CN117910396A - 一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于虚拟继电保护领域，本发明所述方法包括，基于虚拟继电保护实时仿真平台的保护功能进行层级化建模，将保护装置的建模封装到单独子系统并命名，实现多核并行计算；通过虚拟继电保护平台进行编译模型生成可执行代码并下载到计算单元中运行，并在站控层进行保护装置的切换和数据集的修改与监控；虚拟继电保护平台产生录波并进行保存，通过过程层模拟量与数字量的物理网口进行通信，最后进行闭环仿真。本发明实现大量虚拟继电保护装置在CPU多核并行运行，解决大量虚拟继电保护装置的模型编辑、编译慢的难题，通过IED name后缀方式解决大量虚拟继电保护装置造成的变量名重复问题；通过录波类型信号自动决定是否生成录波及生成录波的性质。

Description

一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法及系统
技术领域
本发明属于虚拟继电保护技术领域，尤其是一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法。
背景技术
现存技术中与本发明近似的技术方向有：方法1：多台实际继电保护设备与一次设备仿真平台构成闭环环境进行相关测试，这种方式能够正确反映继电保护的外特性，但是由于采用实际保护装置，这种方式具有占地面积大、接线复杂、保护逻辑不透明等缺点。方法2：是在一次系统仿真平台中，添加多台继电保护逻辑的仿真，与一次系统一起建模并实时运行，这种方式主要是对继电保护原理的仿真，并没有模拟多台保护装置的站控层、过程层、装置对时、启动和故障录波等功能。方法3：也有研究人员将多台继电保护的站控层实现与其他设备的闭环仿真测试，但是并没有实现继电保护的内部逻辑以及其他功能。
上述三种方法中，方法1采用实际装置，优缺点比较鲜明，尤其是采用的继电保护比较多时，如500kV变电站保护，整站双套保护需要大量装置参与闭环仿真测试。方法2与方法3分别聚焦于多台继电保护的内部逻辑和站控层的仿真实现，都没有完整模拟继电保护的外特性。
本发明基于虚拟继电保护实时仿真平台实现，可以在仿真平台的计算单元仿真多台虚拟继电保护装置，解决了大量保护装置的占地、接线等难题。虚拟继电保护的逻辑透明可修改，虚拟保护的外特性与实际保护装置一致，通过过程层、站控层接口与一次系统仿真平台通讯完成闭环实时仿真。同时解决了多台继电保护装置启动故障录波、SCD自动生成等问题。
发明内容
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。本发明提供了一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，该方法基于实时仿真平台开发了虚拟继电保护实时仿真平台，可以仿真多台虚拟保护装置，能够实现多台虚拟继电保护与一次设备仿真平台构成闭环仿真，并能够通过站控层与所有虚拟保护装置通信，解决了多台虚拟保护建模问题；解决虚拟保护过程层信号交互问题；解决虚拟保护站控层信息交互问题；解决多台保护录波问题。
为解决上述技术问题，提出了一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，包括：
基于虚拟继电保护实时仿真平台的保护功能进行层级化建模，将保护装置的建模封装到单独子系统并命名，实现多核并行计算；通过虚拟继电保护平台进行编译模型生成可执行代码并下载到计算单元中运行，并在站控层进行保护装置的切换和数据集的修改与监控；虚拟继电保护平台产生录波并进行保存，通过过程层模拟量与数字量的物理网口进行通信，最后进行闭环仿真。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的一种优选方案，其中：所述保护功能包括逻辑层、站控层、通信层、录播信号及计算单元。
所述层级化建模包括当存在多台虚拟继电保护装置时，采用基于层级化建模：根据保护功能确定层次结构，并针对不同层级进行保护逻辑编写，将保护逻辑单独封装成S-Function可执行代码，放于控制保护库中，封装后通过S-Function建立层次间接口，当上层虚拟继电保护装置模型中需要时，通过调用下层的S-Function，进行系统的运行。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的一种优选方案，其中：所述保护装置的建模封装到单独子系统并命名包括将每个虚拟继电保护平台的保护功能建模封装到一个单独的子系统中，并进行子系统命名，同时保存为保护装置的名字IEDName，当多台虚拟继电保护平台内部变量名称在虚拟继电保护后台显示时，将自动增加IEDName的后缀：
