CN103312035B - 一体化的智能变电站仿真调测***及仿真调测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一体化的智能变电站仿真调测***，它包括集成在一起的数字物理混合仿真***、信息记录及分析***和用户操作界面，通过物理网口利用通信网络调测符合IEC61850通信规约的物理智能装置；数字物理混合仿真***及信息记录及分析***与用户操作界面进行数据共享，数字物理混合仿真***通过物理接口与物理智能装置通信并对此物理智能装置的调测，数字物理混合仿真***模拟产生电力一次***的电气条件，并将代表电气条件的信息以IEC61850标准报文的形式传递给第三方的物理智能装置，信息记录及分析***实时记录数字物理混合仿真***和物理智能装置的整个信息交互过程，并对接收到的信息进行实时分析并上报分析结果，通过用户操作界面进行结果显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真调测***及仿真调测方法，尤其涉及一种针对智能变电站的一体化的智能变电站仿真调测***及仿真调测方法。
背景技术
IEC61850标准的制定是从2000年开始逐步完善的。经历了近十几年的研究、学习及探索，基于此标准建立的智能化变电站日趋成熟，智能化变电站的建设将进入快速成长阶段。标准的引入使得通过专门的数据通讯网络，以标准的模型在不同厂家、不同类型的智能设备间的信息交换成为可能。但因不同厂家对标准理解的出入，通讯或智能设备故障等原因，加上复杂的一次故障条件，很容易造成信息交换上以及智能电子装置（IED）自身处理逻辑上的失误，从而导致无法预期的后果或使***响应无法做到最优。利用传统的保护测试、调试工具、手段及方法，无力真实模拟全***的情况，使***对一些特殊故障条件的响应变得难以预测，同时还存在着测试、调试周期长，结果不可靠等问题。同样的问题还会出现在对二次***的例行检查及监测过程中，因而造成无力及时发现***的隐患，妨碍了***运行可靠性的提高，因此推出一个含完备的数字及物理二次设备的混合仿真及检测功能的智能变电站仿真调测***，具有十分重大的现实意义及应用前景。
实时数字仿真技术（RTDS）在电力***中的应用是发展的相对成熟的数字运算技术。但仿真的主要目标是一次***对各种电气条件的响应。对智能变电站而言，一个完备的***，是由一、二次结合和配合产生的。基于此，需要对传统的基于RTDS的仿真***进行改造，使其成为兼容数字仿真及真实物理IED设备的一个混合仿真环境，从而允许仿真***可以模拟各种一次电气条件并观察在这些条件下物理IED设备的响应，用来对***的必要保护设置、保护逻辑做准确判断。
但仿真***本身尤其是混合了物理IED的仿真***，因无法全面记录所涉及的全部二次设备的响应，只具备有限的数据分析能力。一些本领域的新专利发明和技术尝试为做到对整个***内的响应有全景式的了解，提出了需要辅以各式独立的网络报文记录仪和故障录波仪在内的记录分析仪器来记录和分析站内的报文交互。但这种做法使整个***的配置、配合显得过于繁杂，增加了对结果了解分析的难度。而且上述的记录分析仪器因为缺乏对所监测到的报文所代表的真实电气信息含义的预知理解，在无人为干预的情况下只能做到针对站内通信状况和报文格式层面的分析和判读，而不能真正结合仿真***来进行应用逻辑层面的全站响应行为的深入分析。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种一体化的智能变电站仿真调测***及仿真调测方法，它具有实现仿真调测与***响应分析功能一体化融合，配置信息共享，多次仿真整个过程并针对***响应信息进行深度实时智能分析的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种一体化的智能变电站仿真调测***，它包括集成在一起的数字物理混合仿真***、信息记录及分析***和用户操作界面，通过物理网口利用通信网络调测符合IEC61850通信规约的物理智能装置；
所述用户操作界面用于绘制和编辑待仿真试验的变电站一次***连接图，加载待测变电站全站或局部间隔的IEC61850SCD二次模型，并以二次物理连接图和二次逻辑连接图的形式将二次逻辑节点及其下属的虚连接/虚端子间的关系自动展示出来；建立一次***连接图和自动产生的二次逻辑连接图关联映射关系；并将完成的一次***连接图、二次模型信息及一次***连接图和二次逻辑连接图之间的关联映射关系信息共享给数字物理混合仿真***和信息记录及分析***；
