基于单点多相的仿真系统信号量简化方法与流程

本发明属于电力系统仿真技术领域，特别涉及基于单点多相的仿真系统信号量简化方法。

背景技术：

在电网调控一体化仿真系统中，需对变压器、断路器、隔离开关、输电线路、电压互感器、电流互感器、电容器、电抗器、高压电抗器等一次设备及其电气回路进行仿真，上述设备绝大部分为三相设备，三相设备本身状态量信号亦为三相，在用测控设备进行信号采集监视时，依据监控系统与运行规范要求，需监控的状态量信号通常通过单独采集或串并联后进行采集。

因此如果在仿真系统中对设备每相分别建模再进行仿真，势必产生大量的冗余仿真信号，这些冗余仿真信号无疑会占用仿真系统的信号处理能力，降低仿真效果。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了通过降低冗余数据产生，进而提高仿真系统仿真效果的基于单点多相的仿真系统信号量简化方法。

为了达到上述技术目的，本发明提供了基于单点多相的仿真系统信号量简化方法，所述信号量简化方法，包括：

在建立仿真运算模型时，选取一次设备和二次设备的设备类型及运行模板，根据预设的基于属性自描述的动态数据结构，创建遥信开出点和遥信开入点；

依据被仿对象实际接线情况，将一次设备上的遥信开出点与二次设备上遥信开入点相关联，建立一次设备与二次设备信号间的对应关系及相别；

令仿真系统中的实时库加载程序将数据库中的遥信记录加载到实时库中，获取遥信开出点的状态信息，调用遥信计算算法库中的算法函数根据连接关系生成与对应开入点的状态信息；

依次启动后续仿真程序，完成仿真初始化。

可选的，所述动态数据结构，包括：

用一个4个字节的整型数表示设备的状态信息，

其中，每一相的状态用一位、两位甚至多位表示，从低位依次向高位排列，为了与其他仍采用一位代表一个具体状态的遥信信号兼容，在第17和18位表示状态的属性，为0表示本信号是单点单相信号，为1表示本信号是单bit单相信号，为2表示本信号是双bit单相信号，为3表示本信号是三bit单相信号。

可选的，所述依据被仿对象实际接线情况，将一次设备上的遥信开出点与二次设备上遥信开入点相关联，建立一次设备与二次设备信号间的对应关系及相别，包括：

在断路器设备中设立用于获取监视断路器设备合分闸状态的辅助节点，所述辅助节点包括断路器常开辅助节点1和断路器常开辅助节点2；

在二次设备中设有遥信点1至遥信点8共八个遥信点位，其中，

遥信点1、遥信点2分别用于获取断路器合位、分位的信号，

遥信点3、遥信点4分别用于获取断路器a相合位、分位的信号，

遥信点5、遥信点6分别用于获取断路器b相合位、分位的信号，

遥信点7、遥信点8分别用于获取断路器c相合位、分位的信号。

可选的，所述建立一次设备与二次设备信号间的对应关系，包括：

断路器常开辅助节点1与遥信点位1相连，断路器常开辅助节点2与遥信点位2相连，相别信息选取三相总，

断路器常开辅助节点1同时与遥信点位3、5、7相连，相别信息分别选取a相、b相、c相，

断路器常开辅助节点2同时与遥信点位4、6、8相连，相别信息分别选取a相、b相、c相。

可选的，所述算法函数包括取值算法和设值算法。

可选的，所述取值算法包括：

从遥信记录中获取遥信值和操作数信息；

如果遥信值为多相信号，则获取遥信值中的自描述位信息，反之则返回动态数据结构中的最低位信息。

可选的，在所述获取遥信值中的自描述位信息后，还包括：

根据操作数获取相应位信息；

如果相应位信息为1，则返回断路器处于合位的数值，如果相应位信息为0，则返回断路器处于分位的数值；

如果相应位信息为1，则返回断路器处于合位的数值，如果相应位信息为0，则返回断路器处于分位的数值；

如果相应位信息为1，则返回断路器处于合位的数值，如果相应位信息为0，则返回断路器处于分位的数值。

可选的，所述设值算法包括：

从遥信记录中获取函数遥信点值val、相位信息phase、设定值set、自描述位des入口参数；

当自描述位为0时，如果设定值set＝1，令返回值为0x01，如果设定值set＝0，令返回值为0；

当自描述位为1时，如果设定值set＝1，令返回值为val|0x10|(set&lt;&lt;phase)，如果设定值set＝0，令返回值为val|0x10|&((！set)<<phase)，其中，phase值为0、1、2，分别代表三相中的a相、三相中的b相、三相中的c相；

