本發明屬于嵌入式系統應用技術領域，特別涉及一種嵌入式繼電保護設備的仿真方法及系統。

背景技術：

隨著電網規模的不斷擴大，系統的結構越來越復雜，對系統的保護也隨之大量增加和越來越重要，同時，局部電網發生故障的概率大大增加，電網故障的波及面也越來越大。另一方面隨著電網間聯系日益加強，在電網發生故障時會有大量的信息要傳輸，這就要求專業保護人員的關注和要處理的信息會成倍增加，增大電網調度運行人員在判斷事故性質和處理事故并恢復系統運行的難度，這將在客觀上加大電網運行人員的管理難度。

隨著微電子技術、信息技術、網絡通信技術的發展，我國智能電網已進入全面建設時期，智能變電站系統所占的市場份額快速增長，嵌入式繼電保護設備的數據存儲、網絡通信、數據的處理能力使對電網事故、保護裝置動作進行及時有效的分析成為可能。繼電保護設備所有信息，包括設備的運行信息、保護動作信息、保護定值信息、網絡通信信息等，這些信息時電網事故分析和處理的基礎信息，已完成對電網故障分析及保護動作行為的判斷，為智能化調度的建設與實現提供重要的技術支撐平臺，繼電保護故障信息處理信息系統的建設時技術和應用發展的必然選擇。

但是在對繼電保護設備進行調試及測試時，需要大量的硬件參與進去，在調試時不易控制，不能夠擺脫硬件的限制，定位問題時不夠直觀及準確，而且對調試環境的需求也相應增加，新產品開發前期因硬件的功能、性能及其穩定性還沒有得到驗證，不能投入太高的成本進行生產。

因此，需要軟件平臺對嵌入式繼電保護設備進行仿真，更直觀的進行調試及測試。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種嵌入式繼電保護設備的仿真方法及系統，用于解決對繼電保護設備進行調試及測試時由于大量硬件參與進去造成調試及測試結果不準確的問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種嵌入式繼電保護設備的仿真方法，包括以下步驟：

根據繼電保護設備所用嵌入式操作系統函數與pc仿真裝置所用函數的映射關系，建立仿真時的操作系統函數對應表，主模塊和分模塊共用所述操作系統函數對應表；

主模塊創建模塊管理句柄，完成對所述分模塊的加載操作；

通過定時器模擬采樣中斷，檢測緩沖區的數據，實現硬采樣功能；

將設置好的開入量存放到內存中，實現硬開入功能；

將繼電保護設備的地址映射到pc內存上，通過解析嵌入式繼電保護設備配置界面菜單生成的菜單文件信息獲取pc仿真裝置菜單，實現pc仿真裝置的界面可視化；

在pc仿真裝置中建立一個文件，作為pc仿真裝置的虛擬磁盤使用，實現文件系統功能；

根據繼電保護設備進行邏輯仿真時所需的變量地址與pc仿真裝置所有變量地址的映射關系，建立邏輯仿真時的變量地址對應表，實現邏輯仿真功能。

進一步地，還在pc仿真裝置中創建虛擬網卡，與pc機的網卡綁定，以實現與外部設備進行網絡數據的交互。

進一步地，所述模塊管理句柄包括配置文件名稱、模塊特征字、模塊文件名稱及模塊入口信息。

進一步地，利用定時器模擬采樣中斷時，將周波采樣點數與采樣周期毫秒數的最大公約數記為y，當中斷次數為采樣周期與y的商的整數倍時，產生的數據個數為每周波采樣點數與y的商減去采樣周期與y的商加1。

進一步地，利用定時器實時采樣數據，若采樣中斷發生時，判斷數據更新計數器是否發生變化，若發生變化，對數據進行更新。

本發明還提供了一種嵌入式繼電保護設備的pc仿真系統，在pc機中：根據繼電保護設備所用嵌入式操作系統函數與pc仿真裝置所用函數的映射關系，建立仿真時的操作系統函數對應表，主模塊和分模塊共用所述操作系統函數對應表；

