CN113433838A - 一种数字仿真系统通信处理方法和智能仿真接口装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数字仿真系统通信处理方法和智能仿真接口装置，所述方法通过接收仿真系统发出的第一数据，转换为可驱动被检测设备的第二数据，使被检测设备产生相应的动作，同时实时监测被检测设备工作状态，接收被检测设备发送的第三数据，当发现变位时，将包含突变数据的第三数据封装为第四数据发送至仿真系统，从而实现仿真系统与被检测设备之间数据的双向传输，达到闭环测试目的；所述装置用于实现所述方法，包括管理板、CPU板、开入板、开出板，为了保证装置性能的可扩充性，同时加入了交换芯片，以便管理多个CPU板。本申请实现了仿真系统与被检测设备之间数据的双向传输，达到闭环测试的目的，具有广阔的推广空间和使用价值。

Description

一种数字仿真系统通信处理方法和智能仿真接口装置

技术领域

本申请属于数字测控领域，具体涉及一种数字仿真系统通信处理方法和智能仿真接口装置。

背景技术

目前，电力系统发展迅速，电网结构变得越来越复杂，伴随着越来越多的继电保护设备接入电网系统，电力系统实时数字仿真技术在继电保护设备入网检测发挥越来越重要的角色。

目前，常用的仿真工具大多为非实时的仿真程序，这种非实时的仿真速度不能满足与外部物理控制设备和保护装置进行实时交互试验的需要，因此，电力系统普遍采用实时数字仿真系统，但是，目前的实时数字仿真系统，虽然仿真计算精度高，但对于暂态特性要求高的电力系统，其处理仿真数据灵活性依然有欠缺，同时现有的仿真系统虽然也能够实现仿真系统与被检测设备之间的双向数据传输，但功能单一，并不能将仿真系统的控制与现有全类型被检测设备的反馈进行整合，从而达不到全面闭环测试的目的。

发明内容

本申请提出一种数字仿真系统通信处理方法和智能仿真接口装置，以实现仿真系统与被检测设备之间的双向数据传输，将仿真系统的控制与被检测设备的反馈进行整合，达到闭环测试的目的。

根据本申请的一个方面，提供了一种数字仿真系统通信处理方法，包括：获取实时数字仿真系统输出的第一数据，其中，所述第一数据为第一预定协议的数据，所述第一预定协议为所述实时数字仿真系统支持的协议；将所述第一数据转换为第二数据，其中，所述第二数据包括：驱动信号和/或第二预定协议的第二协议数据，所述第二数据用于对被检测设备进行驱动；接收来自所述被检测设备的第三数据，其中，第三数据为所述被检测设备对所述第二数据的响应数据；将所述第三数据转换为所述第一预定协议的第四数据，并将所述第四数据发送给所述实时数字仿真系统。

进一步的，所述驱动信号包括以下至少之一：驱动功率放大器的功率放大器驱动信号、驱动继电器触点动作的继电器信号；

进一步的，所述第二预定协议包括以下至少之一：SMV9-2、GOOSE。

进一步的，将所述第一数据转换为第二数据包括：将所述第一数据中的模拟量和开关量数据复制到数据缓存区；在判断下行的所述开关量数据状态发生变化时，驱动对应所述被检测设备产生动作。

进一步的，将所述第三数据转换为所述第四数据包括：在检测到所述被检测设备出现变位的情况下，接收包括突变报文的第三数据，其中，所述突变报文用于指示所述被检测设备变位情况；将包括所述突变报文的第三数据封装成第四数据。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种数字仿真系统智能仿真接口装置，包括：管理板、CPU板、开入板和开出板；

所述管理板用于接收控制主机发送的工作模式和控制命令，并对所述CPU板、所述开入板和所述开出板的设备号进行分配和管理；所述CPU板用于在所述管理板的控制下，按照第一预定协议接收实时数字仿真系统发送的第一数据，生成第二数据，所述CPU板通过所述开出板将所述第二数据发送至被检测设备；所述第二数据包括：驱动信号和/或第二预定协议的第二协议数据；所述CPU板接收所述第三数据，并按照所述第一预定协议将所述第三数据封装为所述第四数据发送至所述实时数字仿真系统；所述开入板用于监测所述被检测设备发送的所述第三数据；所述开出板用于接收所述第二数据并发送所述第二数据至所述被检测设备。

