CN112231887A - 一种高压断路器多场耦合仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压断路器多场耦合仿真方法及系统，包括若干个联合仿真周期，每个联合仿真周期中：当标识符与液压系统模型匹配时，液压系统模型访问共享内存，计算出活塞杆反力；将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与瞬态动力学模型匹配；接着，瞬态动力学模型访问共享内存，计算出当前联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与流体仿真模型匹配；接着，流体仿真模型访问共享内存，计算出所述当前联合仿真周期的灭弧室压力；将其计算结果写入共享内存中；标识符置为与液压系统模型匹配。本发明实现了液压系统模型、瞬态动力学模型和流体仿真模型的联合仿真，仿真精度高。

Description

一种高压断路器多场耦合仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及一种高压断路器多场耦合仿真方法及系统。
背景技术
高压断路器在动作过程中，动触头的运动与灭弧室气体、液压系统等相互作用。因此，高压断路器的动作过程涉及运动场、气压、液压等多种物理场的耦合。
目前，单物理场仿真的研究较多，主要通过各种仿真软件对单物理场进行建模。影响触头运动的模型主要包括：液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型。
在单物理场研究的基础上，现有技术提出了对多个单物理场进行联合的方式进行仿真。而多个单物理场之间的联合方式，影响了多种物理量之间的耦合作用，若联合方式不当，会导致仿真精度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压断路器多场耦合仿真方法，用以解决现有仿真方法精度低的问题。同时，基于该方法，本申请还提供了一种高压断路器多场耦合仿真系统。
本发明技术方案包括：一种高压断路器多场耦合仿真方法，包括若干个联合仿真周期，每个联合仿真周期中：
液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型读取标识符；液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型为物理模型；
当标识符与液压系统模型匹配时，液压系统模型访问共享内存，读取初始液压系统压力Y0或者前一个联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，计算出活塞杆反力；将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与瞬态动力学模型匹配；
当标识符与瞬态动力学模型匹配时，瞬态动力学模型访问共享内存，从其中读取所述活塞杆反力、初始灭弧室压力P0或者前一个联合仿真周期的灭弧室压力，计算出当前联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与流体仿真模型匹配；
当标识符与流体仿真模型匹配时，流体仿真模型访问共享内存，从其中读取所述当前联合仿真周期的动触头速度，计算出所述当前联合仿真周期的灭弧室压力；将其计算结果写入共享内存中；标识符置为与液压系统模型匹配。
本发明的有益效果是：实现了液压系统模型、瞬态动力学模型和流体仿真模型的联合仿真，解决了驱动机构的液压控制仿真、传动系统的瞬态动力学仿真、灭弧室的开断气流场仿真之间的数据交互和计算顺序的难题，是真正的高压断路器整机联合仿真，真实模拟了高压断路器的开断过程，仿真精度高。
进一步的，在仿真过程中，三个物理模型不断访问标识符，当标识符与自身匹配时，某个物理模型获得共享内存的使用权，处于运行状态，而其他物理模型处于等待状态。
进一步的，当一个物理模型计算完成后，标识符进行切换。
进一步的，当为一个物理模型分配的计算时间达到后，标识符进行切换。
本发明技术方案还包括：一种高压断路器多场耦合仿真系统，包括处理器和存储器，所述存储器上上存储计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述仿真方法。
进一步的，在仿真过程中，三个物理模型不断访问标识符，当标识符与自身匹配时，某个物理模型获得共享内存的使用权，处于运行状态，而其他物理模型处于等待状态。
进一步的，当一个物理模型计算完成后，标识符进行切换。
进一步的，当为一个物理模型分配的计算时间达到后，标识符进行切换。
附图说明
图1是本发明的联合仿真系统结构示意图；
图2是本发明实施方式的联合仿真方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图具体进行说明。
如图1为高压断路器多场耦合联合仿真系统。该仿真系统属于软件系统，包括控制界面、共享内存和液压系统模型、瞬态动力学模型和流体仿真模型。
控制界面用于人机交互，操作人员设置相关的仿真参数(例如物理模型的初始参数)，展示仿真结果。控制界面与共享内存进行交互。上述仿真参数可以通过其他形式存入共享内存中，并不一定需要利用控制界面。
共享内存主要用于：各物理模型从中调用和写入运算结果。