当子系统命名Name后存至数据库中，当后台一个内部变量显示时命名为Name1，数据库将进行子系统匹配，当匹配到所属的子系统后，若发现并没有相同内部变量名称时，则系统自动保存Name1并在后台进行显示，若发现子系统内部已存在Name1的名称，系统将自动拒绝变量存入，重新回到子系统的数据库中，并以Name2的名称继续匹配，若无相同名字则自动保存并显示，若有相同名字则拒绝，重复过程直至可以存入并显示为止，并且，通过所命名的后缀号，显示多台虚拟继电保护后台的变量存入时间和顺序，其中，Name为不同子系统的名称。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的一种优选方案，其中：所述多核并行计算包括如果有多台虚拟继电保护装置同时进行计算，建模时将多个保护装置分配到计算单元不同的CPU核中计算，进行多核并行计算并进行负载均衡计算：
对继电保护装置的计算负载进行评估：当保护装置计算负载大时，优先分配到高性能的CPU核上，当保护装置计算负载小时，优先分配到低性能的CPU核上，依次分配保持负载均衡，并在运行过程中，实时监测各个CPU核的负载情况，动态调整继电保护装置的任务分配，当发现CPU核的负载过高时，进行最小作业优先原则计算优先级，优先级越低，计算负载越小并优先执行负载量最小的任务，并计算剩余CPU可负载量，将超过CPU核的虚拟继电保护装置均匀转移到负载轻的CPU核上，保持负载均衡。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的一种优选方案，其中：所述站控层进行保护装置的切换和数据集的修改与监控包括在虚拟继电保护后台监视界面，根据IED Name切换到不同的保护装置，并根据数据集的不同类型按钮切换到对应的数据集，对数据进行修改，通过模拟每台继电保护装置操作界面，监视保护装置所有数据集信息和事件信息。
所述不同类型按钮包括保护定值修改按钮、装置参数修改按钮、软压板修改按钮、保护时间查看按钮以及保护遥信数据按钮，对应保护装置数据集包括LD0公用、PROT保护、RCD录波、PIGO、保护GO。
所述事件信息包括各台装置的事件信息在一个窗口展示包括两种查看方式：根据IED Name切换到不同的继电保护装置查看保护事件、在一个总窗口查看所有保护事件。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的一种优选方案，其中：所述虚拟继电保护平台产生录波并进行保存包括虚拟继电保护实时仿真平台根据每台虚拟保护装置保护逻辑产生的录波类型信号，决定是否生成该虚拟保护装置的录波及生成录波的性质，包括：故障录波记录故障发生时的电压、电流、频率的电气参数，分析故障原因和过程，异常录波记录设备运行过程中的异常情况：过载、欠载、电压波动，评估设备的运行状态，保护动作录波记录保护装置动作时启动时间、动作时间、动作原因的信息，评估保护装置的性能。
当虚拟继电保护平台在虚拟继电保护装置启动、动作、故障及过载需要产生录波时，生成一个总录波文件包括所有虚拟继电保护装置的录波信号，并根据每台虚拟继电保护装置动作行为实现以下文件：不生成录波文件、生成启动录波文件、生成动作录波文件，并将录波文件存放到各个保护装置自动生成的文件夹中，通过站控层读取波形文件。
所述生成启动录波文件的名字后缀为S，生成动作录波文件的名字后缀为F。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的一种优选方案，其中：所述闭环仿真包括一次设备仿真平台解析虚拟继电保护平台生成的虚拟继电保护装置SCD文件，并与虚拟继电保护装置的SV信号和GOOSE信号形成闭环仿真，通过物理交换机与虚拟保护通信建立连接，一次设备仿真平台向虚拟继电保护装置发送控制命令，并接收返回的GOOSE跳闸、重合闸信号。
所述SV信号和GOOSE信号为模拟量信号和数字量信号，通过过程层通信进行优化，最优目标函数表达为：
其中，ts为发送时间，tr为接收时间，ε为采样率，ld为丢失数据包量，L为总发送数据包量，bd为错误码数，B为总码数，λ和μ为权重参数。
