分时仿真实现方法详解

实际的控制保护系统的各个控制模块是分布在不同处理器的不同的任务链上的，执行周期各不相同，不能采用PSCAD/EMTDC统一的仿真步长，为准确地模拟实际系统，建立与工程实际系统一致的仿真模型，就必须开发时间中断调度功能来控制各个任务的执行周期。如果仿真时序不能准确的实现，就不可能准确的模拟实际控制系统。模型时间中断是通过时间中断调度功能模块（Cycle Timing）实现的，时间中断调度功能模块及应用如图316所示，左侧模块为中断模块，包括6个中断时间参数设置，可根据实际工程的中断时间要求进行设定。右侧为同一个一阶惯性环节功能模块，可以按照该模块所处的不同应用程序和执行周期设置不同的中断时间，图中分别设置了Tc1和Tc2两个中断时间。

图316　时间中断调度功能模块及应用示例

中断时间调度功能模块以PSCAD/EMTDC的软件执行周期为基础时钟，模块比较软件执行时间与各个模块设置的中断时间的关系，当程序执行时间等于中断时间的整数倍时，该模块中的使能信号有效，该使能信号控制采用相同中断时间的直流控制系统中所使用的每一个用户自定义功能模块的执行代码，使能有效时执行代码并进行相应的数据处理和存储，无效时不执行代码，时间中断调度功能模块的Fortran源代码（以两个中断时间为例）为：

为说明同一功能模块在不同的中断时间控制下的功能差距，本书在基于PSCAD/EMTDC的直流控制保护系统仿真平台中搭建了一个简单的仿真测试模型，模型中滤波功能模块分别采用不同的软件中断时间，Tc1、Tc2、Tc3、Tc4的时间设置分别为1ms、2ms、6ms和12ms。除模块中断时间不同外。测试模型的输入和其余参数完全相同，输出分别用TC1_OUT、TC2_OUT、TC3_OUT、TC4_OUT表示，仿真测试模型及输出波形如图317所示。

从波形图可以看出，同样的输入信号（INPUT）同时输入具有不同中断时间（执行周期）的相同功能模块后，输出结果的幅值和相位各不相同，这也充分证明在利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件进行直流输电工程的控制系统仿真时，不能全部采用PSCAD/EMTDC自带模型库中具有同样时间处理周期的控制功能模块，而应该基于PSCAD/EMTDC软件，根据实际工程软件的模块功能构建直流控制保护系统仿真平台，创建自定义模型库，并根据实际直流输电工程控制系统软件结构在仿真平台中搭建与实际工程一致的控制系统模型，保证仿真模型的准确性。

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图317　仿真测试模型及输出波形

时间中断调度功能模块与实际工程的控制系统应用软件的时间中断对应关系如图318所示。

图3-18　计算周期调度功能模块与实际工程应用软件时间中断对应关系图

图318中有6个中断时间段，分别为1Tic（1.0ms）、2Tic（2.0ms）、6Tic（6.0ms）、12Tic（12.0ms）、24Tic（24.0ms）、48Tic（48.0ms）。分别在Cycle Timing模块中定义为Tcfc1=1.0ms、Tcfc2=2.0ms、Tcfc3=6.0ms、Tcfc4=12.0ms、Tcfc5=24.0ms、Tcfc6=48.0ms来表示。通过在每个功能模块中设置相应的中断时间参数来实现模块功能的内部时间中断。

以实际工程的两个应用程序REFCALC2.hgf和REFCALC3.hgf为例，REFCALC2.hgf的程序处于Level4：12Tic，REFCALC3.hgf的程序处于Level6：48Tic，其Hidraw模块功能如图319所示。

图319所示的实际工程的应用程序在本书所开发的直流控制保护系统仿真平台中的实现方式如图320所示。

如图320中指示线所示，不同的模块有不同的时间中断设置，以此来实现不同程序的内部时间中断机制。为进一步说明时间中断调度功能在程序执行中的功能，在任务链上建立如图3-21所示的执行周期验证逻辑，利用这个逻辑检测任务链的执行周期，位于TC1、TC2、TC3、TC4任务链程序每执行一次，验证逻辑的输出结果就会有一个翻转。那么两次翻转之间的时间就是该任务链的执行周期。

图322是分别在0.5ms、1ms、2ms和4ms任务链上的验证逻辑的输出波形，从图中可以看出，具有不同任务执行周期的任务链的时间中断控制按照设定的执行周期进行计算，与实际系统的软件执行过程一致。