液压系统模型、瞬态动力学模型和流体仿真模型为与触头运动相关的物理模型，可以利用各种仿真软件进行搭建。本实施例利用了已有的研究成果，采用已经搭建好的物理模型。为了与这些物理模型进行交互，需要根据这些已有物理模型本身提供的接口来设计。其中，液压系统模型和流体仿真模型提供了TCP通信接口，因此需要设计TCP通讯模块，实现液压系统模型、流体仿真模型与共享内存之间的信息交互；瞬态动力学模型提供了相应的接口函数，因此可以通过调用接口函数实现瞬态动力学模型与共享内存之间的信息交互。由于TCP模块、接口函数等均属于现有技术且与具体物理模型编程方式有关，因此不再赘述。
系统中设置标识符。标识符表示哪个物理模型正在占用共享内存。本实施例中，标识符1表示液压系统模型正在占用共享内存，禁止其他物理模型占用共享内存；标识符2表示瞬态动力学模型正在占用共享内存，禁止其他物理模型占用共享内存；标识符3表示流体仿真模型正在占用共享内存，禁止其他物理模型占用共享内存。在仿真过程中，三个物理模型均会不断访问标识符，当标识符与自身匹配时，某个物理模型才获得共享内存的使用权，而其他物理模型处于等待状态。
如图2，仿真方法如下：
1，首先，通过控制界面设置一些仿真参数，其中包括液压系统模型的初始液压系统压力Y0，以及瞬态动力学模型的初始灭弧室压力P0，将这些仿真参数存放到共享内存中。
2，开始仿真时，标识符设为1。标识符1与液压系统模型匹配，而与瞬态动力学模型和流体仿真模型不匹配，因此，瞬态动力学模型和流体仿真模型处于等待状态，液压系统模型处于运行状态。
液压系统模型访问共享内存，读取初始液压系统压力Y0，根据其模型中的算法计算出活塞杆承受的反力F1；然后将该活塞杆反力F1存入共享内存中，并且将标识符置为2。
由于标识符为2，瞬态动力学模型能够访问共享内存，从其中读取活塞杆反力F1、初始灭弧室压力P0，根据其模型中的算法计算出动触头速度V1和动触头位移S1；然后将计算结果存入共享内存中，并且将标识符置为3。
由于标识符为3，流体仿真模型能够访问共享内存，从其中读取动触头速度V1，根据模型中的算法计算出灭弧室压力P1；将灭弧室压力P1写入共享内存中，并且将标识符置重新置为1。
如此，便完成了初始的一个联合仿真周期，一个联合仿真周期反映了很短时间内的微观动作过程；也就是说，仿真时，断路器的一个完整动作过程被分解成了许多个微观动作过程，需要许多个联合仿真周期，才能完成对整个动作过程的仿真。一个联合仿真周期由三个物理模型的运行时间决定。每个物理模型的运行时间取决于模型本身的算法，以及所模拟的微观动作过程的时间长度。
其中，标识符的切换可以根据物理模型的状态进行切换，即在物理模型计算完成后进行改变。标识符还可以根据时间进行切换，例如为每个物理模型分配一定运行时间(此时间应大于该模型的计算时间长度)，当运行时间耗尽时，标识符进行切换。
3，下一个联合仿真周期，标识符为1，液压系统模型访问共享内存，读取动触头速度V1和动触头位移S1，根据模型中的算法计算出活塞杆承受的反力F2；然后将该活塞杆反力F2存入共享内存中，并且将标识符置为2。
由于标识符为2，瞬态动力学模型能够访问共享内存，从其中读取活塞杆反力F2、灭弧室压力P1，根据其模型中的算法计算出动触头速度V2和动触头位移S2；然后将计算结果存入共享内存中，并且将标识符置为3。
由于标识符为3，流体仿真模型能够访问共享内存，从其中读取动触头速度V2，根据模型中的算法计算出灭弧室压力P2；将灭弧室压力P2写入共享内存中，并且将标识符置重新置为1。
4，再一个联合仿真周期，标识符为1，液压系统模型访问共享内存，读取动触头速度V2和动触头位移S2(即上一个联合仿真后期的动触头速度、位移)，根据其模型中的算法计算出活塞杆承受的反力F3；然后将该活塞杆反力F3存入共享内存中，并且将标识符置为2。
由于标识符为2，瞬态动力学模型能够访问共享内存，从其中读取活塞杆反力F3、灭弧室压力P2(即上一个联合仿真后期的灭弧室压力)，根据其模型中的算法计算出动触头速度V3和动触头位移S3；然后将计算结果存入共享内存中，并且将标识符置为3。
由于标识符为3，流体仿真模型能够访问共享内存，从其中读取动触头速度V3，根据模型中的算法计算出灭弧室压力P3；将灭弧室压力P3写入共享内存中，并且将标识符置重新置为1。
5，依次类推……
本实施方式实现了液压系统模型、瞬态动力学模型和流体仿真模型的联合仿真，解决了驱动机构的液压控制仿真、传动系统的瞬态动力学仿真、灭弧室的开断气流场仿真之间的数据交互和计算顺序的难题，是真正的高压断路器整机联合仿真，真实模拟了高压断路器的开断过程，仿真精度高。
本实施方式中涉及的仿真系统，从硬件上来说，其包括存储器和处理器，所述存储器上上存储计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述仿真方法。上述处理器既可以是计算机，也可以是微处理器，如ARM等，还可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本实施方式是结合系统框图和和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施方式对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压断路器多场耦合仿真方法，其特征在于，包括若干个联合仿真周期，每个联合仿真周期中：
液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型读取标识符；液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型为物理模型；
当标识符与液压系统模型匹配时，液压系统模型访问共享内存，读取初始液压系统压力Y0或者前一个联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，计算出活塞杆反力；将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与瞬态动力学模型匹配；