所述数字物理混合仿真***接收用户操作界面的调测指令，根据变电站一次***连接图信息，模拟产生调测所需的电气条件，并根据其已知的二次模型信息，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC61850规范的SMV报文，并将报文发送给物理智能装置及接收物理智能装置的符合IEC61850规范的响应信息，根据响应信息内容的不同，重新确定变电站一次***的电气条件，重新模拟产生后续的IEC61850SMV报文，完成和物理智能装置的一个完整的闭环调测过程；
所述信息记录及分析***实时监听针对与调测用例相关的数字物理混合仿真***和第三方物理智能装置之间的IEC61850报文交互信息，并根据其已知的二次模型信息及一***连接图和二次逻辑连接图之间的关联关系，对报文信息进行分析解读；并将解读的结果上报给用户界面，由用户操作界面显示最后的分析结果。
所述数字物理混合仿真***接受来自用户界面的调测指令，根据其已知的一次***连接图信息，调用内置的RTDS模块用以模拟产生调测所需的电气条件；并根据其已知的二次模型信息，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC61850规范的SMV报文，并通过物理网络口将SMV报文发送给待测的第三方物理智能装置；数字物理混合仿真***通过物理网络口接收来自物理智能装置的符合IEC61850规范的响应信息，根据响应信息内容的不同，数字物理混合仿真***重新确定变电站一次***的电气条件，并模拟产生后续的IEC61850SMV报文，完成和物理智能装置的一个完整的闭环调测过程。
所述用户操作界面用于绘制和编辑待仿真试验的变电站一次***连接图，及在变电站一次***连接图上输入和标注各类细节性的电气参数；加载待测变电站全站或局部间隔的IEC61850SCD二次模型，并以二次物理连接图和二次逻辑连接图的形式将二次逻辑节点及其下属的虚连接/虚端子间的关系自动展示出来；建立一次***连接图和自动产生的二次逻辑连接图关联映射关系；并将完成的一次***连接图、二次模型信息及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系信息共享给数字物理混合仿真***和信息记录及分析***；用户操作界面还允许用户基于一次连接拓扑信息、二次模型信息、及一次***连接图和二次逻辑连接图之间的关联映射关系定义和配置一个或多个调测用例，并将相关的调测指令下发给数字物理混合仿真***来开始一次或多次调测。
所述物理智能装置为待测的第三方的符合IEC61850标准的装置；接受来自数字物理混合仿真***模拟产生的电气条件和根据电气条件产生的SMV报文信息，并将完全满足IEC61850协议规范的响应信息通过物理接口利用通信网络送入数字物理混合仿真***，完成两者间符合IEC61850规范的信息交互。
基于一体化的智能变电站仿真调测***的一种仿真调测的方法，用户通过***的用户操作界面，编辑生成待仿真实验的变电站一次***，同时通过符合IEC61850标准的SCD配置文件，配置和变电站一次***配合的二次***，数字物理混合仿真***结合用户通过用户操作界面对变电站一次***的配置信息，模拟产生变电站一次***的电气条件，并将电气条件的信息以符合IEC61850SMV报文的形式传递给第三方的物理智能装置，数字物理混合仿真***同时接收物理智能装置的响应信息，根据响应信息内容的不同，数字物理混合仿真***重新确定变电站一次***的电气条件，完成和物理智能装置的符合IEC61850规范的信息交互；信息记录及分析***捕获数字物理混合仿真***及智能物理装置之间的交互信息，并根据变电站一次***的配置信息、二次模型信息及一次***连接图与二次逻辑连接图的关联关系对接收到的交互信息实时分析，并上报分析结果给用户操作界面，用户操作界面显示分析结果。
基于一体化的智能变电站仿真调测***的仿真调测方法，具体步骤为：
步骤一：用户通过用户操作界面绘制和编辑待仿真的变电站一次***的单线图，并在单线图上，通过图库模一体化手段，定义各类变电站一次***的各电力设备的电气参数；