当自描述位为2时，如果设定值set＝1，令返回值为val|0x20|(set&lt;&lt;phase*2)，如果设定值set＝0，令返回值为val|0x20|&((！set)<<phase*2)，其中，phase值为0、1、2，分别代表三相中的a相、三相中的b相、三相中的c相；

当自描述位为3时，如果设定值set＝1，令返回值为val|0x30|(set&lt;&lt;phase*3)，如果设定值set＝0，令返回值为val|0x30|&((！set)<<phase*3)，其中，phase值为0、1、2，分别代表三相中的a相、三相中的b相、三相中的c相。

可选的，所述信号量简化方法，还包括：

对一次设备进行操作，使得一次设备的状态发生变化时，借助入口函数获取一次设备的相别与状态，通过遥信计算算法库中的算法函数触发与一次设备相联的二次设备遥信开入点动作，完成信号采集与上送。

可选的，所述信号量简化方法，还包括：

当接收到包括一次设备与二次设备在内的第一设备发送的遥信信号时，根据动态数据结构对遥信信号进行属性判别；

根据自适应的遥信计算算法，结合属性判别结果确定第一设备所处的状态。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

通过使用一次设备和二次设备之间特殊的连接方式，仅使用两个采样点就可以完成现有技术中八个采样点的信号采集方式，同时还使用基于属性自描述的动态数据结构，将代表多种含义的数据使用同一数据格式进行传输，在保证数据兼容性的同时，还降低了产生冗余数据的概率，提升了仿真系统的仿真效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1是本发明提供的基于单点多相的仿真系统信号量简化方法的流程示意图；

图2是本发明提供的动态数据结构的结构示意图一；

图3是本发明提供的动态数据结构的结构示意图二；

图4是本发明提供的现有仿真系统信号建模示例；

图5是本发明提出的仿真系统信号建模示例；

图6是本发明提供的取值算法的流程示意图；

图7是本发明提供的设值算法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

为了随着我国电力工业的不断发展，电网结构越来越复杂，给电网的运行管理的压力和挑战也不断增加，电网调控一体化运行是电网运行管理的必然选择，电网调控一体化仿真系统作为电网调度运行的辅助工具，也得到了越来越多的应用。电网调控一体化仿真，就是通过搭建从变电站到调度端电网的仿真运行环境，模拟电网各种信号的发生、传送、协同、控制、扰动等过程，采用图形化等各种方式对仿真结果进行展示，从而完成对人员培训考核、运行辅助分析、调试验证等的支撑作用。

信号仿真是电网调控一体化仿真系统的一项重要内容，对电网设备进行精细化仿真需要建立大量的信号，然而，信号量过多不仅影响系统的实时性，还使得工程化难度大大增加，如何既提取信号中蕴含的信息，同时又不产生过多的信号，是仿真系统面临的一项难题。

基于上述背景，本发明提供了基于单点多相的仿真系统信号量简化方法，如图1所示，所述信号量简化方法，包括：

步骤一，在建立仿真运算模型时，选取一次设备和二次设备的设备类型及运行模板，根据预设的基于属性自描述的动态数据结构，创建遥信开出点和遥信开入点；

步骤二，依据被仿对象实际接线情况，将一次设备上的遥信开出点与二次设备上遥信开入点相关联，建立一次设备与二次设备信号间的对应关系；

步骤三，令仿真系统中的实时库加载程序将数据库中的遥信记录加载到实时库中，获取遥信开出点的状态信息，调用遥信计算算法库中的算法函数根据连接关系生成与对应开入点的状态信息；

步骤四，依次启动后续仿真程序，完成仿真初始化。

在实施中，电力系统设备包括一次设备、二次设备以及监控系统等，一、二次设备的状态及控制信息需要通过具有测控功能的二次设备(测控装置、合并单元、智能终端等)接入变电站监控系统或通过远动设备送入智能调度支撑系统。

