本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的監(jiān)控，尤其涉及一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法。

背景技術(shù)：

1、在電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析電網(wǎng)狀態(tài)對(duì)于保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著電力系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和展示的要求也相應(yīng)提高。尤其是在大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真中，如何快速、準(zhǔn)確地將仿真結(jié)果以動(dòng)態(tài)波形的形式展示給用戶(hù)，成為提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。

2、傳統(tǒng)上，高精度的波形展示依賴(lài)于純硬件的示波器，以其快速、準(zhǔn)確的特性廣受青睞?；谲浖牟ㄐ嗡⑿录夹g(shù)往往固定刷新頻率或?qū)λ胁ㄐ尾捎媒y(tǒng)一的處理策略，這在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)很容易造成系統(tǒng)資源的浪費(fèi)或響應(yīng)速度的下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法，能夠用于改善電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的性能和用戶(hù)體驗(yàn)，通過(guò)智能調(diào)整波形刷新頻率，它不僅提高了數(shù)據(jù)處理效率，也為用戶(hù)提供了更加豐富和流暢的視覺(jué)體驗(yàn)。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法，包括：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)軟件捕獲電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)，并通過(guò)鏈路層報(bào)文將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)；采用浮點(diǎn)數(shù)壓縮和多包傳輸將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理和顯示；上位機(jī)接收數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新并維護(hù)數(shù)據(jù)池；上位機(jī)根據(jù)當(dāng)前打開(kāi)查看的波形數(shù)量，動(dòng)態(tài)調(diào)整刷新頻率。

4、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述捕獲電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)包括，實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)來(lái)自電力系統(tǒng)的模擬軟件、硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，使用軟件捕獲數(shù)據(jù)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的高速數(shù)據(jù)采集卡，處理高頻率的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

5、實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)包括電壓的幅值、相位、頻率、電流的幅值、相位、頻率、有功功率、無(wú)功功率、視在功率，還包括系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護(hù)裝置的狀態(tài)、控制信號(hào)的狀態(tài)，在特定情況下，還包括影響電力系統(tǒng)的性能環(huán)境因素。

6、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通過(guò)鏈路層報(bào)文發(fā)送數(shù)據(jù)包括，服務(wù)器通過(guò)高性能網(wǎng)絡(luò)軟件快速捕獲電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)，并通過(guò)鏈路層報(bào)文將波形采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)。

7、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述浮點(diǎn)數(shù)壓縮包括，當(dāng)波形數(shù)量眾多，導(dǎo)致單個(gè)以太網(wǎng)包無(wú)法容納所有波形數(shù)據(jù)時(shí)，采用兩級(jí)優(yōu)化策略；

8、浮點(diǎn)數(shù)壓縮，對(duì)波形數(shù)據(jù)中的浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行壓縮，通過(guò)算法優(yōu)化，將浮點(diǎn)數(shù)從雙精度壓縮至單精度，減少每個(gè)波形數(shù)據(jù)點(diǎn)所需的字節(jié)大小，允許在同樣大小的以太網(wǎng)包中傳輸更多的波形數(shù)據(jù)，將雙精度浮點(diǎn)數(shù)壓縮為單精度浮點(diǎn)數(shù)；

9、設(shè)定數(shù)據(jù)為d，d是單精度浮點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)的范圍為[dmin,dmax]，則將浮點(diǎn)數(shù)按照下面的公式轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù)i：

10、，

11、其中，最外層的計(jì)算為向下取整，n取16。通過(guò)上述方法，數(shù)據(jù)量可從原始的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)8字節(jié)減少到2字節(jié)，壓縮比達(dá)到75%。同時(shí)，壓縮算法在壓縮比和數(shù)據(jù)精度損失之間取得平衡，確保波形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性不被破壞。

12、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述多包傳輸包括，當(dāng)一個(gè)以太網(wǎng)包無(wú)法承載所有必要的波形數(shù)據(jù)時(shí)，將整個(gè)數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)包的最大負(fù)載能力進(jìn)行分割，生成多個(gè)數(shù)據(jù)包，按照序列號(hào)順序依次發(fā)送；

13、上位機(jī)在接收數(shù)據(jù)包時(shí)，根據(jù)包頭信息進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，將接收到的數(shù)據(jù)包暫存于緩存區(qū)；檢查緩存區(qū)中是否已接收到所有數(shù)據(jù)包；當(dāng)所有數(shù)據(jù)包接收完畢，按照順序?qū)?shù)據(jù)包的負(fù)載部分拼接，重組出完整的波形數(shù)據(jù)；通過(guò)校驗(yàn)碼驗(yàn)證數(shù)據(jù)完整性，確保在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)未被篡改或損壞。