本发明的另外一个目的是提供了一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真系统，本发明整个多台虚拟继电保护实时闭环仿真系统的作用是通过虚拟继电保护平台编译模型，生成可执行代码并下载到计算单元运行。在一次设备仿真平台中，系统能解析虚拟继电保护平台生成的虚拟继电保护装置SCD文件，并将虚拟继电保护装置所需的SV、GOOSE信号配置好，实现保护装置对一次断路器的故障跳闸、重合闸等动作行为。同时，系统还可以模拟实际环境中的继电保护装置操作界面，方便工程师对保护装置进行调试和维护。
作为本发明所述的多台虚拟继电保护实时闭环仿真系统的一种优选方案，其中：包括保护逻辑建模模块、子系统封装模块、多核并行计算模块、站控层数据集模块及录波及过程层通信模块。
所述保护逻辑建模模块，对各种继电保护的逻辑、过程层接口、站控层接口、录波信号的保护功能进行建模，通过层级化建模，将保护逻辑单独封装成S-Function可执行代码，提高模型编辑、编译速度。
所述子系统封装模块，将每个虚拟继电保护装置相关功能建模封装到一个单独的子系统中并命名，虚拟继电保护装置内部变量名称在后台显示时自动增加IED Name的后缀，解决变量名称重复的问题。
所述多核并行计算模块，将多个保护装置分配到计算单元不同的CPU核中计算，实现多核并行计算，提高计算效率。
所述站控层数据集模块，提供了一个虚拟继电保护后台监视界面，根据IED Name切换到不同的保护装置，对修改数据，同时监视保护装置所有数据集信息，实现对各台装置的事件信息的切换查看和总窗口展示。
所述录波及过程层通信模块，在有虚拟继电保护装置需要产生录波时生成录波文件，并将录波文件存放到各个保护装置自动生成的文件夹中，指定两个物理网口用于模拟量SV和数字量GOOSE的过程层通信。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明通过虚拟继电保护仿真平台实现了多台虚拟继电保护装置的全方位模拟，通过技术手段解决了多台保护装置的相关问题：可以实现大量虚拟继电保护装置在CPU多核并行运行；通过层级化建模方式，将保护逻辑生成S-Function后调用，解决了大量虚拟继电保护装置的模型编辑、编译慢的难题；通过IED name后缀方式，解决了大量虚拟继电保护装置造成的变量名重复问题；根据IED name及各数据集的后缀按钮，可以方便的查看或修改各个虚拟继电保护装置的数据集、保护事件信息；通过各个虚拟继电保护装置提供的录波类型信号，可以自动决定是否生成录波，以及生成录波的性质；通过SV/GOOSE接口与一次设备仿真平台构成闭环仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的总体流程图。
图2为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的多台虚拟继电保护装置闭环仿真示意图。
图3为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的智能录波器整体测试环境。
图4为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的500kV变电站一次主接线。
图5为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的500kV实际保护装置。
图6为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的虚拟保护装置计算单元。
图7为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的多个保护装置的保护后台显示。
图8为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的智能录波器。
图9为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的实际+虚拟保护装置SCD文件展示。
图10为本发明一个实施例提供的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真系统的系统功能架构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细地说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独地或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-图2，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，包括：