步骤二：用户通过用户界面加载符合IEC61850标准的SCD二次模型配置文件，***根据加载的SCD模型自动生成二次物理连接图和二次逻辑连接图，用户在用户界面上配置与一次***配合的一次***连接图和二次逻辑连接图的映射关联关系，导入描述变电站二次***设备间信息交互格式及交互方式的配置信息。上述信息被缓存在***内部的数据库中，这些信息可以***内部数据交互的机制与数字物理混合仿真***和信息记录及分析***共享；
步骤三：数字物理混合仿真***根据用户操作界面对变电站一次***的配置信息，用内置的RTDS的机制，模拟产生变电站一次***的电气条件，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC61850规范的SMV报文，并通过物理接口利用通信网络将代表电气条件的SMV报文传递给第三方的物理智能装置；
步骤四：物理智能装置根据数字物理混合仿真***模拟产生的SMV报文所代表的变电站一次***的电气条件产生响应信息；并将该响应信息以符合IEC61850规范的报文形式通过物理接口利用通信网络传递给数字物理混合仿真***；
步骤五：数字物理混合仿真***根据物理智能装置的响应信息，模拟产生后续的变电站一次***的电气条件信息，进一步仿真，通过数字物理混合仿真***与物理智能装置间的系列IEC61850报文交互来完成一个或多个调测用例；
步骤六：信息记录及分析***捕获数字物理混合仿真***及智能物理装置之间的IEC61850交互信息，并根据变电站二次***的SCD模型以及一二次特殊关联逻辑，对接收到的信息进行实时分析，并将分析过程中发现的异常传递给用户操作界面，呈现给用户。
所述步骤二中：用户通过用户操作界面发出控制请求，模拟变电站中各种操作或异常条件，并传递给数字物理混合仿真***。
本发明的有益效果：
1.通过将仿真结果及对结果的分析一体化的结合在一起，很大程度上提高对仿真***的整体测试效率。
2.能对整个***进行仿真，解决了对跨间隔的装置实验的难题。
3.仿真***对真实***中很难遇到的条件比如变压器的匝间短路，母线接地进行模拟，从而解决了对物理装置实验的完备性问题。
4.仿真信息和***对仿真响应信息的统一处理，实现了信息共享，从而可以对多次仿真的整个过程进行深度智能分析。
附图说明
图1为本发明的***框图；
图2为本发明的***配置流程图；
图3为本发明的***控制及记录、分析、显示流程图。
其中，1.一体化仿真调测***，2.用户操作界面，3.数字物理混合仿真***，4.信息记录及分析***，5.物理网口，6.通信网络，7.物理智能装置。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种针对智能变电站的一体化的仿真调测***1，它包括内含的数字物理混合仿真***3、信息记录及分析***4、用户操作界面2和外接的第三方待测物理智能装置7；
其中，所述用户操作界面2提供用户绘制和编辑待仿真试验的变电站一次***连接图，及在连接图上输入和标注各类细节性的电气参数的功能；
所述用户操作界面2允许用户加载待测变电站全站或局部间隔的IEC61850SCD二次模型，并以二次物理连接图和二次逻辑连接图的形式将模型关系自动展示出来；
所述用户操作界面2提供功能让用户在所绘制的一次连接图和自动产生的二次逻辑连接图上将一次***连接图和二次逻辑连接图间的关联映射关系建立起来；
所述用户操作界面2在用户确定完成了一次连接拓扑信息、二次模型信息及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系的建立后，通过一体化仿真调测***1内部的数据交互机制将上述信息与数字物理混合仿真***3和信息记录及分析***4共享；
用户操作界面2还允许用户基于一次***连接图信息、二次模型信息及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系定义，配置一个或多个调测用例，并将相关的调测指令下发给数字物理混合仿真***3来开始一次或多次调测；
所述数字物理混合仿真***3可以接受来自用户界面2的调测指令，根据其已知的一次***连接图信息，调用内置的RTDS模块用以模拟产生调测所需的电气条件；
