CN107239373A - 一种嵌入式继电保护设备的仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式继电保护设备的仿真方法及系统，建立仿真时的操作系统函数对应表，主模块和从模块共用所述操作系统函数对应表；主模块创建模块管理句柄，完成对所述从控模块的加载操作；通过定时器模拟采样中断，检测缓冲区的数据，实现硬采样功能；将设置好的开入量存放到内存中，实现硬开入功能；将继电保护设备的地址映射到PC内存上，实现PC仿真装置的界面可视化；在PC仿真装置中建立一个文件，作为PC仿真装置的虚拟磁盘使用，实现文件系统功能；建立逻辑仿真时的变量地址对应表，实现逻辑仿真功能。本发明在对继电保护设备进行调试及测试与硬件及性能无关的功能时，可以脱离硬件，不受硬件的限制，同时定位问题更加直观及准确。

Description

一种嵌入式继电保护设备的仿真方法及系统

技术领域

本发明属于嵌入式系统应用技术领域，特别涉及一种嵌入式继电保护设备的仿真方法及系统。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，系统的结构越来越复杂，对系统的保护也随之大量增加和越来越重要，同时，局部电网发生故障的概率大大增加，电网故障的波及面也越来越大。另一方面随着电网间联系日益加强，在电网发生故障时会有大量的信息要传输，这就要求专业保护人员的关注和要处理的信息会成倍增加，增大电网调度运行人员在判断事故性质和处理事故并恢复系统运行的难度，这将在客观上加大电网运行人员的管理难度。

随着微电子技术、信息技术、网络通信技术的发展，我国智能电网已进入全面建设时期，智能变电站系统所占的市场份额快速增长，嵌入式继电保护设备的数据存储、网络通信、数据的处理能力使对电网事故、保护装置动作进行及时有效的分析成为可能。继电保护设备所有信息，包括设备的运行信息、保护动作信息、保护定值信息、网络通信信息等，这些信息时电网事故分析和处理的基础信息，已完成对电网故障分析及保护动作行为的判断，为智能化调度的建设与实现提供重要的技术支撑平台，继电保护故障信息处理信息系统的建设时技术和应用发展的必然选择。

但是在对继电保护设备进行调试及测试时，需要大量的硬件参与进去，在调试时不易控制，不能够摆脱硬件的限制，定位问题时不够直观及准确，而且对调试环境的需求也相应增加，新产品开发前期因硬件的功能、性能及其稳定性还没有得到验证，不能投入太高的成本进行生产。

因此，需要软件平台对嵌入式继电保护设备进行仿真，更直观的进行调试及测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式继电保护设备的仿真方法及系统，用于解决对继电保护设备进行调试及测试时由于大量硬件参与进去造成调试及测试结果不准确的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种嵌入式继电保护设备的仿真方法，包括以下步骤：

根据继电保护设备所用嵌入式操作系统函数与PC仿真装置所用函数的映射关系，建立仿真时的操作系统函数对应表，主模块和分模块共用所述操作系统函数对应表；

主模块创建模块管理句柄，完成对所述分模块的加载操作；

通过定时器模拟采样中断，检测缓冲区的数据，实现硬采样功能；

将设置好的开入量存放到内存中，实现硬开入功能；

将继电保护设备的地址映射到PC内存上，通过解析嵌入式继电保护设备配置界面菜单生成的菜单文件信息获取PC仿真装置菜单，实现PC仿真装置的界面可视化；

在PC仿真装置中建立一个文件，作为PC仿真装置的虚拟磁盘使用，实现文件系统功能；

根据继电保护设备进行逻辑仿真时所需的变量地址与PC仿真装置所有变量地址的映射关系，建立逻辑仿真时的变量地址对应表，实现逻辑仿真功能。

进一步地，还在PC仿真装置中创建虚拟网卡，与PC机的网卡绑定，以实现与外部设备进行网络数据的交互。

进一步地，所述模块管理句柄包括配置文件名称、模块特征字、模块文件名称及模块入口信息。

进一步地，利用定时器模拟采样中断时，将周波采样点数与采样周期毫秒数的最大公约数记为Y，当中断次数为采样周期与Y的商的整数倍时，产生的数据个数为每周波采样点数与Y的商减去采样周期与Y的商加1。