主模塊創建模塊管理句柄，完成對所述分模塊的加載操作；

通過定時器模擬采樣中斷，檢測緩沖區的數據，實現硬采樣功能；

將設置好的開入量存放到內存中，實現硬開入功能；

將繼電保護設備的地址映射到pc內存上，通過解析嵌入式繼電保護設備配置界面菜單生成的菜單文件信息獲取pc仿真裝置菜單，實現pc仿真裝置的界面可視化；

在pc仿真裝置中建立一個文件，作為pc仿真裝置的虛擬磁盤使用，實現文件系統功能；

根據繼電保護設備進行邏輯仿真時所需的變量地址與pc仿真裝置所有變量地址的映射關系，建立邏輯仿真時的變量地址對應表，實現邏輯仿真功能。

進一步地，還在pc仿真裝置中創建虛擬網卡，與pc機的網卡綁定，以實現與外部設備進行網絡數據的交互。

進一步地，所述模塊管理句柄包括配置文件名稱、模塊特征字、模塊文件名稱及模塊入口信息。

進一步地，利用定時器模擬采樣中斷時，將周波采樣點數與采樣周期毫秒數的最大公約數記為y，當中斷次數為采樣周期與y的商的整數倍時，產生的數據個數為每周波采樣點數與y的商減去采樣周期與y的商加1。

進一步地，利用定時器實時采樣數據，若采樣中斷發生時，判斷數據更新計數器是否發生變化，若發生變化，對數據進行更新。

本發明的有益效果是：

本發明首先建立仿真時的操作系統函數對應表；主模塊創建模塊管理句柄，完成對分模塊的加載操作；通過定時器模擬采樣中斷，檢測緩沖區的數據，實現硬采樣功能；將設置好的開入量存放到內存中，實現硬開入功能；將繼電保護設備的地址映射到pc內存上，實現pc仿真裝置的界面可視化；在pc仿真裝置中建立一個文件，作為pc仿真裝置的虛擬磁盤使用，實現文件系統功能；根據繼電保護設備進行邏輯仿真時所需的變量地址與pc仿真裝置所有變量地址的映射關系，建立邏輯仿真時的變量地址對應表，實現邏輯仿真功能。本發明在對繼電保護設備進行調試及測試與硬件及性能無關的功能時，可以脫離硬件，不受硬件的限制，同時定位問題更加直觀及準確。

附圖說明

圖1為主模塊加載其他分模塊的流程圖；

圖2為pc仿真裝置界面效果圖；

圖3為pc仿真裝置主流程圖；

圖4為邏輯仿真監視全局狀態界面效果圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明：

本發明的一種嵌入式繼電保護設備的仿真方法的實施例：

一種嵌入式繼電保護設備的仿真方法，如圖3所示，包括如下步驟：

1、建立操作系統函數鏈表：將繼電保護設備所用嵌入式操作系統函數在pc上實現，將嵌入式繼電保護設備所用的嵌入式操作系統函數找到與pc系統中函數的對應關系，在pc系統中將嵌入式操作系統函數重新實現，建立操作系統函數鏈表；然后選定一主模塊，添加操作系統函數表源碼，主模塊按名稱注冊操作系統函數鏈表，其它分模塊均通過函數表名稱獲取操作系統函數，整個pc仿真系統共用一套操作系統函數表。

2、文件系統初始化：在pc仿真系統中建立一個特定名稱的文件，作為pc仿真系統的虛擬磁盤使用；嵌入式繼電保護設備文件系統中對實際物理存儲介質的操作，在pc仿真系統中是對此虛擬磁盤進行操作。

3、對分模塊加載操作，如圖1所示：主模塊中通過解析指定配置文件，配置文件包括主節點和分節點，其中主節點為內部定義的模塊名稱，分節點為模塊文件名稱，獲取其它分模塊的信息，創建模塊管理句柄，添加到模塊管理句柄鏈表中。模塊管理句柄包括：模塊名稱、模塊文件名稱及模塊入口函數信息；模塊入口函數包含：兩個特征字，大小端模式及三個模塊初始化函數；三個函數分別為：模塊鏈接函數、模塊初始化函數及模塊引導后處理函數。

4、創建模塊管理句柄成功后，調用模塊鏈接函數，主要進行模塊間函數表的傳遞；鏈接完成后調用模塊初始化函數，主要進行模塊中所要進行的操作系統信息的創建如定時器、任務等；在所有的模塊均初始化完成后，進入到任務運行前調用模塊引導后處理函數，主要進行模塊間有依賴關系又不能在運行期進行的操作處理；所有模塊在執行完模塊引導后處理函數后，開放所有任務，操作系統根據任務的優先級和時間片進行循環調度。