进一步的，所述CPU板包括数据转换单元、CAN网串行通信口、内网口、千兆外网口和若干个百兆外网口；所述数据转换单元用于对所述第一数据进行数据转换，生成所述第二数据，所述第二数据通过所述百兆网口发送至所述被检测设备，并通过所述CAN网串行通信口发送所述第二数据至所述开出板，所述数据转换单元同时通过所述百兆外网口接收所述第三数据，并将所述第四数据发送至所述实时数字仿真系统；所述内网口与所述管理板连接，接收所述管理板转发的所述工作模式和控制命令，并通过所述管理板向所述控制主机发送所述被检测设备的状态信息；所述千兆外网口与所述实时数字仿真系统连接，用于接收所述第一数据，并发送所述第四数据至所述实时数字仿真系统；所述CAN网串行通信口同时连接所述开出板和所述开入板，用于向所述开出板发出所述第二数据，以及接收所述开入板发送的所述第三数据；所述百兆外网口用于传输所述第二数据，并采集所述第三数据。

进一步的，所述智能仿真接口装置还包括交换芯片；所述交换芯片分别连接所述管理板和所述CPU板；所述交换芯片用于所述管理板与所述CPU板之间的数据交互；所述交换芯片还用于所述控制主机向所述CPU板发送控制命令，以及所述智能仿真接口装置与所述被检测设备之间的检测信息交互。

进一步的，所述驱动信号包括以下至少之一：驱动功率放大器的功率放大器驱动信号、驱动继电器触点动作的继电器信号；和/或，所述第二预定协议包括以下至少之一：SMV9-2、GOOSE。

本申请的有益效果为：

本申请公开了一种数字仿真系统通信处理方法和智能仿真接口装置，可接入电力实时仿真系统，接收仿真系统下发的控制命令，经过解析、转换，打包成被检测设备可采集的报文或模拟量信息；并采集被检测设备输出数据，反馈至实时数字仿真系统，形成仿真系统与被检测设备之间数据的双向传输，达到闭环测试目的。本申请反应速度快，可同时开展常规保护装置和数字化保护装置的检测，具有广阔的推广空间和使用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例数字仿真系统通信处理方法流程示意图；

图2是根据本申请实施例智能仿真接口装置的结构示意图；

图3是根据本申请实施例智能仿真接口装置的应用示意图；

图4是根据本申请实施例智能仿真接口装置进行常规采样保护装置检测时的流程示意图；

图5是根据本申请实施例智能仿真接口装置进行数字化保护装置测试时的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

在本实施例中，提供了一种数字仿真系统通信处理方法，图1是根据本申请实施例数字仿真系统通信处理方法流程示意图，包括如下步骤：

S102.获取实时数字仿真系统输出的第一数据，第一数据由实时数字仿真系统按照第一预定协议发出；

第一预定协议可根据实时数字仿真系统的实际工作模式预先设定，例如，第一预定协议采用Aurora协议，第一数据为Aurora协议报文。

S104.将第一数据转换为第二数据，发送至被检测设备，以驱动被检测设备产生动作；

被检测设备指的是用于电力系统的继电保护类设备，例如，被检测设备包括但不限于功率放大器、智能IO和数字化装置；第二数据包括：驱动信号和/或第二预定协议的第二协议数据，其中，驱动信号用于驱动功率放大器或智能IO，第二协议数据用于驱动数字化装置；

第二预定协议根据被检测的数字化装置的工作模式，确定通讯协议和数据报文格式，例如，第二预定协议包括SMV9-2和GOOSE；

S106.接收来自被检测设备的第三数据，其中，第三数据为被检测设备对第二数据的响应数据；作为对第二数据的相应数据，例如，第三数据相应的也会以SMV9-2和GOOSE协议报文、CAN网报文的方式发送。

S108.将第三数据转换为第一预定协议的第四数据，并将第四数据发送给实时数字仿真系统。

由于被检测设备既有功率放大器、智能IO等模拟设备，又有数字化装置，而仿真系统需要针对不同的被检测设备发出不同的控制命令，因此在将第一数据转换为第二数据时，针对不同内容的Aurora协议报文，在转换为驱动信号和第二协议数据的过程有所不同。例如，转换为驱动信号的过程包括：将Aurora协议报文根据配置信息转换为控制功率放大器的协议报文并发出；同时将Aurora协议报文中的模拟量和开关量数据复制到数据缓存区，并将开关量数据转换为CAN网形式的驱动信号，当检测到继电器的开关量数据发生变化时，输出驱动信息，驱动继电器产生动作。当被检测设备为数字化装置时，采用与数字化装置相匹配的协议和报文格式，转换过程还包括：依据设定的额定延时计算第二协议数据的预发时刻，并将带有预发时刻的第二协议报文发送至数据缓存区，当到达预发时刻时，发送第二协议报文，以驱动数字化装置产生动作。

