[发明专利]一种数字仿真程序实现快照功能的方法

说明书

技术领域

本发明属于数字仿真技术领域，特别涉及一种数字仿真程序实现快照功能的方法。

背景技术

EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC system）是一个电力系统电磁暂态仿真分析软件，它具有精确和丰富的电力系统元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，是进行电力系统分析和工程研究的有力工具，在全世界范围内有着广泛的应用。

EMTDC仿真软件具有快照（snapshot）功能，快照功能是在仿真计算的某个时刻对断点数据镜像保存和恢复功能的简称。EMTDC仿真软件允许仿真模型在运行过程中进行快照操作，保存某个仿真时刻的断点镜像数据，并在该模型下一次仿真运行时从该断点镜像数据起始继续进行仿真。

对于离线数字仿真软件而言，快照功能是一种非常有用的功能。它可以避免在每次仿真前期，进行不必要的重复计算，可以大大地提高多次仿真运算的工作效率。

快照功能的基本实现方法是：在仿真程序中定义一个缓存数组STORX（如图1所示），专门用于存储在快照时需要镜像保存的所有变量值。在仿真计算的每个时间步长中，仿真程序都会用计算得到的最新值去更新缓存数组的内容。在仿真过程中进行快照操作时，仿真软件会自动地将缓存数组中的内容全部保存到计算机本地磁盘上的快照文件（snapshot file）中，即“保存现场”。在下一次从快照文件起始继续仿真时，仿真软件又会自动地将快照文件的内容依次读入到缓存数组STORX中，即“恢复现场”，然后所有需要镜像保存的变量都从缓存数组进行初始化，而不是从程序中的初始值进行初始化。完成从缓存数组初始化后，再继续进行仿真计算就可以达到从断点镜像数据起始仿真的效果。

数字仿真软件的仿真过程实质上是仿真程序代码的执行过程。在仿真计算的每个时间步长中如果每个变量的相关逻辑都被执行一遍，那么各个变量之间的执行顺序是始终保持不变的。根据这一特点，数字仿真程序快照功能的具体实现方法如下：

在变量声明阶段，为快照功能声明一个地址偏移量变量NSTORX，用于记录当前变量在缓存数组中的位置（如图1所示）。

在正常的初始化阶段（如图2所示），每个需要缓存的变量都用程序中各自的初始值分别进行初始化：var1=init_var1，var2=init_var2，……，varn=init_varn。

在仿真计算阶段（如图3所示），变量1完成自己的逻辑运算（var1=f1（x））后，将最新得到的值存入缓存数组中地址偏移量NSTORX所指向的存储空间中（STORX[NSTORX]=var1），然后将地址偏移量NSTORX加1（NSTORX=NSTORX+1），指向下一存储空间；然后，变量2在完成逻辑运算（var2=f2（x））后，将最新得到的值存入缓存数组中NSTORX所指向的存储空间中（STORX[NSTORX]=var2），然后将地址偏移量NSTORX再加1（NSTORX=NSTORX+1），再指向下一存储空间，依此类推，直到本时间步长中所有程序都执行完。然后，仿真时间标签t加上仿真时间步长△t后再进入下一轮的仿真计算过程。在每一个仿真时间步长中，在执行变量1相应的逻辑运算时，都将NSTORX的值归零（NSTORX=0）。

在从快照文件进行初始化阶段（如图4所示），变量1初始化时，先将地址偏移量初始化为0（NSTORX=0），然后将缓存数组中NSTORX所指向的存储空间中的内容读出，给变量1赋初值（var1=STORX[NSTORX]），然后将地址偏移量NSTORX加1（NSTORX=NSTORX+1），指向下一存储空间；然后，将缓存数组中NSTORX所指向的存储空间中的内容读出，给变量2赋初值（var2=STORX[NSTORX]），然后将地址偏移量NSTORX加1（NSTORX=NSTORX+1），指向下一存储空间；依此类推，直到所有变量都完成初始化。

从上述的快照实现方法中可以看出，每一个变量在缓存数组中存储的位置都是一个“相对的位置”，即相对于前一个变量的下一个位置。保证这种方法有效的前提是在仿真计算阶段的每个时间步长中以及从快照文件进行初始化阶段中，各变量的代码执行顺序保持不变。

然而，随之数字仿真软件的深入运用，仿真程序可能比较复杂，某些仿真程序中带有时间调度机制，即有些时间步长内这些仿真程序被执行，而在另一些时间步长内这些仿真程序不被执行。按照上述快照功能的实现方法，就会造成变量值在缓存数组中进行存取时出现混乱，从而无法实现快照功能。

发明内容