数字量输出板卡

简要描述：数字量输出板卡GTDO是一个可以安装在机柜导轨上的板卡，通过光纤连接到NovaCor机箱后方的光口上，为RTDS仿真系统提供具有光学隔离的数字量输出通道。该卡有64路输出通道（图 3-10），所有通道同步采样，可用于NovaCor上的常规仿真步长（~25-50μs）或次小步长（~1-3μs）的仿真。GTDO卡允许链式连接，因此一个NovaCor机箱上的光口可以驱动多张GTIO卡。

产品型号： GTAI

所属分类：电力仿真

更新时间：2024-01-10

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随着电力技术的发展，电力系统的建设和电网互联规模的扩大对动模实验室的要求逐渐提高。电力系统物理动态模拟试验是根据相似原理，按比例缩减实际电力系统中的元件来建立电力系统模型，确保在模型上所反应的过程和实际系统中的过程相似，并且具有相同的电气特性。动模实验室的建设初期需要花费大量的时间，对系统总体规模和元件模型进行设计规划，例如设备的规模、模拟元件的参数、模拟元件多样性、控制水平、组模水平等方面。根据不同的动态模拟试验需求，对动模设备的要求与种类逐渐多样化，在开展试验前期需要进行大量的准备工作，包括根据试验需要设计选择系统模型的具体参数，模拟元件模型之间的连接组合和动模系统的集成。因此，随着数字仿真和离线计算软件的日益成熟，全数字实时仿真逐渐成为对现代电力系统的试验研究、测试与验证的重要手段之一。
电力系统电磁暂态仿真最常见的解决方案是Dommel算法。该算法中使用梯形积分法则将根据电力系统分析得到的积分方程离散化为代数方程。使用梯形积分法则的时候，方程的解只在离散时刻进行计算，而不是连续时刻的解。两次计算方程解的离散时刻之间的时间间隔被称为步长，表示为△t。所有表示电力系统模型的方程必须在每个步长中进行计算。对于包含电力电子的大规模复杂电力系统模型，即使使用现代*计算机，每个步长的计算也需要花费很长时间才能完成，所花费的时间可能是几秒，几十秒甚至几分钟。这种情况的仿真被称为“非实时"或“离线"运行模式。然而，如果计算机能够连续执行并完成每个步长时间内所需的计算，所用时间小于或等于一个仿真步长，那么这种情况下的仿真可以称为实时仿真。如果系统能够进行实时仿真，并且与外部世界在固定的时间间隔（时间间隔等于系统的仿真步长）进行数据交换，这种实时仿真可称为“硬实时"。
基于PC计算机的电磁暂态（非实时）仿真软件一直广泛运用于电力系统电磁暂态和稳态的分析研究，例如PSCAD、EMTP、ATP等。数字仿真软件利用数学模型来表示各种电力系统元件，用户能自由组合和连接这些模型来搭建详细的电力系统模型案例，模拟各种系统运行工况和故障，满足各种系统情况下暂态和稳态的分析研究。随着现代电力技术和设备的发展，对电力系统控制保护装置和新型电气设备的基本原理和性能指标进行试验研究成为了实验室的主要研究方向。综合物理动模和全数字仿真的特点，基于物理和数字仿真模型的混合式仿真系统成为实验室建设新的发展趋势。

RTDS实时数字仿真器是一个全数字化系统，能够实时并连续地运行，并通过Dommel算法对电力系统进行电磁暂态模拟。通过配套软件和定制化硬件相结合的方式，RTDS实时数字仿真器可以实现步长从1.5微秒至50微秒的多速率系统仿真。RTDS实时数字仿真器的操作系统是按照实时要求设计研发的，保证了仿真过程中的“硬实时"，也就是说，仿真过程中不允许任何的计算超时发生。

RTDS实时数字仿真器的硬件设备采用模块化设计，用户可以根据实验室规模随时扩展RTDS仿真系统的计算能力以及I/O接口数量。实验室的RTDS仿真系统规模增加可以通过两种方式：一是增加更多的NovaCor授权核的许可证（每个RTDS仿真机箱中最多可以激活10个授权核），二是增加更多的RTDS NovaCor仿真机箱（chassis）。结合目前的硬件设计，RTDS仿真系统可以支持包含多达144个仿真机箱的联合仿真。用于输入输出的I/O板卡（具体介绍参见下文3.2——外设板卡和硬件设备）可以根据实验室仿真系统建设需要，相应增加RTDS仿真系统输入输出的I/O接口数量。

用户通过RTDS实时数字仿真器配套软件RSCAD来控制系统仿真，使RTDS仿真器的操作和使用变得更加简单、高效。RSCAD软件提供了一个图形用户界面（GUI），可以帮助用户更加直观的操作使用RTDS实时数字仿真器，其中包括仿真系统的建立、系统的运行操作和控制、在仿真过程中系统参数的修改、数据采集和结果分析等。另外，RSCAD软件中包含大量的元件模型可以用来搭建详细的仿真案例，例如电力系统和电力电子元件模型、控制系统以及保护和自动化元件模型。这些模型均由RTDS技术公司的研发团队开发和测试，在教学、研发、测试和实际工程中广泛运用并加以验证。同时，根据RTDS的广大客户在日常工作使用中得出的经验与建议，对RSCAD软件不断地进行改进和完善。
RTDS实时数字仿真器是一个集设计、研究和测试于一体的理想工具，通常用于对物理装置的保护和控制方案的测试和验证。RTDS实时数字仿真器具备大量的数字、模拟和以太网的输入/输出（I/O）功能，可以与物理的保护和控制装置进行闭环连接，用于研究控保装置与仿真的电力系统之间的相互作用。
RTDS实时数字仿真器可以在对操作运行人员、工程师、研究人员和学生的培训中发挥多种多样的作用。事实上，RTDS实时数字仿真器为与电力行业相关系统的模拟和测试提供了新的方法和技术优势。因为RTDS实时数字仿真器是实时且连续运行的，它能够很大程度的模拟真实电力系统的运行方式与系统响应特征。RTDS实时数字仿真器为测量设备、保护继电器和控制器等设备提供了一个模拟的且接近真实电力系统的环境。在这个实验平台中，用户可以配置、操作和运行各种电力系统模型，研究被测硬件装置与仿真电路之间的相互作用。相比传统的物理动态模拟方法，基于RTDS的数字仿真方法具有建模周期短、灵活性强、安全性好、结果直观等特点。经过大量实践验证的电磁暂态模型，保证了其数学模型的计算精度和合理性，加上经典Dommel算法的精确性和稳定性以及现代计算机设备的强大计算处理能力，为数模混合式仿真和全数字实时仿真提供基础条件，成为高性价比的电力系统模拟试验选择。