在将第三数据转换为第四数据过程中，需要首先进行开入位状态比对，例如，需要在接到被检测设备发送的第三数据后，先与数据缓存区中的数据进行对比，判断是否出现变位，当发现被检测设备的状态出现变位时，生成突变报文，并将包含有突变报文的第三数据封装成第四数据，其中突变报文用于指示被检测设备变位情况。

通过上述方法步骤，实现了仿真系统与被检测设备之间数据的双向传输，达到了闭环测试目的。

在本实施例中，提供了一种数字仿真系统智能仿真接口装置，以实施上述通信处理方法。图2是根据本申请实施例智能仿真接口装置的结构示意图。智能仿真接口装置包括：管理板、CPU板、开入板和开出板；

其中，管理板用于接收控制主机发送的工作模式和控制命令，并对接入CAN总线设备的CPU板、开入和开出板的设备号进行分配和管理；CPU板用于在管理板的控制下，按照Aurora协议接收仿真系统发送的Aurora协议报文，生成第二数据，并通过百兆外网口和开出板发送至被检测设备；第二数据用于驱动被检测设备，例如，包括驱动信号和/或第二预定协议的第二协议数据；例如，驱动信号包括以下至少之一：驱动功率放大器的功率放大器驱动信号、驱动继电器触点动作的继电器信号；第二预定协议包括以下至少之一：SMV9-2、GOOSE；CPU板接收第三数据，并按照Aurora协议将第三数据封装为第四数据发送至仿真系统；同时，百兆外网口和开入板继续监测被检测设备发送的第三数据。该装置中的各个功能板，其工作功能和内容体现了上述方法中的四个步骤，在此不再赘述。

作为一种可选的实施例，例如，管理板、CPU板、开入板和开出板均通过智能仿真接口装置背板接入CAN网，进行CAN网报文交互；

作为一种可选的实施例，例如，CPU板包括数据转换单元、CAN网串行通信口、内网口千兆外网口和若干个百兆外网口，并通过智能仿真接口装置背板接入CAN网总线；其中，数据转换单元用于对Aurora协议报文进行数据转换，生成第二数据，通过百兆外网口发送第二数据，或通过CAN网串行通信口发送第二数据至开出板，驱动继电器触点闭合；，数据转换单元同时通过百兆外网口接收第三数据，并将第四数据发送至仿真系统；内网口与管理板连接，接收管理板转发的工作模式和控制命令，并通过管理板向控制主机发送被检测设备的状态信息；外网口与仿真系统连接，用于接收Aurora协议报文，并发送第四数据至仿真系统；CAN网串行通信口同时连接开出板和开入板，用于向开出板发出第二数据，以及接收开入板发送的第三数据；

作为一种可选的实施例，例如，智能仿真接口装置还包括交换芯片，分别连接管理板和CPU板，用于管理板与CPU板之间的数据交互，实现控制主机与CPU板报文交互和配置文件的传输，还用于控制主机向CPU板发送控制命令，以及智能仿真接口装置与被检测设备之间的检测信息交互。

下面结合两个优选的实施例进行说明。如图3所示，为根据本申请实施例智能仿真接口装置的应用示意图。其中，仿真系统、控制主机、被检测设备之间应根据实际情况选择相应的通讯协议和报文格式，例如，智能仿真接口装置通过TCP/IP协议与控制主机连接，通过Aurora协议与仿真系统连接，通过CAN网与智能IO连接，通过功率放大器协议报文与功率放大器连接，通过SMV9-2协议和GOOSE协议与数字化装置连接。

有鉴于实时仿真系统仿真步长通常在10us-100us之间，本实施例以50us的仿真步长为例，阐述智能仿真接口装置的实现方案。智能仿真接口装置需驱动功率放大器进行模拟量输出，而功率放大器对实时数据控制步长和数据间隔均匀性也有严格的要求，步长也应小于200us，否则影响功率放大器输出模拟量的精度。但是CPU板任务转圈时间受任务量和中断影响较大，远大于仿真步长，且离散性难以保障，故需要对仿真系统与智能仿真接口装置的通讯做出相应的改进，例如，在智能仿真接口装置中增加高速FPGA芯片，作为与仿真系统和被检测设备之间的连接，FPGA数据处理的通道延时小于1us，且抖动小于1us通过高速FPGA对仿真系统发出的控制数据解析和打包发送，发送功率放大器数据报文步长与仿真步长一致，同时也可以保证CPU板卡外网口输出功率放大器报文频率的快速性和均匀性。例如，CPU板采用zynq芯片，配置一个内部网口、6个百兆光纤、1个千兆光纤口，并通过装置背板接入CAN网总线；内部网口经交换芯片与管理板通信，接收控制主机下发工作模式判别和控制命令，上传接口装置和功率放大器设备的状态监测信息；千兆光纤双工口与仿真系统装置交互Aurora协议报文，接收实时仿真系统下行数据，上传第四数据。数据转换单元、实现封装第二预定协议的第二协议数据以及第三数据的MAC层协议报文功能集成在FPGA芯片中，通过千兆外网口连接实时数字仿真系统，实现第一数据和第四数据的交互；通过百兆外网口连接所述被检测设备，用于传输预定协议的第二数据，同时由FPGA保证第二类数据报文的实时性和同步性。

