CN104391450B - 一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，建立通讯延时控制模块，通讯状态和延时时间为可设置的参数；通过改变通讯状态参数，模拟通讯正常和通讯中断信号通讯延时情况；依据实际系统的各部分的不同传输延时时间，配置传输延时时间参数；所传输的信号数据类型是整型或者浮点型；延时时间相同的信号，浮点型的和整型的信号的通讯延时同时模拟或者分组模拟；多个同一数据类型的信号的通讯延时同时模拟或者分组模拟。本发明提供方法可以模拟实际系统的信号通讯延时，提高模型的准确性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统数字仿真技术领域，具体涉及一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法。
背景技术
为了应对电力系统发生故障的故障分析，以及满足定值整定、理论研究等研究需要，很多大型输电工程，尤其是直流输电工程，都会使用数字仿真软件，对整个工程(包括电力系统网络、电力元件、控制保护系统等)进行数学建模，搭建数字仿真模型。输电工程系统庞大，建模的准确程度，决定了数字仿真模型能否反应输电工程的真实响应，能否满足输电工程实际需要。输电工程的控制保护系统复杂，装置种类和数量较多，装置与装置间信号交换也比较多。信号在装置中交换包括发送信号、信号中转、信号传输、接收信号等环节，这些环节均会给接收的信号相对发送信号带来一定的延时。数字仿真模型只有如实模拟传输延时，才能保证仿真结果与输电工程系统的真实响应一致，才能满足输电工程实际需要。下面以直流输电工程为例，简单的说明直流输电工程控制系统的信号传输延时分布。
直流输电系统运行时，控制保护系统的信号通讯包括站内通讯和站间通讯。站内通讯包括主机间通讯、系统间通讯及极间通讯等；站间通讯为相距较远的两个换流站之间的通讯，依赖于远程通讯系统。
主机间通讯、系统间通讯一般通过点对点的光纤或者交换机组网的方式进行，距离较近，信号传输延时较小；极间通讯需借助通讯转换装置完成，信号经过通讯转换装置转换为光信号，通过光纤的传递，再经由通讯转换装置转换接收，转换为接收信号。信号的经通讯转换装置的两次转换带来的延时需要考虑。
站间通讯与站内的极间通讯类似，但由于换流站地理距离遥远，信号需借助于远程通讯系统。远程通讯系统包括站内通讯设备(远程通讯控制器、信号转换器等)、主链路(电力线载波通讯、光纤通讯等)等环节。远程通讯系统引入的信号传输延时取决于主链路环节，取决于通讯电缆的长度。通讯电缆一般沿着直流输电线路铺设，而直流输电工程两站一般相距遥远。从湖北荆州的江陵换流站到广东惠州的鹅城换流站的三-广直流工程，输电线路全长940km；从葛洲坝换流站到上海南桥换流站的葛-南直流工程，输电线路全长约1045km；主链路环节引入的信号通讯延时有3ms左右。
由上面可以看出，无论是传输距离近的站内通讯，还是传输距离遥远的站间通讯，信号传输延时均是存在的，而且延时的数量级对于控制保护系统是不能忽略的。为了保证建模的准确性，确保仿真结果与实际系统相符，需要一种模拟信号通讯延时的方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于针对实际工程系统存在的信号传输延时，提供一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，模拟实际系统的信号通讯延时，提高模型的准确性。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，其特征在于，建立通讯延时控制模块，通讯状态和延时时间为可设置的参数；通过改变通讯状态参数，模拟通讯正常和通讯中断信号通讯延时情况；依据实际系统的各部分的不同传输延时时间，配置传输延时时间参数；所传输的信号数据类型是整型或者浮点型；延时时间相同的信号，浮点型的和整型的信号的通讯延时同时模拟或者分组模拟；多个同一数据类型的信号的通讯延时同时模拟或者分组模拟。
上述方案中，通讯正常时，输出信号相对输入信号延时已设置的传输延时时间输出；通讯中断时，输出信号保持上一时刻输出信号不变，直至通讯恢复正常。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