S1：基于虚拟继电保护实时仿真平台的保护功能进行层级化建模，将保护装置的建模封装到单独子系统并命名，实现多核并行计算。
更进一步的，基于虚拟继电保护实时仿真平台对各种继电保护的逻辑、过程层接口、站控层接口、录波信号等保护相关功能进行建模。由于保护逻辑代码量较大，如果有多台虚拟继电保护装置，会严重拖慢模型编辑、编译速度。
当存在多台虚拟继电保护装置时，采用基于层级化建模：根据保护功能确定层次结构：逻辑层、站控层、通信层、录播信号及计算单元，并针对不同层级进行保护逻辑编写，将保护逻辑单独封装成S-Function可执行代码，放于控制保护库中，封装后通过S-Function建立层次间接口，当上层虚拟继电保护装置模型中需要时，通过调用下层的S-Function，进行系统的运行，极大提高了模型编辑、编译速度。
应说明的是，在虚拟继电保护实时仿真平台的后台，可以通过保护装置的IEDName及相关数据集分类按钮，方便的查看各个保护装置的数据集及事件信息。同时，通过IED Name解决了多台虚拟继电保护装置变量名重复问题，如500kV线路1保护装置A套：PL5001A。500kV母线保护装置A套：PM5001A。220kV变压器A套保护：PT2201A。
在虚拟保护平台的后台，有一个软件选项，选中后，软件会自动将“_IED Name”(带下划线)增加到该IED Name，所对应装置的所有变量后面。这种增加能实现的基础是所有保护变量在建模时都封装在以该IED Name命名的子系统中才可以，所以每个虚拟保护装置都对应唯一的IED Name以及唯一的以IED Name命名的子系统。
将每个虚拟继电保护平台的保护功能建模封装到一个单独的子系统中，并进行子系统命名，同时保存为保护装置的名字IED Name，当多台虚拟继电保护平台内部变量名称在虚拟继电保护后台显示时，将自动增加IED Name的后缀：当子系统命名Name后存至数据库中，当后台一个内部变量显示时命名为Name1，数据库将进行子系统匹配，当匹配到所属的子系统后，若发现并没有相同内部变量名称时，则系统自动保存Name1并在后台进行显示，若发现子系统内部已存在Name1的名称，系统将自动拒绝变量存入，重新回到子系统的数据库中，并以Name2的名称继续匹配，若无相同名字则自动保存并显示，若有相同名字则拒绝，重复过程直至可以存入并显示为止，并且，通过所命名的后缀号，显示多台虚拟继电保护后台的变量存入时间和顺序，其中，Name为不同子系统的名称。
还应说明的是，如果有多台虚拟继电保护装置同时进行计算，建模时将多个保护装置分配到计算单元不同的CPU核中计算，进行多核并行计算并进行负载均衡计算：
对继电保护装置的计算负载进行评估：当保护装置计算负载大时，优先分配到高性能的CPU核上，当保护装置计算负载小时，优先分配到低性能的CPU核上，依次分配保持负载均衡，并在运行过程中，实时监测各个CPU核的负载情况，动态调整继电保护装置的任务分配，当发现CPU核的负载过高时，进行最小作业优先原则计算优先级，优先级越低，计算负载越小并优先执行负载量最小的任务，并计算剩余CPU可负载量，将超过CPU核的虚拟继电保护装置均匀转移到负载轻的CPU核上，保持负载均衡。
虚拟保护逻辑在计算单元运行，计算单元的CPU是多核的(目前平台支持到8核)，每个核的计算量是固定的；以8核分核为例：我们用的分核方法是在建模时建立8个子系统，每个子系统命名为POW1到POW8，在编译时，编译软件会对这样命名的子系统特殊处理，将这8个子系统分别放到8个核中计算。
继电保护装置分配要求：CPU每个核的计算量是固定的。
继电保护分配是按计算量分配的，在一个核(以POWX命名的子系统)里放多个虚拟保护装置(以IED Name命名的子系统)，当超出计算步长(保护装置40点采样，步长是833.33us，24点采样是500us)，我们分一部分虚拟保护装置到第二个核，依次类推。
S2：通过虚拟继电保护平台进行编译模型生成可执行代码并下载到计算单元中运行，并在站控层进行保护装置的切换和数据集的修改与监控。
更进一步的，通过虚拟继电保护平台编译模型，生成可执行代码并下载到计算单元运行。
在虚拟继电保护后台监视界面，根据IED Name切换到不同的保护装置，并根据数据集的不同类型按钮切换到对应的数据集，对数据进行修改，通过模拟每台继电保护装置操作界面，监视保护装置所有数据集信息和事件信息。