作为第一个优选的实施例，当进行常规采样保护装置检测时，按如下流程实施：

S202.智能仿真接口装置接收仿真系统输出的第一数据，例如，以Aurora协议报文格式由仿真系统发送至仿真接口装置的仿真数据；

管理板负责与控制主机通信，接收控制主机下发工作模式及控制命令，例如，管理板作为master对接入CAN总线设备的CPU板、开入板和开出板的slave设备号进行分配和管理。

FPGA在接收Aurora协议报文同时，将报文中模拟量和开关量数据复制至CPU缓存区。

S204.将第一数据转换为第二数据；

例如，FPGA对千兆光纤口接收到的Aurora协议报文进行解析，转换为可控制功率放大器的功率放大器驱动信号协议报文，从百兆光纤口发出；

CPU板对开关量数据进行判别，检测到下行开关量状态有变位时，打包开出用于驱动继电器动作的继电器信号CAN网报文，驱动开出板卡对应继电器触点输出。

S206.接收第三数据，即被检测设备对仿真接口装置发出的第二数据；例如，通过开入板的M4芯片实时监测开入量变位情况，当监测到开入变位时，发送突变报文至CPU，CPU板实时监测开入量变位情况。

S208.发送第四数据至仿真系统；

例如，CPU板通过开入板实时监测开入量变位情况，当检测到开入变位时，发送突变报文至CPU板，CPU板对包含有突变报文的第三数据，封装成Aurora协议报文格式的第四数据存入千兆光纤卡发送缓存区，其中开入变位包括但不限于被检测装置首次上电及开入状态发生变化，最后由FPGA将本次开关量状态发送至仿真系统。

通过上述方法步骤，实现了仿真系统的控制命令-智能仿真接口装置-功率放大器、智能IO的控制命令传输，也同样实现了功率放大器、智能IO设备状态-智能仿真接口装置-仿真系统的被检测设备状态反馈，实现了仿真系统与被检测设备、功率放大器、智能IO之间数据的双向传输，达到了闭环测试目的。

作为第二个优选的实施例，当进行数字化保护装置测试时，例如，数字化保护装置模拟量的采样频率取250us/帧，按如下流程实施：

S302.智能仿真接口装置接收仿真系统输出的第一数据，例如，以Aurora协议报文格式由仿真系统发送至仿真接口装置的仿真数据；

同样的，管理板作为master对接入CAN总线设备的CPU板、开入板和开出板的slave设备号进行分配和管理。

S304.将第一数据转换为第二数据，例如，CPU需对仿真步长为50us的仿真数据进行重采样处理，重采样后根据通道额定延时和重采样时刻计算出报文的预发时刻，将带预发时刻的SMV9-2报文发送至FPGA，FPGA判别预发时刻到时发送SMV9-2，保证各百兆光纤口SMV9-2报文的同步性和均匀性。并且，CPU实时对Aurora协议报文中的开关量进行判别，当开关量有变位时，CPU对相应的开关量状态打包成带预发时刻的GOOSE报文，由FPGA通过百兆光纤口对外发送。

S306.接收第三数据，即被检测设备对仿真接口装置发出的第二数据；例如，通过CPU的百兆外网口，接收订阅的GOOSE报文。

S308.发送第四数据至仿真系统；

例如，在向数字化装置发送GOOSE报文的同时，FPGA实时监视各个百兆光纤口接收GOOSE报文情况，并将接收到的GOOSE报文发送给CPU板，CPU板判别是否有变位报文，当首次执行或有变位报文时，即出现变位时，CPU板将最新的开关量状态打包成Aurora协议报文，发送至千兆光纤口的发送缓存区，最后由FPGA发送至实时仿真系统。

通过上述方法步骤，实现了仿真系统的控制命令-智能仿真接口装置-数字化装置的控制命令传输，也同样实现了数字化装置工作状态-智能仿真接口装置-仿真系统的被检测设备状态反馈，实现了仿真系统与数字化装置之间数据的双向传输，达到了闭环测试目的。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种数字仿真系统通信处理方法，其特征在于，包括：

