基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法技術(shù)

一種基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法，該方法通過在PSCAD中嵌入C語言編寫的自定義保護邏輯代碼，實現(xiàn)源代碼級閉環(huán)仿真。改進了PSCAD推薦方法的“調(diào)用接口”和“數(shù)據(jù)接口”。通過在自定義模塊的Script腳本中調(diào)用Fortran接口函數(shù)實現(xiàn)與PSCAD的無縫鏈接，簡化了C源代碼的修改及調(diào)試過程。避免使用復(fù)雜的公用數(shù)組進行數(shù)據(jù)交互，而是直接利用自定義模塊的輸入、輸出端口實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口。該方法靈活、簡潔，可以完整驗證實際裝置的保護邏輯源代碼，尤其適合于從保護原理研究到裝置開發(fā)的過渡階段，使開發(fā)者不依賴于物理裝置即可驗證軟件代碼，有效提高開發(fā)效率。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法
本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)繼電保護仿真領(lǐng)域，具體涉及一種基于PSCAD軟件環(huán)境實現(xiàn)的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法。
技術(shù)介紹
對繼電保護原理和裝置進行仿真和測試，是提高繼電保護水平的重要手段。動態(tài)物理模擬和實時數(shù)字仿真可以直接反映繼電保護裝置的性能，屬于在線、閉環(huán)仿真方法，至今仍是不可替代的研究手段。然而，這類方法設(shè)備投資巨大，且只能在具備物理裝置的條件下進行，同時研究系統(tǒng)的規(guī)模有限，系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整復(fù)雜。為了克服在線、閉環(huán)仿真方法的不足，特別是為適應(yīng)保護原理研究階段、缺乏物理裝置情況下的仿真需求，離線仿真方法（包括開環(huán)和閉環(huán)）獲得了廣泛應(yīng)用。離線仿真方法可分為以下2類。第1類方法是獲取現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)文件，采用Matlab軟件，研究獨立保護元件的動作情況，屬于保護算法級的開環(huán)仿真方法。由于實際保護裝置中的保護元件眾多，相互之間有著復(fù)雜聯(lián)系，這類方法無法準確、完整地反映保護動作行為。第2類方法則是利用PSCAD等電磁暫態(tài)仿真軟件產(chǎn)生故障數(shù)據(jù)，對保護原理進行驗證。由于PSCAD軟件可以通過自定義模塊嵌入保護算法和源代碼，因此可實現(xiàn)保護算法級和源代碼級仿真。更重要的是這類方法還可以實現(xiàn)純軟件環(huán)境下的閉環(huán)仿真，即將自定義模塊中保護算法或源代碼的邏輯判斷結(jié)果直接反饋到仿真模型中，改變仿真模型的實時運行狀態(tài)。用第2類方法實現(xiàn)的保護算法級仿真雖然可以實現(xiàn)閉環(huán)仿真，但是仍存在與第1類方法類似的問題，無法反映保護整體性能。因此，利用第2類方法實現(xiàn)源代碼級仿真具有更高的實用價值。由于PSCAD的計算內(nèi)核程序是用Fortran語言編制的，因此PSCAD中只可以直接嵌入Fortran語言。而目前成熟的數(shù)字化保護軟件基本上全部采用C語言編寫，為達到源代碼級的仿真，必須采用C語言編寫自定義的保護邏輯模塊，并將自定義模塊嵌入到PSCAD計算程序中，這涉及到“調(diào)用接口”和“數(shù)據(jù)接口”兩個技術(shù)問題。調(diào)用接口完成自定義模塊在PSCAD環(huán)境下的調(diào)用；數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)自定義模塊與PSCAD仿真模型之間的實時、雙向數(shù)據(jù)交換。按照PSCAD的用戶指南，使用PSCAD推薦的方法可以實現(xiàn)與自定義C語言模塊的“調(diào)用接口”和“數(shù)據(jù)接口”。（1）“調(diào)用接口”的實現(xiàn)PSCAD推薦的方法是在編制好C源代碼后利用通用編譯器，例如GCC，將C源代碼編譯鏈接成目標文件（*.o）或庫文件（*.lib），再通過在PSCAD增加外部引用來完成調(diào)用接口功能。