所述不同类型按钮包括保护定值修改按钮、参数修改按钮、软压板修改按钮、保护事件查看按钮以及数据集信息监视按钮。
保护定值修改按钮：用于修改保护定值。
参数修改按钮：用于修改保护装置的参数。
软压板修改按钮：用于修改软压板设置。
保护事件查看按钮：用于查看各台继电保护装置的保护事件。
数据集信息监视按钮：用于监视保护装置所有数据集信息。
保护装置数据分为类：LD0公用、PROT保护、RCD录波、PIGO、保护GO。
其中LD0公用中有保护遥信、保护事件、故障信号、告警信号、通信工况、日志记录、内部状态监视；PROT保护中有：保护遥信、保护遥测、保护事件、故障信号、告警信号、保护压板、装置参数、保护定值、保护功能状态、日志记录。
虚拟保护软件关于数据集按钮处理：虚拟保护后台界面提供了以保护IED Name命名的选项卡，选中某一个虚拟保护后，会在其下方列出各个数据集的选项卡，由于选项卡较多，我们以2-3个字母组合方式命名：RP：代表装置参数数据集；RS：代表保护定值数据集；RE：代表保护压板数据集；RT：代表保护时间数据集；RD：代表保护遥信数据集。
所述事件信息包括各台装置的事件信息在一个窗口展示包括两种查看方式：根据IED Name切换到不同的继电保护装置查看保护事件、在一个总窗口查看所有保护事件。
S3：虚拟继电保护平台产生录波并进行保存，通过过程层模拟量与数字量的物理网口进行通信，最后进行闭环仿真。
更进一步的，虚拟继电保护实时仿真平台可以根据每台虚拟保护装置保护逻辑产生的录波类型信号，决定是否生成该虚拟保护装置的录波，以及生成录波的性质。并能够自动存储到该装置指定文件夹，可以通过站控层读取这些波形文件。
虚拟继电保护实时仿真平台根据每台虚拟保护装置保护逻辑产生的录波类型信号，决定是否生成该虚拟保护装置的录波及生成录波的性质，包括：故障录波记录故障发生时的电压、电流、频率的电气参数，分析故障原因和过程，异常录波记录设备运行过程中的异常情况：过载、欠载、电压波动，评估设备的运行状态，保护动作录波记录保护装置动作时启动时间、动作时间、动作原因的信息，评估保护装置的性能。
当虚拟继电保护平台在虚拟继电保护装置启动、动作、故障及过载需要产生录波时，生成一个总录波文件包括所有虚拟继电保护装置的录波信号，并根据每台虚拟继电保护装置动作行为实现以下文件：不生成录波文件、生成启动录波文件、生成动作录波文件，并将录波文件存放到各个保护装置自动生成的文件夹中，通过站控层读取波形文件。
所述生成启动录波文件的名字后缀为S，生成动作录波文件的名字后缀为F。
应说明的是，虚拟继电保护平台指定了两个物理网口分别用于模拟量SV、数字量GOOSE的过程层通信。
还应说明的是，一次设备仿真平台解析虚拟继电保护平台生成的虚拟继电保护装置SCD文件，并与虚拟继电保护装置的SV信号和GOOSE信号形成闭环仿真，通过物理交换机与虚拟保护通信建立连接，一次设备仿真平台向虚拟继电保护装置发送控制命令，并接收返回的GOOSE跳闸、重合闸信号，实现保护装置对一次断路器的故障跳闸、重合闸等动作行为。
所述SV信号和GOOSE信号为模拟量信号和数字量信号，通过过程层通信进行优化，最优目标函数表达为：
其中，ts为发送时间，tr为接收时间，ε为采样率，ld为丢失数据包量，L为总发送数据包量，bd为错误码数，B为总码数，λ和μ为权重参数。
实施例2
参照图2-图9，为本发明的一个实施例，提供了一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。
虚拟继电保护在智能录波器测试中的应用，本发明应用于了500kV智能录波器的测试工作中。智能录波器需要采集保护装置的过程层和站控层信息，完成对变电站的巡视、一二次状态监视、按错、同源比对等功能。500kV变电站的保护有线路保护、母线保护、短引线保护、电抗器保护、断路器保护、变压器保护、T区保护等，有A套和B套。如此多的保护装置，用实际的保护装置搭建测试环境是极其困难的任务。本次测试基于公司现有条件，搭建了500kV的A套实际保护，B套虚拟保护的测试环境，整体测试环境示意图如图3所示，其中，仿真的500kV一次主接线如图4所示，500kV实际保护装置(A套)如下图5所示，500kV虚拟保护装置(B套)的计算单元如图6和后台界面如图7所示，智能录波器(10个厂家)如图8所示，采集单元通过GOOSE采集保护装置(AB套)发出的跳闸、重合闸等信号，通过硬接线采集模拟量信号；管理单元通过站控层读取AB套保护装置的数据集信息；生成的最终版的实际+虚拟保护装置的SCD如图9所示。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例3