进一步地，利用定时器实时采样数据，若采样中断发生时，判断数据更新计数器是否发生变化，若发生变化，对数据进行更新。

本发明还提供了一种嵌入式继电保护设备的PC仿真系统，在PC机中：根据继电保护设备所用嵌入式操作系统函数与PC仿真装置所用函数的映射关系，建立仿真时的操作系统函数对应表，主模块和分模块共用所述操作系统函数对应表；

主模块创建模块管理句柄，完成对所述分模块的加载操作；

通过定时器模拟采样中断，检测缓冲区的数据，实现硬采样功能；

将设置好的开入量存放到内存中，实现硬开入功能；

将继电保护设备的地址映射到PC内存上，通过解析嵌入式继电保护设备配置界面菜单生成的菜单文件信息获取PC仿真装置菜单，实现PC仿真装置的界面可视化；

在PC仿真装置中建立一个文件，作为PC仿真装置的虚拟磁盘使用，实现文件系统功能；

根据继电保护设备进行逻辑仿真时所需的变量地址与PC仿真装置所有变量地址的映射关系，建立逻辑仿真时的变量地址对应表，实现逻辑仿真功能。

进一步地，还在PC仿真装置中创建虚拟网卡，与PC机的网卡绑定，以实现与外部设备进行网络数据的交互。

进一步地，所述模块管理句柄包括配置文件名称、模块特征字、模块文件名称及模块入口信息。

进一步地，利用定时器模拟采样中断时，将周波采样点数与采样周期毫秒数的最大公约数记为Y，当中断次数为采样周期与Y的商的整数倍时，产生的数据个数为每周波采样点数与Y的商减去采样周期与Y的商加1。

进一步地，利用定时器实时采样数据，若采样中断发生时，判断数据更新计数器是否发生变化，若发生变化，对数据进行更新。

本发明的有益效果是：

本发明首先建立仿真时的操作系统函数对应表；主模块创建模块管理句柄，完成对分模块的加载操作；通过定时器模拟采样中断，检测缓冲区的数据，实现硬采样功能；将设置好的开入量存放到内存中，实现硬开入功能；将继电保护设备的地址映射到PC内存上，实现PC仿真装置的界面可视化；在PC仿真装置中建立一个文件，作为PC仿真装置的虚拟磁盘使用，实现文件系统功能；根据继电保护设备进行逻辑仿真时所需的变量地址与PC仿真装置所有变量地址的映射关系，建立逻辑仿真时的变量地址对应表，实现逻辑仿真功能。本发明在对继电保护设备进行调试及测试与硬件及性能无关的功能时，可以脱离硬件，不受硬件的限制，同时定位问题更加直观及准确。

附图说明

图1为主模块加载其他分模块的流程图；

图2为PC仿真装置界面效果图；

图3为PC仿真装置主流程图；

图4为逻辑仿真监视全局状态界面效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明的一种嵌入式继电保护设备的仿真方法的实施例：

一种嵌入式继电保护设备的仿真方法，如图3所示，包括如下步骤：

1、建立操作系统函数链表：将继电保护设备所用嵌入式操作系统函数在PC上实现，将嵌入式继电保护设备所用的嵌入式操作系统函数找到与PC系统中函数的对应关系，在PC系统中将嵌入式操作系统函数重新实现，建立操作系统函数链表；然后选定一主模块，添加操作系统函数表源码，主模块按名称注册操作系统函数链表，其它分模块均通过函数表名称获取操作系统函数，整个PC仿真系统共用一套操作系统函数表。

2、文件系统初始化：在PC仿真系统中建立一个特定名称的文件，作为PC仿真系统的虚拟磁盘使用；嵌入式继电保护设备文件系统中对实际物理存储介质的操作，在PC仿真系统中是对此虚拟磁盘进行操作。

3、对分模块加载操作，如图1所示：主模块中通过解析指定配置文件，配置文件包括主节点和分节点，其中主节点为内部定义的模块名称，分节点为模块文件名称，获取其它分模块的信息，创建模块管理句柄，添加到模块管理句柄链表中。模块管理句柄包括：模块名称、模块文件名称及模块入口函数信息；模块入口函数包含：两个特征字，大小端模式及三个模块初始化函数；三个函数分别为：模块链接函数、模块初始化函数及模块引导后处理函数。