該方法類似于動態(tài)鏈接庫方式來實現(xiàn)在PSCAD中調(diào)用C語言自定義模塊。（2）“數(shù)據(jù)接口”的實現(xiàn)按照PSCAD的推薦方法，數(shù)據(jù)接口的實現(xiàn)依賴于內(nèi)部封裝的4個公用數(shù)組STORF、STORI、STORL、STORC及其指針NSTORF、NSTORI、NSTORL、NSTORC。上述4個數(shù)組的用Fortran數(shù)據(jù)類型定義，分別為REAL、INTEGER、LOGICAL和COMPLEX，除最后一個數(shù)組在C語言中沒有對應(yīng)數(shù)據(jù)類型外，其余3個數(shù)組類型，分別對應(yīng)C語言的數(shù)據(jù)類型float、int和int。具體實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互方法是：在每一步仿真計算完成后，自定義的C語言模塊從上述4個數(shù)組中讀取所需要的數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)（相當于采樣值和開關(guān)量）進行計算和保護邏輯判斷，最后再將邏輯判斷結(jié)果返回到上述公用數(shù)組，PSCAD根據(jù)公用數(shù)組的返回數(shù)據(jù)進行相應(yīng)修改模型的操作，并開始執(zhí)行下一步的暫態(tài)仿真計算，如此反復(fù)，直至仿真結(jié)束。PSCAD中的示例工程中給出實現(xiàn)實例，可供參考。按照上述PSCAD推薦的“調(diào)用接口”和“數(shù)據(jù)接口”方法，實現(xiàn)自定義C語言模塊的保護邏輯仿真方法，在實際使用中存在諸多問題，包括：(1)調(diào)用接口采用目標文件方式實現(xiàn)，在調(diào)試階段頻繁修改C源文件，需要手動反復(fù)編譯和鏈接目標文件，而且出現(xiàn)運行錯誤時調(diào)試不便。(2)采用公用數(shù)組方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口時，在自定義C語言模塊與PSCAD之間傳遞數(shù)據(jù)與實際保護裝置中的輸入、輸出編程方式差別較大，不利于驗證完整的保護邏輯。(3)C語言模塊的輸出結(jié)果，包括跳閘信號等，也需要寫入公用數(shù)組，提供給PSCAD修改仿真模型參數(shù)，用戶無法直接顯示公用數(shù)組中的信息，不便于調(diào)試。(4)數(shù)據(jù)交互不僅存在于自定義C語言模塊與PSCAD之間，還存在于自定義C語言模塊內(nèi)部，分別稱為橫向和縱向數(shù)據(jù)傳遞。按照PSCAD推薦的方法，上述橫向、縱向數(shù)據(jù)交互，全部依賴公用數(shù)組及其指針實現(xiàn)，容易造成遺漏或錯位。由于C語言中數(shù)組下標從0起始，而Fortran的數(shù)組下標是從1起始，在進行數(shù)組數(shù)據(jù)交換時，須時刻注意下標轉(zhuǎn)換，使用起來極其繁瑣。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)公開了一種基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法。該方法通過在PSCAD中嵌入C語言編寫的自定義保護邏輯代碼實現(xiàn)源代碼級閉環(huán)仿真，通過改進PSCAD推薦方法的“調(diào)用接口”和“數(shù)據(jù)接口”，使得仿真過程更加靈活、簡潔，可以完整驗證實際裝置的保護邏輯源代碼。該方法尤其適用于從保護原理研究到裝置開發(fā)的過渡階段，使開發(fā)者不依賴于物理裝置即可驗證軟件代碼，有效提高開發(fā)效率。本專利技術(shù)采用的具體技術(shù)方案如下：一種基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法，包括如下步驟：（1）在PSCAD軟件環(huán)境中，右鍵選擇“CreateNewComponent...”