本发明第三个实施例，其不同于前两个实施例的是：
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
实施例4
参照图10，为本发明的第四个实施例，该实施例提供了一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真系统，包括保护逻辑建模模块、子系统封装模块、多核并行计算模块、站控层数据集模块及录波及过程层通信模块。
保护逻辑建模模块对各种继电保护的逻辑、过程层接口、站控层接口、录波信号的保护功能进行建模，通过层级化建模，将保护逻辑单独封装成S-Function可执行代码，提高模型编辑、编译速度。
子系统封装模块将每个虚拟继电保护装置相关功能建模封装到一个单独的子系统中并命名，虚拟继电保护装置内部变量名称在后台显示时自动增加IED Name的后缀，解决变量名称重复的问题。
多核并行计算模块将多个保护装置分配到计算单元不同的CPU核中计算，实现多核并行计算，提高计算效率。
站控层数据集模块提供了一个虚拟继电保护后台监视界面，根据IED Name切换到不同的保护装置，对修改数据，同时监视保护装置所有数据集信息，实现对各台装置的事件信息的切换查看和总窗口展示。
录波及过程层通信模块在有虚拟继电保护装置需要产生录波时生成录波文件，并将录波文件存放到各个保护装置自动生成的文件夹中，指定两个物理网口用于模拟量SV和数字量GOOSE的过程层通信。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：包括，
基于虚拟继电保护实时仿真平台的保护功能进行层级化建模，将保护装置的建模封装到单独子系统并命名，实现多核并行计算；
通过虚拟继电保护平台进行编译模型生成可执行代码并下载到计算单元中运行，并在站控层进行保护装置的切换和数据集的修改与监控；
虚拟继电保护平台产生录波并进行保存，通过过程层模拟量与数字量的物理网口进行通信，最后进行闭环仿真。
2.如权利要求1所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：所述保护功能包括逻辑层、站控层、通信层、录播信号及计算单元；
所述层级化建模包括当存在多台虚拟继电保护装置时，采用基于层级化建模：根据保护功能确定层次结构，并针对不同层级进行保护逻辑编写，将保护逻辑单独封装成S-Function可执行代码，放于控制保护库中，封装后通过S-Function建立层次间接口，当上层虚拟继电保护装置模型中需要时，通过调用下层的S-Function，进行系统的运行。
3.如权利要求2所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：所述保护装置的建模封装到单独子系统并命名包括将每个虚拟继电保护平台的保护功能建模封装到一个单独的子系统中，并进行子系统命名，同时保存为保护装置的名字IED Name，当多台虚拟继电保护平台内部变量名称在虚拟继电保护后台显示时，将自动增加IED Name的后缀：
当子系统命名Name后存至数据库中，当后台一个内部变量显示时命名为Name1，数据库将进行子系统匹配，当匹配到所属的子系统后，若发现并没有相同内部变量名称时，则系统自动保存Name1并在后台进行显示，若发现子系统内部已存在Name1的名称，系统将自动拒绝变量存入，重新回到子系统的数据库中，并以Name2的名称继续匹配，若无相同名字则自动保存并显示，若有相同名字则拒绝，重复过程直至可以存入并显示为止，并且，通过所命名的后缀号，显示多台虚拟继电保护后台的变量存入时间和顺序，其中，Name为不同子系统的名称。
4.如权利要求3所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：所述多核并行计算包括如果有多台虚拟继电保护装置同时进行计算，建模时将多个保护装置分配到计算单元不同的CPU核中计算，进行多核并行计算并进行负载均衡计算：
对继电保护装置的计算负载进行评估：当保护装置计算负载大时，优先分配到高性能的CPU核上，当保护装置计算负载小时，优先分配到低性能的CPU核上，依次分配保持负载均衡，并在运行过程中，实时监测各个CPU核的负载情况，动态调整继电保护装置的任务分配，当发现CPU核的负载过高时，进行最小作业优先原则计算优先级，优先级越低，计算负载越小并优先执行负载量最小的任务，并计算剩余CPU可负载量，将超过CPU核的虚拟继电保护装置均匀转移到负载轻的CPU核上，保持负载均衡。