所述数字物理混合仿真***3可以根据其已知的二次模型信息，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC61850规范的SMV报文，并从物理网络口5通过通信网络6将SMV报文发送给待测的第三方物理智能装置7；
所述数字物理混合仿真***3通过物理网络口5接收来自通信网络6的物理智能装置7的符合IEC61850规范的响应信息。根据响应信息内容的不同，数字物理混合仿真***3重新确定变电站一次***的电气条件，并模拟产生后续的IEC61850SMV报文，从而完成和物理智能装置7的一个完整的闭环调测过程；
所述物理智能装置7为待测的第三方的符合IEC61850标准的装置，如常见的提供保护、测控等功能的IED装置；
所述物理智能装置7接受来自数字物理混合仿真***3模拟产生的电气条件的SMV报文信息，并可以将完全满足IEC61850协议规范的响应信息通过物理网口5利用通信网络6传送给数字物理混合仿真***3，从而完成两者间符合IEC61850规范的信息交互；
所述信息记录及分析***4实时监听针对与调测用例相关的数字物理混合仿真***3和第三方物理智能装置7之间的IEC61850报文交互信息，并根据其已知的二次模型信息以及一次***连接图和二次逻辑连接图间的关联关系和逻辑对报文信息进行分析解读；
所述信息记录及分析***4将结果上报给用户界面2，由用户操作界面2显示最后的分析结果。
基于智能变电站的一体化仿真调测***1的一种调测方法，具体步骤为：用户可通过用户操作界面2，编辑待仿真实验的变电站一次***，同时通过符合IEC61850标准的SCL（Substation Configuration Language）的SCD配置文件，配置和变电站一次***配合的二次***，数字物理混合仿真***3结合用户通过用户操作界面2对变电站一次***的配置信息，模拟产生变电站一次***的电气条件，并通过物理网口5，将代表电气条件的信息传递给第三方的物理智能装置7，数字物理混合仿真***3同时接收物理智能装置7根据电气条件产生的响应信息，根据响应信息内容的不同，数字物理混合仿真***3重新计算***电气条件，完成和物理智能装置7的交互，信息记录及分析***4完整、实时、无损的记录整个***信息，并根据一次***的配置信息，对接收到的信息进行实时分析，上报分析结果，用户操作界面2将数字物理混合仿真***3和信息记录及分析***4结合在一起，完成一次***的配置、控制及记录、分析结果的显示。
图2表示了本发明***的配置流程。
其中步骤201到203，表示了对待模拟的变电站一次***的配置过程。在步骤201中，用户通过用户操作界面2绘制待模拟的电力***一次单线图，并在单线图上，通过图库模一体化手段，定义变电站一次***中的各类电力设备的电气参数；在步骤202中，通过一体化仿真调测***1的内部数据交互机制通知数字物理混合仿真***3可使用步骤201编辑好的一次***配置信息；在步骤203中通知信息记录及分析***4可使用步骤201编辑好的一次***配置信息。
步骤204到208，表示了二次***的配置过程。在步骤204中，用户通过用户操作界面2的相应功能加载以IEC61850SCD配置文件形式的描述二次***设备间信息交互格式及交互方式的配置信息；在步骤205中，一体化仿真调测***1根据SCD模型将二次物理连接图和二次逻辑连接图在用户操作界面2上自动呈现出来；在步骤206中，用户在已在用户操作界面2上呈现的一次***连接图和二次逻辑连接图上配置出一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系；在步骤207中，通过一体化仿真调测***1的内部数据交互机制通知数字物理混合仿真***3可使用步骤206准备好的二次***配置及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联信息；在步骤208中，通过一体化仿真调测***1的内部数据交互机制通知信息记录及分析***4可使用步骤206准备好的二次***配置及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联信息。
在步骤209中，相关二次配置信息以CID或相关合适的方式被发给物理智能装置7，从而实现物理智能装置7与数字物理混合仿真***3之间的基于IEC61850的信息交互。