以一、二次设备遥测、遥信、遥控信息接入变电站监控系统为例(接入智能调度支撑系统还需要远动设备)。对于传统一次设备，采样数据及状态监视信息需要通过测控装置接入变电站监控系统，对于保护110kv、220kv以上高压设备的传统保护装置，装置采样为满足自身保护功能需求，一般不具备监控功能，设备动作后的信号除以保护软报文方式上送至保信系统或变电站监控系统外，还有部分中央信号需通过硬电缆连接方式将开出信号开入到测控设备上，最终由测控设备上送至变电站监控系统。

步骤一中的具体内容包括：

101、选择一次设备类型，包括变压器、断路器、隔离开关、输电线路、母线、电压互感器、电流互感器、电容器、电抗器、高压电抗器等设备，

102、选择该一次设备运行模版，仿真建模工具依据程序设定按属性自描述的动态数据结构定义规则，在一次设备遥信定义表中创建和一次设备运行模版一致的各类监视信号点，即开出点，此遥信点为带相位点；

103、选择二次设备类型，包括测控装置、保护装置、保测一体装置等；

104、选择该二次设备运行模版，仿真建模工具依据程序设定按属性自描述的动态数据结构定义规则在二次设备遥信定义表中创建和二次设备运行模版一致的遥信开入点和开出点，该类遥信点不是相位点。

在本实施例中提出的遥信，是指报警信号，开关位置信号上传至监控系统的过程。该过程中的断路器合闸，分闸位置就是遥信量。

步骤三中的状态信息，除了包括不同设备上的开出点、开入点的位置信息外，还包括一次设备、二次设备上各接点的其他信息。

在上述过程中，通过使用一次设备和二次设备之间特殊的连接方式，仅使用两个采样点就可以完成现有技术中八个采样点的信号采集方式，同时还使用基于属性自描述的动态数据结构，将代表多种含义的数据使用同一数据格式进行传输，在保证数据兼容性的同时，还降低了产生冗余数据的概率，提升了仿真系统的仿真效果。

可选的，所述动态数据结构，包括：

用一个4个字节的整型数表示设备的状态信息，

其中，每一相的状态用一位、两位甚至多位表示，从低位依次向高位排列，为了与其他仍采用一位代表一个具体状态的遥信信号兼容，在第17和18位表示状态的属性，为0表示本信号是单点单相信号，为1表示本信号是单bit单相信号，为2表示本信号是双bit单相信号，为3表示本信号是三bit单相信号。

在实施中，在电网调控一体化系统中，遥信信号是一种基本数据类型，主要表示设备位置、信号状态等，一般只有两种状态，采用开关量0/1表示。在一个实际的中等规模220kv站端监控系统中，遥信测点数量有近万条，这还不包括一次设备所有的监视点信号，但在电网调控一体化仿真系统中，若这两部分信号都要完全建模，遥信测点数量往往达到20000+，所以必须对传统的开关量0/1表示法进行优化，本发明提出了一种属性自描述的动态数据结构定义方法。

通过提出的动态数据结构，使得一次设备位置等状态信号的建模以设备为对象，设备的状态信息用一个4个字节的整型数(含32位)表示。

其中，每一相的状态用一位、两位甚至多位表示，从低位依次向高位排列，为了与其他仍采用一位代表一个具体状态的遥信信号(以下简称单点单相)兼容，在第17和18位表示状态的属性，为0表示本信号是单点单相信号，为1表示本信号是单bit单相信号，为2表示本信号是双bit单相信号，为3表示本信号是三bit单相信号，具体数据结构如下图2和图3所示，用三位表示一项状态的方法可以此类推。图2中，低3位分别代表a,b,c,第17、18位为属性位，图3中，低6位分别代表a,b,c,第17、18位为属性位。

在对前文所述的信号量简化方法进行实施的过程中，需要建立一次设备与二次设备之间的对应关系，这里的测点关联不只是一次测点对二次点，也存在二次测点对二次测点。说明书中只是以某个断路器的位置信号为例，实际上，一个断路器的监视开出信号有多达上十类。下面以一种对应关系的建立过程为例进行说明：