14、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述實(shí)時(shí)更新并維護(hù)數(shù)據(jù)池包括，實(shí)時(shí)更新并維護(hù)一個(gè)為期1秒的數(shù)據(jù)池，數(shù)據(jù)池包含最近一秒內(nèi)的所有波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)池采用動(dòng)態(tài)滑窗和雙緩沖策略；

15、維護(hù)數(shù)據(jù)池?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)池視為一個(gè)長(zhǎng)度為n?的循環(huán)緩沖區(qū)，其中n?代表1秒內(nèi)所需的采樣點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)更新時(shí)，每次接收到新的數(shù)據(jù)塊后，將數(shù)據(jù)池中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)左移m位，m?為新數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，將新接收的數(shù)據(jù)塊插入到數(shù)據(jù)池的末尾即入口處，當(dāng)左移操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)超出緩沖區(qū)范圍，則進(jìn)行循環(huán)覆蓋，保證數(shù)據(jù)池長(zhǎng)度始終為n；

16、所述雙緩沖策略包括，新的數(shù)據(jù)首先寫(xiě)入后臺(tái)緩沖區(qū)，在顯示刷新時(shí)刻，交換前臺(tái)和后臺(tái)緩沖區(qū)的指針。

17、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述動(dòng)態(tài)調(diào)整刷新頻率包括，設(shè)定服務(wù)器的數(shù)據(jù)刷新速率始終保持為每秒100幀，上位機(jī)的顯示刷新頻率f根據(jù)波形數(shù)量w調(diào)整，公式如下：

18、，

19、上位機(jī)采用計(jì)時(shí)器或定時(shí)中斷機(jī)制，根據(jù)計(jì)算的刷新頻率，當(dāng)波形數(shù)量超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，降低刷新頻率，減少cpu和gpu的使用率，防止系統(tǒng)卡頓；當(dāng)波形數(shù)量低于預(yù)設(shè)值時(shí)，提升刷新頻率，提供更流暢的顯示效果。

20、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新系統(tǒng)，其能通過(guò)與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真平臺(tái)集成，或作為獨(dú)立的波形顯示和分析工具，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，特別是在大規(guī)模電力系統(tǒng)監(jiān)控和故障分析中展現(xiàn)出巨大的潛力。

21、作為本發(fā)明所述的一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括服務(wù)器端100和上位機(jī)200，其中服務(wù)器端100包含：

22、數(shù)據(jù)采集模塊110，使用高精度計(jì)時(shí)器和高性能計(jì)算單元，確保仿真數(shù)據(jù)以固定的采樣率進(jìn)行采集；

23、數(shù)據(jù)壓縮模塊120，實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)壓縮算法，將仿真數(shù)據(jù)從雙精度浮點(diǎn)數(shù)壓縮為或定點(diǎn)數(shù)表示；

24、數(shù)據(jù)打包與多包傳輸模塊130，將壓縮后的數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)包的最大負(fù)載進(jìn)行分割，生成多個(gè)數(shù)據(jù)包，使用高性能的網(wǎng)絡(luò)編程接口在鏈路層發(fā)送數(shù)據(jù)，繞過(guò)tcp/ip協(xié)議棧，降低傳輸延遲；

25、所述上位機(jī)200包括：

26、數(shù)據(jù)接收模塊210，包括網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)重組程序，網(wǎng)絡(luò)接口使用qt的qudpsocket或自定義的網(wǎng)絡(luò)模塊，在鏈路層接收服務(wù)器端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)重組程序根據(jù)包頭信息，將多包數(shù)據(jù)按序列號(hào)進(jìn)行排序和拼接，重組完整的波形數(shù)據(jù)；

27、數(shù)據(jù)池管理模塊220，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)滑窗，使用循環(huán)緩沖區(qū)存儲(chǔ)最近1秒內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，利用兩個(gè)datapool實(shí)例，用于數(shù)據(jù)更新和圖形顯示；

28、動(dòng)態(tài)波形刷新模塊230，根據(jù)當(dāng)前波形數(shù)量動(dòng)態(tài)設(shè)置定時(shí)器的間隔，控制刷新頻率。

29、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的步驟。

30、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)一種電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真波形高性能動(dòng)態(tài)刷新方法的步驟。

31、本發(fā)明的有益效果：減少帶寬占用，通過(guò)對(duì)浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行壓縮，顯著減少了單次傳輸所需的數(shù)據(jù)量，有效減輕了網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力。提高傳輸效率，多包傳輸策略使得大量數(shù)據(jù)能夠被有效分割并連續(xù)傳輸，確保了數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)提高了傳輸過(guò)程的效率。增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)性：這種靈活的數(shù)據(jù)處理方式使系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)不同規(guī)模的電力系統(tǒng)仿真，特別是在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)，能夠保持高效和穩(wěn)定。