5.如权利要求4所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：所述站控层进行保护装置的切换和数据集的修改与监控包括在虚拟继电保护后台监视界面，根据IED Name切换到不同的保护装置，并根据数据集的不同类型按钮切换到对应的数据集，对数据进行修改，通过模拟每台继电保护装置操作界面，监视保护装置所有数据集信息和事件信息；
所述不同类型按钮包括保护定值修改按钮、装置参数修改按钮、软压板修改按钮、保护时间查看按钮以及保护遥信数据按钮，对应保护装置数据集包括LD0公用、PROT保护、RCD录波、PIGO、保护GO；
所述事件信息包括各台装置的事件信息在一个窗口展示包括两种查看方式：根据IEDName切换到不同的继电保护装置查看保护事件、在一个总窗口查看所有保护事件。
6.如权利要求5所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：所述虚拟继电保护平台产生录波并进行保存包括虚拟继电保护实时仿真平台根据每台虚拟保护装置保护逻辑产生的录波类型信号，决定是否生成该虚拟保护装置的录波及生成录波的性质，包括：故障录波记录故障发生时的电压、电流、频率的电气参数，分析故障原因和过程，异常录波记录设备运行过程中的异常情况：过载、欠载、电压波动，评估设备的运行状态，保护动作录波记录保护装置动作时启动时间、动作时间、动作原因的信息，评估保护装置的性能；
当虚拟继电保护平台在虚拟继电保护装置启动、动作、故障及过载需要产生录波时，生成一个总录波文件包括所有虚拟继电保护装置的录波信号，并根据每台虚拟继电保护装置动作行为实现以下文件：不生成录波文件、生成启动录波文件、生成动作录波文件，并将录波文件存放到各个保护装置自动生成的文件夹中，通过站控层读取波形文件；
所述生成启动录波文件的名字后缀为S，生成动作录波文件的名字后缀为F。
7.如权利要求6所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法，其特征在于：所述闭环仿真包括一次设备仿真平台解析虚拟继电保护平台生成的虚拟继电保护装置SCD文件，并与虚拟继电保护装置的SV信号和GOOSE信号形成闭环仿真，通过物理交换机与虚拟保护通信建立连接，一次设备仿真平台向虚拟继电保护装置发送控制命令，并接收返回的GOOSE跳闸、重合闸信号；
所述SV信号和GOOSE信号为模拟量信号和数字量信号，通过过程层通信进行优化，最优目标函数表达为：
其中，ts为发送时间，tr为接收时间，ε为采样率，ld为丢失数据包量，L为总发送数据包量，bd为错误码数，B为总码数，λ和μ为权重参数。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的一种多台虚拟继电保护实时闭环仿真方法的系统，其特征在于：包括保护逻辑建模模块、子系统封装模块、多核并行计算模块、站控层数据集模块及录波及过程层通信模块；
所述保护逻辑建模模块，对各种继电保护的逻辑、过程层接口、站控层接口、录波信号的保护功能进行建模，通过层级化建模，将保护逻辑单独封装成S-Function可执行代码，提高模型编辑、编译速度；
所述子系统封装模块，将每个虚拟继电保护装置相关功能建模封装到一个单独的子系统中并命名，虚拟继电保护装置内部变量名称在后台显示时自动增加IED Name的后缀，解决变量名称重复的问题；
所述多核并行计算模块，将多个保护装置分配到计算单元不同的CPU核中计算，实现多核并行计算，提高计算效率；
所述站控层数据集模块，提供了一个虚拟继电保护后台监视界面，根据IED Name切换到不同的保护装置，对修改数据，同时监视保护装置所有数据集信息，实现对各台装置的事件信息的切换查看和总窗口展示；
所述录波及过程层通信模块，在有虚拟继电保护装置需要产生录波时生成录波文件，并将录波文件存放到各个保护装置自动生成的文件夹中，指定两个物理网口用于模拟量SV和数字量GOOSE的过程层通信。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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