图3表示了本发明***的控制、信息记录、分析及显示流程。
其中步骤301到304，表示了对一体化仿真调测***1进行的控制以及一体化仿真调测***1对控制的相关响应。在步骤301中，用户通过用户操作界面2对被模拟***发出控制请求，以模拟各种操作或异常条件；该控制请求在步骤302中被传递至数字物理混合仿真***3，使数字物理混合仿真***3能根据所请求的操作及条件，仿真产生各种电气量；这些电气量在步骤303中以标准IEC61850报文的形式传递给物理智能装置7；物理智能装置7对这些电气量的反应也通过标准IEC61850报文的形式在步骤304中反馈给数字物理混合仿真***3以便数字物理混合仿真***3根据物理智能装置7的响应，对物理智能装置7进行进一步的仿真调测。
步骤305到309表示了***对信息的记录、分析及结果的展示过程。上述步骤中数字物理混合仿真***3及物理智能装置7的各类交互报文信息在步骤305及306中被信息记录及分析***4实时、全景及无损地捕获和记录下来；步骤307对捕获的信息，信息记录及分析***4根据此前已获得的一次***连接图和二次逻辑连接图的配置和关联信息进行实时分析；对分析过程中发现的异常和分析结果通过步骤308报告给用户操作界面2，从而在步骤309中呈现给用户。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种一体化的智能变电站仿真调测***，其特征是，它包括集成在一起的数字物理混合仿真***、信息记录及分析***和用户操作界面，通过物理网口利用通信网络调测符合IEC61850通信规约的物理智能装置；
所述用户操作界面用于绘制和编辑待仿真试验的变电站一次***连接图，加载待测变电站全站或局部间隔的IEC61850 SCD二次模型，并以二次物理连接图和二次逻辑连接图的形式将二次逻辑节点及其下属的虚连接/虚端子间的关系自动展示出来；建立一次***连接图和自动产生的二次逻辑连接图关联映射关系；并将完成的一次***连接图、二次模型信息及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系信息共享给数字物理混合仿真***和信息记录及分析***；
所述数字物理混合仿真***接收用户操作界面的调测指令，根据变电站一次***连接图信息，模拟产生调测所需的电气条件，并根据其已知的二次模型信息，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC 61850规范的SMV报文，并将报文发送给物理智能装置及接收物理智能装置的符合IEC61850规范的响应信息，根据响应信息内容的不同，重新确定变电站一次***的电气条件，重新模拟产生后续的IEC 61850 SMV报文，完成和物理智能装置的一个完整的闭环调测过程；
所述信息记录及分析***实时监听针对与调测用例相关的数字物理混合仿真***和物理智能装置之间的IEC61850报文交互信息，并根据其已知的二次模型信息及一***连接图和二次逻辑连接图的关联关系，对报文信息进行分析解读；并将解读的结果上报给用户界面，由用户操作界面显示最后的分析结果。
2.如权利要求1所述一种一体化的智能变电站仿真调测***，其特征是，所述数字物理混合仿真***接受来自用户界面的调测指令，根据其已知的一次***连接图信息，调用内置的RTDS模块用以模拟产生调测所需的电气条件；并根据其已知的二次模型信息，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC 61850规范的SMV报文，并通过物理网络口将SMV报文发送给待测的物理智能装置；数字物理混合仿真***通过物理网络口接收来自物理智能装置的符合IEC61850规范的响应信息，根据响应信息内容的不同，数字物理混合仿真***重新确定变电站一次***的电气条件，并模拟产生后续的IEC 61850 SMV报文，完成和物理智能装置的一个完整的闭环调测过程。
3.如权利要求1所述一种一体化的智能变电站仿真调测***，其特征是，所述用户操作界面用于绘制和编辑待仿真试验的变电站一次***连接图，及在变电站一次***连接图上输入和标注各类细节性的电气参数；加载待测变电站全站或局部间隔的IEC61850 SCD二次模型，
