要有智能光纤接口箱和高速光纤通讯，用来模拟真实的控制器与其被控对象之间的通讯环境。