4、创建模块管理句柄成功后，调用模块链接函数，主要进行模块间函数表的传递；链接完成后调用模块初始化函数，主要进行模块中所要进行的操作系统信息的创建如定时器、任务等；在所有的模块均初始化完成后，进入到任务运行前调用模块引导后处理函数，主要进行模块间有依赖关系又不能在运行期进行的操作处理；所有模块在执行完模块引导后处理函数后，开放所有任务，操作系统根据任务的优先级和时间片进行循环调度。

5、实现硬采样功能，在PC仿真系统中创建一个毫秒定时器来模拟硬采样中断，每毫秒产生一个采样中断信号；此中断中根据不同的通道类型，产生不同形式的数据，若为交流通道通过有效值产生正弦波数据，若为直流通道直接为有效值。一般情况下一次中断每通道产生一个数据，为使数据均匀(将周波采样点数与采样周期毫秒数的最大公约数记为Y)，当中断次数为采样周期毫秒数与Y的商的整数倍时，产生的数据个数为每周波采样点数与Y的商减去采样周期毫秒数与Y的商加一。

数据有效值通过专用界面设置给PC仿真系统，为增强数据的实时性，界面与PC仿真装置间直接通过函数调用的方式，当在界面上启动设置量值后，调用PC仿真装置提供的设置函数，将数据设置到缓冲区中，调整数据更新计数器，采样中断发生时，判断数据更新计数器是否发生变化，若发生变化，将所有通道数据的有效值进行更新，否则按上次的有效值去产生采样数据。

6、开入量通过专用界面设置给PC仿真装置，为增强数据的实时性，界面与PC仿真装置间直接通过函数调用的方式，当在界面上启动设置量值后，调用PC仿真装置提供的设置函数，将数据先设置到临时缓冲区中，所有开入量数据设置完成后，将临时缓冲区中的数据拷贝到映射的端口内存中。

7、装置界面可视化，在PC仿真所用的系统中将装置中所用GUI库与具体硬件相关的代码在PC仿真系统中重新实现。主要工作为：界面显示地址映射到PC内存上；按键映射到PC键盘上。按键映射要做到与嵌入式继电保护设备操作的一致性，如加、减及方向键对应键盘上的加、减及方向键等，对键盘上没有的复归键映射到键盘的ctrl键上。

PC仿真系统菜单，通过解析嵌入式继电保护设备配置界面菜单生成的菜单信息文件获取；将从文件中解析出的菜单函数信息添加到特定管理句柄中，管理句柄包含函数名称、不定参数函数指针、函数参数个数及函数参数类型。嵌入式继电保护设备界面配置工具支持的函数，通过函数名称字符串与管理句柄中的函数名称进行全匹配查找，添加到管理句柄不定参数指针的位置，管理句柄中的参数个数及参数类型通过匹配后的函数信息进行设置。函数参数中有些使用的是宏定义，为获取此种参数的实际量值，将宏定义的参数创建成包含宏定义字符串名称和量值的管理句柄，函数参数先在此管理句柄链表中进行查找，如果在此管理链表中可以查找到，直接获取量值，如果没有找到，根据参数类型将字符串进行指定类型的转换获取参数值。

8、网络系统初始化，在PC仿真系统中创建三个虚拟网卡，此三个网卡分别绑定到PC仿真系统的网络连接上，虚拟网卡与PC机网络连接的绑定关系存储到指定格式的文件中；PC仿真系统在主模块初始化中解析此文件，每一虚拟网卡生成特定格式的管理句柄，此句柄包含虚拟网卡名称及绑定网卡名称信息，PC仿真系统通过此管理句柄完成虚拟网卡与PC机网卡的映射关系，从而完成与外部设备进行网络数据的交互。

9、解析嵌入式继电保护设备map目标文件中逻辑仿真所需变量的地址，建立与PC仿真装置中同一变量地址的对应表，当逻辑仿真软件获取变量数据时，将地址映射到PC仿真装置的地址上获取数据反馈给逻辑仿真软件，从而实现逻辑仿真功能，得到如图4所示的界面效果图。