并以二次物理连接图和二次逻辑连接图的形式将二次逻辑节点及其下属的虚连接/虚端子间的关系自动展示出来；建立一次***连接图和自动产生的二次逻辑连接图关联映射关系；并将完成的一次***连接图、二次模型信息及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系信息共享给数字物理混合仿真***和信息记录及分析***；用户操作界面还允许用户基于一次连接拓扑信息、二次模型信息、及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联映射关系定义和配置一个或多个调测用例，并将相关的调测指令下发给数字物理混合仿真***来开始一次或多次调测。
4.如权利要求1所述一种一体化的智能变电站仿真调测***，其特征是，所述物理智能装置为待测的第三方的符合IEC61850标准的装置；接受来自数字物理混合仿真***模拟产生的电气条件和根据电气条件产生的SMV报文信息，并将完全满足IEC 61850协议规范的响应信息通过物理接口利用通信网络送入数字物理混合仿真***，完成两者间符合IEC61850规范的信息交互。
5.基于一体化的智能变电站仿真调测***的仿真调测的方法，其特征是，用户通过***的用户操作界面，编辑生成待仿真实验的变电站一次***连接图，通过符合IEC61850标准的SCD配置文件，配置和变电站一次***配合的二次***，数字物理混合仿真***结合用户通过用户操作界面对变电站一次***的配置信息，模拟产生变电站一次***的电气条件，并将电气条件的信息以符合IEC61850 SMV报文的形式传递给物理智能装置，数字物理混合仿真***同时接收物理智能装置的响应信息，根据响应信息内容的不同，数字物理混合仿真***重新确定变电站一次***的电气条件，完成和物理智能装置的符合IEC61850规范的信息交互；信息记录及分析***捕获数字物理混合仿真***及智能物理装置之间的交互信息，并根据变电站一次***的配置信息、二次模型信息及一次***连接图与二次逻辑连接图的关联关系对接收到的交互信息实时分析，并上报分析结果给用户操作界面，用户操作界面显示分析结果。
6.如权利要求5所述的一体化的智能变电站仿真调测***的仿真调测的方法，其特征是，具体步骤为：
步骤一：用户通过用户操作界面绘制和编辑待仿真的变电站一次***的单线图，并在单线图上，通过图库模一体化手段，定义各类变电站一次***的各电力设备的电气参数；
步骤二：用户通过用户界面加载符合IEC61850标准的SCD二次模型配置文件，***根据加载的SCD二次模型自动生成二次物理连接图和二次逻辑连接图，用户在用户界面上配置与一次***配合的一次***连接图和二次逻辑连接图的映射关联关系，导入描述变电站二次***设备间信息交互格式及交互方式的配置信息，并被缓存在***内部的数据库中，这些信息可以
***内部数据交互的机制与数字物理混合仿真***和信息记录及分析***共享；
步骤三：数字物理混合仿真***根据用户操作界面对变电站一次***的配置信息，用内置的RTDS的机制，模拟产生变电站一次***的电气条件，将所模拟产生的电气条件转换成符合IEC61850规范的SMV报文，并通过物理接口利用通信网络将代表电气条件的SMV报文传递给物理智能装置；
步骤四：物理智能装置根据数字物理混合仿真***模拟产生的SMV报文所代表的变电站一次***的电气条件产生响应信息；并将该响应信息以符合IEC61850规范的报文形式通过物理接口利用通信网络传递给数字物理混合仿真***；
步骤五：数字物理混合仿真***根据物理智能装置的响应信息，模拟产生后续的变电站一次***的电气条件信息，进一步仿真，通过两者间的系列IEC61850报文交互来完成一个或多个调测用例；
步骤六：信息记录及分析***捕获数字物理混合仿真***及智能物理装置之间的IEC61850交互信息，并根据变电站二次***的SCD二次模型以及一次***连接图和二次逻辑连接图的关联逻辑，对接收到的信息进行实时分析，并将分析过程中发现的异常传递给用户操作界面，呈现给用户。
7.如权利要求6所述的一体化的智能变电站仿真调测***的仿真调测的方法，其特征是，所述步骤二中：用户通过用户操作界面发出控制请求，模拟变电站中各种操作或异常条件，并传递给数字物理混合仿真***。
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