可选的，所述依据被仿对象实际接线情况，将一次设备上的遥信开出点与二次设备上遥信开入点相关联，建立一次设备与二次设备信号间的对应关系及相别，包括：

在断路器设备中设立用于获取监视断路器设备合分闸状态的辅助节点，所述辅助节点包括断路器常开辅助节点1和断路器常开辅助节点2；

在二次设备中设有遥信点1至遥信点8共八个遥信点位，其中，

遥信点1、遥信点2分别用于获取断路器合位、分位的信号，

遥信点3、遥信点4分别用于获取断路器a相合位、分位的信号，

遥信点5、遥信点6分别用于获取断路器b相合位、分位的信号，

遥信点7、遥信点8分别用于获取断路器c相合位、分位的信号。

所述建立一次设备与二次设备信号间的对应关系，包括：

断路器常开辅助节点1与遥信点位1相连，断路器常开辅助节点2与遥信点位2相连，相别信息均选取三相总，

断路器常开辅助节点1同时与遥信点位3、5、7相连，相别信息分别选取a相、b相、c相，

断路器常开辅助节点2同时与遥信点位4、6、8相连，相别信息分别选取a相、b相、c相。

在实施中，在对以上信号过程仿真实现上，现有的仿真信号描述方法为了精确表示设备信号的每一相信息，将每个信息用一个单采样点表示，如需表示总信号时，再用一个点表示，然后通过与、或等关系赋值，如下图4所示。采用这种方式的优点是逻辑实现简单，缺点是信号量大，对于小系统是可以的，但对于调控一体化系统来说，在项目实施时带来了很大的工作量。在建立一次设备与二次设备之间的对应关系后，需要获取一次设备的相别信息，这里的相别信息应为三相总，参考图4的内容可知，三相总的含义表示图4中一次设备包括a相、b相、c相共三相在内的总的接点位置信息。在二次设备中的遥信点1、遥信点2分别接收到经合并虚拟信号中合位、分位处理的三相总信号。

采用单点多相方法，将多相信号采用一定的映射关系放到一个测点中进行表示，系统建模时，自动在单个测点中包含三相信息，既不丢失仿真精细度，又可将数据库测点数量降到最低，如图5所示。一次设备开出点与二次设备开入点相连时，关联设置好的相别域，传统的变电站一二次设备之间通过二次回路进行连接，一些监控信号采用硬电缆接线的方式通过二次回路连接至信号采集装置然后送入综合自动化系统。

但实际系统中，一次设备以三相为主，采集装置信号开入点相对来说较少，加之监控人员一般只需要监视一些重要的信号，故一次设备的信号通常经过挑选或者在辅助接点处进行或串联或并联后接入信号采集装置。

上述过程中使用到的遥信点，包括一次设备上的开出点，以及二次设备上的开入点。

对比图4和图5可知，完成一个断路器设备的分相位置信号及总位置信号采集仿真，现有仿真方法需要对一次设备建立八个采样点，对二次设备建立八个采样点；

采用本发明方法，只要对一次设备建立两个采样点，对二次设备建立八个采样点即可。综合对比，一次设备建模工作量减少3/4,总建模量减少3/8,综合可减少一半以上工作量。

特别地，在现场实际接线中，图4中断路器合闸位置实际上是由a相位置常开辅助节点1、b相位置常开辅助节点1、c相位置常开辅助节点1三个点串联而成；断路器分闸位置实际上是由a相位置常闭辅助节点1、b相位置常闭辅助节点1、c相位置常闭辅助节点1三个点并联而成。为便于与图5对比，所示图中均画成并联关系。图5所示中的串并联关系由程序内部算法实现，无需人为设置。

可选的，所述算法函数包括取值算法和设值算法。

在实施中，自适应的遥信计算算法遥信计算算法分为取值和设值两类，均放在统一算法库中，

其中，取值算法为各程序在获取设备实际遥信值时，调用取值函数，函数根据需获取位置的操作信息，对遥信整型数的值，按一位两位三位算法进行自适用计算，返回所需设备指定单相/多相/总的遥信状态，具体取值算法流程如图6所示，所述取值算法包括：