命令，創(chuàng)建1個自定義元件，根據(jù)創(chuàng)建向?qū)ВO(shè)置自定義元件的名稱，設(shè)置輸入端口的數(shù)量、名稱和數(shù)據(jù)類型，設(shè)置輸出端口的數(shù)量、名稱和數(shù)據(jù)類型；右鍵點擊自定義元件，選擇“EditDefinition”命令，打開“Script”標簽，輸入該自定義元件的Fortran命令：“CALL函數(shù)F（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，“函數(shù)F”即為自定義元件的調(diào)用接口函數(shù)，“函數(shù)F”的參數(shù)個數(shù)應(yīng)與自定義元件的輸入端口數(shù)量與輸出端口數(shù)量的總和一致；（2）建立自定義元件的調(diào)用接口，右鍵選擇“AddComponent”命令，創(chuàng)建2個“Filereference”元件，并在“Filereference”元件的屬性中設(shè)置外部引用的文件名和絕對路徑，其中1個引用Fortran源文件，1個引用C源文件；Fortran源文件用來實現(xiàn)自定義元件的調(diào)用接口函數(shù)“函數(shù)F”，“函數(shù)F”的實現(xiàn)代碼中包括命令：“CALL函數(shù)C（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，還包括對“函數(shù)C”每一個參數(shù)的數(shù)據(jù)類型定義，“函數(shù)C”即為需要調(diào)用的C語言函數(shù)入口；C源文件包含實際的數(shù)字化保護C語言源代碼，入口函數(shù)為：“void函數(shù)C（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，“函數(shù)C”的參數(shù)個數(shù)應(yīng)與自定義元件的輸入端口數(shù)量與輸出端口數(shù)量的總和一致；經(jīng)過以上設(shè)置和操作后，在PSCAD仿真模型運行時，可實現(xiàn)通過調(diào)用Fortran語言的“函數(shù)F”來調(diào)用C語言的“函數(shù)C”；（3）建立自定義元件與PSCAD仿真模型之間的數(shù)據(jù)接口，對自定義元件而言，數(shù)據(jù)接口包括輸入模擬量、開關(guān)量和輸出模擬量、開關(guān)量，其中輸入模擬量包括電流、電壓量，由自定義元件的實型量輸入端口接入；輸入開關(guān)量包括保護邏輯判斷用到的開關(guān)位置、手合信號等，由自定義元件的整型量輸入端口接入；輸出開關(guān)量包括保護邏輯判斷的中間結(jié)果和跳閘輸出等，由自定義元件的整型量輸出端口輸出至仿真模型，實現(xiàn)仿真模型的閉環(huán)控制本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）在PSCAD軟件環(huán)境中，右鍵選擇“Create?New?Component...”命令，創(chuàng)建1個自定義元件，根據(jù)創(chuàng)建向?qū)ВO(shè)置自定義元件的名稱，設(shè)置輸入端口的數(shù)量、名稱和數(shù)據(jù)類型，設(shè)置輸入端口的數(shù)量、名稱和數(shù)據(jù)類型；右鍵點擊自定義元件，選擇“Edit?Definition”命令，打開“Script”標簽，輸入該自定義元件的Fortran命令：“CALL?函數(shù)F（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，“函數(shù)F”即為自定義元件的調(diào)用接口函數(shù)，“函數(shù)F”的參數(shù)個數(shù)應(yīng)與自定義元件的輸入端口數(shù)量與輸出端口數(shù)量的總和一致；（2）建立自定義元件的調(diào)用接口，右鍵選擇“Add?Component”命令，創(chuàng)建2個“File?reference”元件，并在“File?reference”元件的屬性中設(shè)置外部引用的文件名和絕對路徑，其中1個引用Fortran源文件，1個引用C源文件；Fortran源文件用來實現(xiàn)自定義元件的調(diào)用接口函數(shù)“函數(shù)F”，“函數(shù)F”的實現(xiàn)代碼中包括命令：“CALL?函數(shù)C（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，還包括對“函數(shù)C”每一個參數(shù)的數(shù)據(jù)類型定義，“函數(shù)C”即為需要調(diào)用的C語言函數(shù)入口；C源文件包含實際的數(shù)字化保護C語言源代碼，入口函數(shù)為：“void?