本发明提供的数值仿真中模拟信号通讯延时的方法通过自定义通讯延时模块，根据实际整定通讯延时时间，实现模拟现实信号通讯延时。本发明能很好的切合实际，提高模型的准确性，满足科学研究需求，同时极大的方便模型搭建工作。
附图说明
图1为本发明实施例的自定义模块封装示意图。TCOM_OK为通讯状态信号输入，TCOM_OK＝HIGH,通讯正常；TCOM_OK＝LOW,通讯中断；T_DELAY为信号传输延时设置输入；DATA_TP为信号数据类型设置输入；DIMEN为数据维数设置输入；INP_SIG为输入信号；OUTP_SIG为输出信号。
图2为通讯正常时，浮点型信号传输示意图；其中，TCOM_OK＝HIGH，DATA_TP设置为浮点型，DIMEN＝1，T_DELAY＝20ms，INP_SIG＝INPUT_A，OUTP_SIG＝OUTPUT_A。
图3为通讯中断时，浮点型信号传输示意图；其中，DATA_TP设置为浮点型，DIMEN＝1，T_DELAY＝20ms，INP_SIG＝INPUT_A，OUTP_SIG＝OUTPUT_A；通讯在0.1s时刻中断，在0.16s时刻恢复。
图4为通讯正常时，整型信号传输示意图；其中，TCOM_OK＝HIGH，DATA_TP设置为整型，DIMEN＝1，T_DELAY＝20ms，INP_SIG＝INPUT_D，OUTP_SIG＝OUTPUT_D。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，在数字仿真软件中，定义通讯延时模块。图中，IN_SIG为输入信号；OUTP_SIG为输出信号；TCOM_OK为通讯状态信号；T_DELAY为信号传输延时时间；DATA_TP为信号的数据类型选择；DIMEN为输入信号IN_SIG的个数(维数)。TCOM_OK信号控制通讯状态，可任意在正常与中断两种状态中切换；T_DELAY控制传输延时时间，单位是ms，延时时间上限为128个仿真步长，根据实际传输延时，设置相应的延时时间；DATA_TP定义信号数据类型，设定延时模块传输的数据是浮点型还是整型；DIMEN定义输入信号的维数，维数上限为128。
通讯延时模块程序大致步骤如下：
第一步，定义两个公共的三维数组，一个数据类型为浮点型，用来对浮点型的输入信号进行存储；另一个数据类型为整型，用来对整型的输入信号进行存储。数组格式定义为：SIG_N[M][S][N]。SIG_N为变量名；M为同一个模型中允许存在的最大延时模块数量，这里取值为30；S为输入信号的维数，取值为128；N为缓存的次数，依据仿真步长和设置的延时时间，可计算得到该延时时间需要多少个仿真步长，即需要缓存多少次，N取值为128；
第二步，初始化时，对模型中多个通讯延时模块进行编号，编号对应至数组的变量M；读取模块参数DIMEN，确定每个延时模型传输的信号个数，对应至数组的变量S的最大值Smax；读取模块参数T_DELAY，计算每个延时模块需要缓存的仿真步长数量，对应至数组的变量N的最大值Nmax；
第三步，初始化时，对两个公共的三维数组进行赋初值；
第四步，模型运行时，根据信号数据类型，选择公共数组对输入信号IN_SIG进行存储，整型类型信号存入整型公共数组，浮点型信号存入浮点型公共数组；
第五步，模型运行时，实时检测TCOM_OK参数，判断通讯状态是否正常；
第六步，模型运行时，当通讯状态正常，对信号进行移位存储SIG_N[M1][S1][N1+1]＝SIG_N[M1][S1][N1]，其中M1、S1、N1为延时模块中的计数变量；
第七步，模型运行时，当通讯中断时，SIG_N[M1][S1][Nmax-1]保持不变，SIG_N[M1][S1][0]～SIG_N[M1][S1][Nmax-2]赋为初值；
第八步，模型运行时，OUTP_SIG＝SIG_N[M1][S1][Nmax-1]；
综上所述，本发明提供的数值仿真中模拟信号通讯延时的方法通过自定义通讯延时模块，根据实际整定通讯延时时间，实现模拟现实信号通讯延时。从仿真波形及模型仿真结果与实际工程结果对比可以得出，本发明能很好的切合实际，满足科学研究需求。
本发明提供的数值仿真中模拟信号通讯延时的方法通过自定义通讯延时模块，根据实际整定通讯延时时间，实现模拟现实信号通讯延时。本发明能很好的切合实际，提高模型的准确性，满足科学研究需求，同时极大的方便模型搭建工作。