5、實現硬采樣功能，在pc仿真系統中創建一個毫秒定時器來模擬硬采樣中斷，每毫秒產生一個采樣中斷信號；此中斷中根據不同的通道類型，產生不同形式的數據，若為交流通道通過有效值產生正弦波數據，若為直流通道直接為有效值。一般情況下一次中斷每通道產生一個數據，為使數據均勻(將周波采樣點數與采樣周期毫秒數的最大公約數記為y)，當中斷次數為采樣周期毫秒數與y的商的整數倍時，產生的數據個數為每周波采樣點數與y的商減去采樣周期毫秒數與y的商加一。

數據有效值通過專用界面設置給pc仿真系統，為增強數據的實時性，界面與pc仿真裝置間直接通過函數調用的方式，當在界面上啟動設置量值后，調用pc仿真裝置提供的設置函數，將數據設置到緩沖區中，調整數據更新計數器，采樣中斷發生時，判斷數據更新計數器是否發生變化，若發生變化，將所有通道數據的有效值進行更新，否則按上次的有效值去產生采樣數據。

6、開入量通過專用界面設置給pc仿真裝置，為增強數據的實時性，界面與pc仿真裝置間直接通過函數調用的方式，當在界面上啟動設置量值后，調用pc仿真裝置提供的設置函數，將數據先設置到臨時緩沖區中，所有開入量數據設置完成后，將臨時緩沖區中的數據拷貝到映射的端口內存中。

7、裝置界面可視化，在pc仿真所用的系統中將裝置中所用gui庫與具體硬件相關的代碼在pc仿真系統中重新實現。主要工作為：界面顯示地址映射到pc內存上；按鍵映射到pc鍵盤上。按鍵映射要做到與嵌入式繼電保護設備操作的一致性，如加、減及方向鍵對應鍵盤上的加、減及方向鍵等，對鍵盤上沒有的復歸鍵映射到鍵盤的ctrl鍵上。

pc仿真系統菜單，通過解析嵌入式繼電保護設備配置界面菜單生成的菜單信息文件獲取；將從文件中解析出的菜單函數信息添加到特定管理句柄中，管理句柄包含函數名稱、不定參數函數指針、函數參數個數及函數參數類型。嵌入式繼電保護設備界面配置工具支持的函數，通過函數名稱字符串與管理句柄中的函數名稱進行全匹配查找，添加到管理句柄不定參數指針的位置，管理句柄中的參數個數及參數類型通過匹配后的函數信息進行設置。函數參數中有些使用的是宏定義，為獲取此種參數的實際量值，將宏定義的參數創建成包含宏定義字符串名稱和量值的管理句柄，函數參數先在此管理句柄鏈表中進行查找，如果在此管理鏈表中可以查找到，直接獲取量值，如果沒有找到，根據參數類型將字符串進行指定類型的轉換獲取參數值。

8、網絡系統初始化，在pc仿真系統中創建三個虛擬網卡，此三個網卡分別綁定到pc仿真系統的網絡連接上，虛擬網卡與pc機網絡連接的綁定關系存儲到指定格式的文件中；pc仿真系統在主模塊初始化中解析此文件，每一虛擬網卡生成特定格式的管理句柄，此句柄包含虛擬網卡名稱及綁定網卡名稱信息，pc仿真系統通過此管理句柄完成虛擬網卡與pc機網卡的映射關系，從而完成與外部設備進行網絡數據的交互。

9、解析嵌入式繼電保護設備map目標文件中邏輯仿真所需變量的地址，建立與pc仿真裝置中同一變量地址的對應表，當邏輯仿真軟件獲取變量數據時，將地址映射到pc仿真裝置的地址上獲取數據反饋給邏輯仿真軟件，從而實現邏輯仿真功能，得到如圖4所示的界面效果圖。

本發明還提供了一種嵌入式繼電保護設備的仿真系統，其核心在于提供嵌入式繼電保護設備的pc仿真方法，由于仿真方法的具體實施方式已經在上述實施例中給進行了詳細的說明，因此，不再對嵌入式繼電保護設備的pc仿真系統的具體實施方式進行詳細的說明。

以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限于以上所描述的實施方式。本發明的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍內。