本发明还提供了一种嵌入式继电保护设备的仿真系统，其核心在于提供嵌入式继电保护设备的PC仿真方法，由于仿真方法的具体实施方式已经在上述实施例中给进行了详细的说明，因此，不再对嵌入式继电保护设备的PC仿真系统的具体实施方式进行详细的说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种嵌入式继电保护设备的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据继电保护设备所用嵌入式操作系统函数与PC仿真装置所用函数的映射关系，建立仿真时的操作系统函数对应表，主模块和分模块共用所述操作系统函数对应表；

主模块创建模块管理句柄，完成对所述分模块的加载操作；

通过定时器模拟采样中断，检测缓冲区的数据，实现硬采样功能；

将设置好的开入量存放到内存中，实现硬开入功能；

将继电保护设备的地址映射到PC内存上，通过解析嵌入式继电保护设备配置界面菜单生成的菜单文件信息获取PC仿真装置菜单，实现PC仿真装置的界面可视化；

在PC仿真装置中建立一个文件，作为PC仿真装置的虚拟磁盘使用，实现文件系统功能；

根据继电保护设备进行逻辑仿真时所需的变量地址与PC仿真装置所有变量地址的映射关系，建立逻辑仿真时的变量地址对应表，实现逻辑仿真功能。

2.根据权利要求1所述的嵌入式继电保护设备的仿真方法，其特征在于，还在PC仿真装置中创建虚拟网卡，与PC机的网卡绑定，以实现与外部设备进行网络数据的交互。

3.根据权利要求1所述的嵌入式继电保护设备的仿真方法，其特征在于，所述模块管理句柄包括配置文件名称、模块特征字、模块文件名称及模块入口信息。

4.根据权利要求1所述的嵌入式继电保护设备的仿真方法，其特征在于，利用定时器模拟采样中断时，将周波采样点数与采样周期毫秒数的最大公约数记为Y，当中断次数为采样周期与Y的商的整数倍时，产生的数据个数为每周波采样点数与Y的商减去采样周期与Y的商加1。

5.根据权利要求4所述的嵌入式继电保护设备的仿真方法，其特征在于，利用定时器实时采样数据，若采样中断发生时，判断数据更新计数器是否发生变化，若发生变化，对数据进行更新。

6.一种嵌入式继电保护设备的仿真系统，其特征在于，在PC机中：根据继电保护设备所用嵌入式操作系统函数与PC仿真装置所用函数的映射关系，建立仿真时的操作系统函数对应表，主模块和分模块共用所述操作系统函数对应表；

主模块创建模块管理句柄，完成对所述分模块的加载操作；

通过定时器模拟采样中断，检测缓冲区的数据，实现硬采样功能；

将设置好的开入量存放到内存中，实现硬开入功能；

将继电保护设备的地址映射到PC内存上，通过解析嵌入式继电保护设备配置界面菜单生成的菜单文件信息获取PC仿真装置菜单，实现PC仿真装置的界面可视化；

在PC仿真装置中建立一个文件，作为PC仿真装置的虚拟磁盘使用，实现文件系统功能；

根据继电保护设备进行逻辑仿真时所需的变量地址与PC仿真装置所有变量地址的映射关系，建立逻辑仿真时的变量地址对应表，实现逻辑仿真功能。

7.根据权利要求6所述的嵌入式继电保护设备的仿真系统，其特征在于，还在PC仿真装置中创建虚拟网卡，与PC机的网卡绑定，以实现与外部设备进行网络数据的交互。

8.根据权利要求6所述的嵌入式继电保护设备的仿真系统，其特征在于，所述模块管理句柄包括配置文件名称、模块特征字、模块文件名称及模块入口信息。

9.根据权利要求6所述的嵌入式继电保护设备的仿真系统，其特征在于，利用定时器模拟采样中断时，将周波采样点数与采样周期毫秒数的最大公约数记为Y，当中断次数为采样周期与Y的商的整数倍时，产生的数据个数为每周波采样点数与Y的商减去采样周期与Y的商加1。

10.根据权利要求9所述的嵌入式继电保护设备的仿真系统，其特征在于，利用定时器实时采样数据，若采样中断发生时，判断数据更新计数器是否发生变化，若发生变化，对数据进行更新。