从遥信记录中获取遥信值和操作数信息；

如果遥信值为多相信号，则获取遥信值中的自描述位信息，反之则返回动态数据结构中的最低位信息。

在所述获取遥信值中的自描述位信息后，还包括：

根据操作数获取相应位信息；

如果相应位信息为1，则返回断路器处于合位的数值，如果相应位信息为0，则返回断路器处于分位的数值；

如果相应位信息为1，则返回断路器处于合位的数值，如果相应位信息为0，则返回断路器处于分位的数值；

如果相应位信息为1，则返回断路器处于合位的数值，如果相应位信息为0，则返回断路器处于分位的数值。

设值算法为取值算法的逆算法，也是通过需操作的相别和值信息进行对应位的设值，具体设值流程如下图7所示，所述设值算法包括：

从遥信记录中获取函数遥信点值val、相位信息phase、设定值set、自描述位des入口参数；

当自描述位为0时，如果设定值set＝1，令返回值为0x01，如果设定值set＝0，令返回值为0；

当自描述位为1时，如果设定值set＝1，令返回值为val|0x10|(set&lt;&lt;phase)，如果设定值set＝0，令返回值为val|0x10|&((！set)<<phase)，其中，phase值为0、1、2，分别代表三相中的a相、三相中的b相、三相中的c相；

当自描述位为2时，如果设定值set＝1，令返回值为val|0x20|(set&lt;&lt;phase*2)，如果设定值set＝0，令返回值为val|0x20|&((！set)<<phase*2)，其中，phase值为0、1、2，分别代表三相中的a相、三相中的b相、三相中的c相；

当自描述位为3时，如果设定值set＝1，令返回值为val|0x30|(set&lt;&lt;phase*3)，如果设定值set＝0，令返回值为val|0x30|&((！set)<<phase*3)，其中，phase值为0、1、2，分别代表三相中的a相、三相中的b相、三相中的c相。

可选的，所述信号量简化方法，还包括：

对一次设备进行操作，使得一次设备的状态发生变化时，借助入口函数获取一次设备的相别与状态，通过遥信计算算法库中的算法函数触发与一次设备相联的二次设备遥信开入点动作，完成信号采集与上送。

在实施中，在仿真系统运行过程中还设有信号采集过程，具体为操作一次设备或者是一次设备运行状态发生变化时，入口函数会获取操作一次设备的相别，通过自适应的遥信计算算法，触发与之相关联的二次设备开入信号点动作，在通过一系列的程序处理，完成信号采集与上送的过程。

可选的，所述信号量简化方法，还包括：

当接收到包括一次设备与二次设备在内的第一设备发送的遥信信号时，根据动态数据结构对遥信信号进行属性判别；

根据自适应的遥信计算算法，结合属性判别结果确定第一设备所处的状态。

在实施中，系统运行时，任意一个程序当收到一个遥信信号时，需要执行如下内容：

首先根据如图2、图3所示的信号的b16、b17两位信号进行属性判别(属性自描述)，然后根据属性值再调用固定的信号计算算法就可获取设备的状态(数据定义完全动态化)。

在上文中所提出的第一设备，包括作为激励设备的一次设备以及作为响应设备的二次设备，为了描述准确，使用第一设备作为代称。

通过这种属性自描述的动态数据结构定义方法，各程序计算所需的设备遥信信息完全包含在这个数据结构中，不需程序在外部添加任何处理，满足了软件设计的开闭原则。

本发明提供了基于单点多相的仿真系统信号量简化方法，包括：包括在建立仿真运算模型时，创建遥信开出点和遥信开入点；依据被仿对象实际接线情况，建立一次设备与二次设备信号间的对应关系及相别；令仿真系统中的实时库加载程序将数据库中的遥信记录加载到实时库中，获取遥信开出点的状态信息，调用算法函数生成与对应开入点的状态信息。通过使用一次设备和二次设备之间的连接方式，仅使用两个采样点就可以完成现有技术中八个采样点的信号采集，同时还使用基于属性自描述的动态数据结构，将代表多种含义的数据使用同一数据格式进行传输，在保证数据兼容性的同时，还降低了产生冗余数据的概率，提升了仿真系统的仿真效果。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。