获取实时数字仿真系统输出的第一数据，其中，所述第一数据为第一预定协议的数据，所述第一预定协议为所述实时数字仿真系统支持的协议；

将所述第一数据转换为第二数据，其中，所述第二数据包括：驱动信号和/或第二预定协议的第二协议数据，所述第二数据用于对被检测设备进行驱动；

接收来自所述被检测设备的第三数据，其中，第三数据为所述被检测设备对所述第二数据的响应数据；

将所述第三数据转换为所述第一预定协议的第四数据，并将所述第四数据发送给所述实时数字仿真系统。

2.根据权利要求1所述的数字仿真系统通信处理方法，其特征在于，所述驱动信号包括以下至少之一：驱动功率放大器的功率放大器驱动信号、驱动继电器触点动作的继电器信号。

3.根据权利要求1所述的数字仿真系统通信处理方法，其特征在于，所述第二预定协议包括以下至少之一：SMV9-2、GOOSE。

4.根据权利要求2或3所述的数字仿真系统通信处理方法，其特征在于，将所述第一数据转换为第二数据包括：

将所述第一数据中的模拟量和开关量数据复制到数据缓存区；

在判断下行的所述开关量数据状态发生变化时，驱动对应所述被检测设备产生动作。

5.根据权利要求2或3所述的数字仿真系统通信处理方法，其特征在于，将所述第三数据转换为所述第四数据包括：

在检测到所述被检测设备出现变位的情况下，接收包括突变报文的第三数据，其中，所述突变报文用于指示所述被检测设备变位情况；

将包括所述突变报文的第三数据封装成第四数据。

6.一种数字仿真系统智能仿真接口装置，用于实施权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述智能仿真接口装置包括：管理板、CPU板、开入板和开出板；

所述管理板用于接收控制主机发送的工作模式和控制命令，并对所述CPU板、所述开入板和所述开出板的设备号进行分配和管理；

所述CPU板用于在所述管理板的控制下，按照第一预定协议接收实时数字仿真系统发送的第一数据，生成第二数据，所述CPU板通过所述开出板将所述第二数据发送至被检测设备；所述第二数据包括：驱动信号和/或第二预定协议的第二协议数据；

所述CPU板接收所述第三数据，并按照所述第一预定协议将所述第三数据封装为所述第四数据发送至所述实时数字仿真系统；

所述开入板用于监测所述被检测设备发送的所述第三数据；

所述开出板用于接收所述第二数据并发送所述第二数据至所述被检测设备。

7.根据权利要求6所述的数字仿真系统智能仿真接口装置，其特征在于，

所述CPU板包括数据转换单元、CAN网串行通信口、内网口、千兆外网口和若干个百兆外网口；

所述数据转换单元用于对所述第一数据进行数据转换，生成所述第二数据，所述第二数据通过所述百兆网口发送至所述被检测设备，并通过所述CAN网串行通信口发送至所述开出板；所述数据转换单元同时通过所述百兆外网口接收所述第三数据，并将所述第四数据发送至所述实时数字仿真系统；

所述内网口与所述管理板连接，接收所述管理板转发的所述工作模式和控制命令，并通过所述管理板向所述控制主机发送所述被检测设备的状态信息；

所述千兆外网口与所述实时数字仿真系统连接，用于接收所述第一数据，并发送所述第四数据至所述实时数字仿真系统；

所述CAN网串行通信口同时连接所述开出板和所述开入板，所述CAN网串行通信口用于向所述开出板发出所述第二数据；

所述开入板实时监测开入量变位信息，并生成所述第三数据；所述第三数据通过所述CAN网串行通信口发送至所述CPU板；

所述百兆外网口用于传输所述第二数据，并采集所述第三数据。

8.根据权利要求7所述的数字仿真系统智能仿真接口装置，其特征在于，所述智能仿真接口装置还包括交换芯片；所述交换芯片分别连接所述管理板和所述CPU板；所述交换芯片用于所述管理板与所述CPU板之间的数据交互；

所述交换芯片还用于所述控制主机向所述CPU板发送控制命令，以及所述智能仿真接口装置与所述被检测设备之间的检测信息交互。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的数字仿真系统智能仿真接口装置，其特征在于，所述驱动信号包括以下至少之一：驱动功率放大器的功率放大器驱动信号、驱动继电器触点动作的继电器信号，和/或所述第二预定协议包括以下至少之一：SMV9-2、GOOSE。

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