函數(shù)C（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，“函數(shù)C”的參數(shù)個數(shù)應(yīng)與自定義元件的輸入端口數(shù)量與輸出端口數(shù)量的總和一致；經(jīng)過以上設(shè)置和操作后，在PSCAD仿真模型運行時，可實現(xiàn)通過調(diào)用Fortran語言的“函數(shù)F”來調(diào)用C語言的“函數(shù)C”；（3）建立自定義元件與PSCAD仿真模型之間的數(shù)據(jù)接口，對自定義元件而言，數(shù)據(jù)接口包括輸入模擬量、開關(guān)量和輸出模擬量、開關(guān)量，其中輸入模擬量包括電流、電壓量，由自定義元件的實型量輸入端口接入；輸入開關(guān)量包括保護邏輯判斷用到的開關(guān)位置、手合信號等，由自定義元件的整型量輸入端口接入；輸出開關(guān)量包括保護邏輯判斷的中間結(jié)果和跳閘輸出等，由自定義元件的整型量輸出端口輸出至仿真模型，實現(xiàn)仿真模型的閉環(huán)控制；輸出模擬量包括保護源代碼的中間計算結(jié)果，由自定義元件的實型量輸出端口輸出，用于源代碼調(diào)試；（4）完成自定義元件與PSCAD仿真模型之間的調(diào)用接口和數(shù)據(jù)接口設(shè)置后，通過PSCAD進行模型的編譯，執(zhí)行仿真，通過監(jiān)視自定義元件的輸出，將仿真模型的電流、電壓輸出以及包含保護邏輯源碼的自定義元件跳閘輸出記錄到故障錄波文件中，以便查看與分析，至此完成源代碼級閉環(huán)仿真；需要修改仿真模型參數(shù)或者保護邏輯C源代碼時，只需重新編譯模型，執(zhí)行仿真即可，不必重復(fù)上述步驟（1）至步驟（3）。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于PSCAD的數(shù)字化保護源代碼級閉環(huán)仿真方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）在PSCAD軟件環(huán)境中，右鍵選擇“CreateNewComponent...”命令，創(chuàng)建1個自定義元件，根據(jù)創(chuàng)建向?qū)ВO(shè)置自定義元件的名稱，設(shè)置輸入端口的數(shù)量、名稱和數(shù)據(jù)類型，設(shè)置輸出端口的數(shù)量、名稱和數(shù)據(jù)類型；右鍵點擊自定義元件，選擇“EditDefinition”命令，打開“Script”標簽，輸入該自定義元件的Fortran命令：“CALL函數(shù)F（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，“函數(shù)F”即為自定義元件的調(diào)用接口函數(shù)，“函數(shù)F”的參數(shù)個數(shù)應(yīng)與自定義元件的輸入端口數(shù)量與輸出端口數(shù)量的總和一致；（2）建立自定義元件的調(diào)用接口，右鍵選擇“AddComponent”命令，創(chuàng)建2個“Filereference”元件，并在“Filereference”元件的屬性中設(shè)置外部引用的文件名和絕對路徑，其中1個引用Fortran源文件，1個引用C源文件；Fortran源文件用來實現(xiàn)自定義元件的調(diào)用接口函數(shù)“函數(shù)F”，“函數(shù)F”的實現(xiàn)代碼中包括命令：“CALL函數(shù)C（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，還包括對“函數(shù)C”每一個參數(shù)的數(shù)據(jù)類型定義，“函數(shù)C”即為需要調(diào)用的C語言函數(shù)入口；C源文件包含實際的數(shù)字化保護C語言源代碼，入口函數(shù)為：“void函數(shù)C（參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n）”，“函數(shù)C”的參數(shù)個數(shù)應(yīng)與自定義元件的輸入端口數(shù)量與輸出端口數(shù)量的總和一致；經(jīng)過以上設(shè)置和操作后，在PSCAD仿真模型運行時，可實現(xiàn)通過調(diào)用Fortran語言的“函數(shù)F”來調(diào)用C語言的“函數(shù)C”；（3）建立自定義元件與PSCAD仿真模型之間的數(shù)據(jù)接口，對自定義元件而言，數(shù)據(jù)接口包括輸入模擬量、開關(guān)量和輸出模擬量、開關(guān)量，其中輸入模擬量包括電流、電壓量，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉益青，高偉聰，張智杰，王成友，
申請(專利權(quán))人：濟南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37