当标识符与瞬态动力学模型匹配时，瞬态动力学模型访问共享内存，从其中读取所述活塞杆反力、初始灭弧室压力P0或者前一个联合仿真周期的灭弧室压力，计算出当前联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与流体仿真模型匹配；
当标识符与流体仿真模型匹配时，流体仿真模型访问共享内存，从其中读取所述当前联合仿真周期的动触头速度，计算出所述当前联合仿真周期的灭弧室压力；将其计算结果写入共享内存中；标识符置为与液压系统模型匹配。
2.根据权利要求1所述的一种高压断路器多场耦合仿真方法，其特征在于，在仿真过程中，三个物理模型不断访问标识符，当标识符与自身匹配时，某个物理模型获得共享内存的使用权，处于运行状态，而其他物理模型处于等待状态。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压断路器多场耦合仿真方法，其特征在于，当一个物理模型计算完成后，标识符进行切换。
4.根据权利要求1或2所述的一种高压断路器多场耦合仿真方法，其特征在于，当为一个物理模型分配的计算时间达到后，标识符进行切换。
5.一种高压断路器多场耦合仿真系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上上存储计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现包括若干个联合仿真周期的高压断路器多场耦合仿真方法，每个联合仿真周期中：
液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型读取标识符；液压系统模型，瞬态动力学模型和流体仿真模型为物理模型；
当标识符与液压系统模型匹配时，液压系统模型访问共享内存，读取初始液压系统压力Y0或者前一个联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，计算出活塞杆反力；将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与瞬态动力学模型匹配；
当标识符与瞬态动力学模型匹配时，瞬态动力学模型访问共享内存，从其中读取所述活塞杆反力、初始灭弧室压力P0或者前一个联合仿真周期的灭弧室压力，计算出当前联合仿真周期的动触头速度和动触头位移，将其计算结果存入共享内存中；标识符置为与流体仿真模型匹配；
当标识符与流体仿真模型匹配时，流体仿真模型访问共享内存，从其中读取所述当前联合仿真周期的动触头速度，计算出所述当前联合仿真周期的灭弧室压力；将其计算结果写入共享内存中；标识符置为与液压系统模型匹配。
6.根据权利要求5所述的一种高压断路器多场耦合仿真系统，其特征在于，在仿真过程中，三个物理模型不断访问标识符，当标识符与自身匹配时，某个物理模型获得共享内存的使用权，处于运行状态，而其他物理模型处于等待状态。
7.根据权利要求5或6所述的一种高压断路器多场耦合仿真系统，其特征在于，当一个物理模型计算完成后，标识符进行切换。
8.根据权利要求5或6所述的一种高压断路器多场耦合仿真系统，其特征在于，当为一个物理模型分配的计算时间达到后，标识符进行切换。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113591264A (zh) * 2021-04-27 2021-11-02 平高集团有限公司 一种高压开关的温度计算方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103970028A (zh) * 2014-04-29 2014-08-06 国家电网公司 永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型及其方法
CN108416127A (zh) * 2018-02-14 2018-08-17 武汉大学 潜艇高压吹除管路系统多物理场耦合仿真方法及系统
CN109991874A (zh) * 2018-11-30 2019-07-09 中国电力科学研究院有限公司 一种配电网暂态实时仿真系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103970028A (zh) * 2014-04-29 2014-08-06 国家电网公司 永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型及其方法
CN108416127A (zh) * 2018-02-14 2018-08-17 武汉大学 潜艇高压吹除管路系统多物理场耦合仿真方法及系统
CN109991874A (zh) * 2018-11-30 2019-07-09 中国电力科学研究院有限公司 一种配电网暂态实时仿真系统及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113591264A (zh) * 2021-04-27 2021-11-02 平高集团有限公司 一种高压开关的温度计算方法及装置
CN113591264B (zh) * 2021-04-27 2024-03-26 平高集团有限公司 一种高压开关的温度计算方法及装置

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