上述通讯延时模块通过仿真软件自定义模块封装功能得到。
通讯延时模块开放的变量有：信号数据类型、信号数量、通讯状态、延时时间。
通过定义信号数据类型，可以选择通讯延时模块用于传输的数据类型；通过定义信号数量，可以确定通讯延时模块传输的信号数量；通过定义通讯状态，可以定义通讯状态是否正常；通过定义延时时间，可以确定信号需要缓存多少个仿真步长。
上述的通讯延时模块，多个通讯延时模块可以同时存在一个数字仿真模型中，通过程序对模块进行编号、调度，互不影响。
由以上本发明技术方案可知，通过一个统一的自定义通讯模块，整定自定义模块开放的变量，本发明可模拟信号传输通讯延时，满足科学研究需求，同时极大的方便模型搭建工作。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，其特征在于，应用于大型输电工程的数字仿真，模拟实际工程的信号通讯延时，建立通讯延时控制模块，通讯延时模块可设置的变量有：信号数据类型、信号数量、通讯状态、延时时间；通过改变通讯状态参数，模拟通讯正常和通讯中断信号通讯延时情况；依据实际系统的各部分的不同传输延时时间，配置传输延时时间参数；所传输的信号数据类型是整型或者浮点型；延时时间相同的信号，浮点型的和整型的信号的通讯延时同时模拟或者分组模拟；多个同一数据类型的信号的通讯延时同时模拟或者分组模拟；通过程序对通讯延时控制模块进行编号、调度，实现多个通讯延时模块同时存在一个数字仿真模型；模型内部定义方法如下：
(1)定义两个公共的三维数组，一个数据类型为浮点型，用来对浮点型的输入信号进行存储；另一个数据类型为整型，用来对整型的输入信号进行存储；数组格式定义为：SIG_N[M][S][N]；SIG_N为变量名；M为同一个模型中允许存在的最大延时模块数量；S为输入信号的维数；N为缓存的次数，依据仿真步长和设置的延时时间，可计算得到该延时时间需要缓存的次数；
(2)初始化时，对模型中多个通讯延时模块进行编号，编号对应至数组的变量M；读取模块参数信号数量，确定每个延时模型传输的信号个数，对应至数组的变量S的最大值Smax；读取模块参数延时时间，计算每个延时模块需要缓存的仿真步长数量，对应至数组的变量N的最大值Nmax。
2.根据权利要求1所述的一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，其特征在于，通讯正常时，输出信号相对输入信号延时已设置的传输延时时间输出；通讯中断时，输出信号保持上一时刻输出信号不变，直至通讯恢复正常。
3.根据权利要求1所述的一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，其特征在于，通讯延时模块程序步骤如下：
(1)初始化时，对两个公共的三维数组进行赋初值；
(2)模型运行时，根据信号数据类型，选择公共数组对输入信号IN_SIG进行存储，整型类型信号存入整型公共数组，浮点型信号存入浮点型公共数组；
(3)模型运行时，实时检测通讯状态信号参数，判断通讯状态是否正常；
(4)模型运行时，当通讯状态正常，对信号进行移位存储SIG_N[M1][S1][N1+1]＝SIG_N[M1][S1][N1]，其中M1、S1、N1为延时模块中的计数变量；
(5)模型运行时，当通讯中断时，SIG_N[M1][S1][Nmax-1]保持不变，SIG_N[M1][S1][0]～SIG_N[M1][S1][Nmax-2]赋为初值；
(6)模型运行时，输出信号OUTP_SIG＝SIG_N[M1][S1][Nmax-1]。
4.根据权利要求1所述的一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，其特征在于，上述通讯延时模块通过仿真软件自定义模块封装功能得到。
5.根据权利要求1所述的一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法，其特征在于，通过定义信号数据类型，选择通讯延时模块用于传输的数据类型；通过定义信号数量，确定通讯延时模块传输的信号数量；通过定义通讯状态，定义通讯状态是否正常；通过定义延时时间，确定信号需要缓存多少个仿真步长。
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