技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變電站工控系統(tǒng)仿真平臺搭建方法，屬智能變電站模型搭建技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前的變電站仿真系統(tǒng)，通過建立數(shù)學(xué)模型、建立數(shù)字仿真模型和仿真實驗分析幾個階段以實現(xiàn)對變電站系統(tǒng)的仿真。這樣的變電站仿真系統(tǒng)全面真實，但是復(fù)雜繁瑣，缺少針對性的內(nèi)容。而變電站的發(fā)展已趨于智能化，智能變電站相對于傳統(tǒng)的變電站, 它的顯著特點之一在于信息量是巨大的。同時,智能變電站的運行更加依賴于信息。相應(yīng)地, 變電站的信息安全也越來越成為人們關(guān)注的重點。智能變電站的結(jié)構(gòu)采用“三層兩網(wǎng)”的模型，各設(shè)備層之間的信息傳遞通過層間網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。所以，伴隨著智能變電站技術(shù)的不斷進步, 網(wǎng)絡(luò)在變電站自動化系統(tǒng)中起著越來越重要的作用。通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計直接關(guān)系到數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和系統(tǒng)功能的實現(xiàn), 因而成為智能變電站設(shè)計的一個重要組成部分。但是上述的變電站仿真系統(tǒng)并沒有針對網(wǎng)絡(luò)通信方面的仿真。所以亟需一種簡單實用，專門針對變電站網(wǎng)絡(luò)通信部分的實驗仿真平臺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，根據(jù)現(xiàn)有變電站仿真系統(tǒng)缺乏針對網(wǎng)絡(luò)通信方面的仿真存在的問題，本發(fā)明提出一種基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變電站工控系統(tǒng)仿真平臺搭建方法。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變電站工控系統(tǒng)仿真平臺搭建方法，搭建平臺包括站控層、間隔層和過程層。所述站控層仿真平臺為工程師站；所述間隔層仿真平臺分為與站控層通信的設(shè)備和與過程層通信的設(shè)備兩個部分；所述過程層仿真平臺包括合并單元模擬和智能保護單元模擬。

所述平臺在局域網(wǎng)內(nèi)使用SV和GOOSE報文發(fā)送工具在計算機上模擬過程層的合并單元和智能保護單元；使用抓包工具在計算機上模擬間隔層與過程層的通信設(shè)備接收和處理SV與GOOSE報文；使用MMS報文發(fā)送工具和通信抓包工具再計算機上分別模擬間隔層與站控層的通信設(shè)備和站控層工程師站。

所述站控層仿真平臺的構(gòu)建主要解決工程師站的功能模擬，在變電站站控層中，工程師站主要通過MMS報文與間隔層設(shè)備進行通信，查詢間隔層各種設(shè)備的工作狀態(tài)和工作日志文件；變電站工作人員通過工程師站達到了解變電站運行狀態(tài)和下達操作指令的目的。

所述間隔層設(shè)備通過接受和分析GOOSE報文，處理過程層的保護動作操作，并以GOOSE報文格式對過程層保護單元設(shè)備執(zhí)行動作操作。

所述間隔層與站控層之間是以MMS報文格式實施通信的，當(dāng)操作員在工程師站對間隔層設(shè)備進行訪問時，工程師站以MMS報文格式訪問間隔層設(shè)備；在對間隔層MMS報文進行仿真搭建模擬中，實現(xiàn)模擬設(shè)備接收來至站控層的MMS報文信息，并將訪問內(nèi)容以MMS報文信息發(fā)送至站控層工程師站。

所述合并單元模擬，合并單元由各種電流電壓互感器組接，其作用為對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用的裝置，對合并單元的模擬，實現(xiàn)發(fā)送數(shù)量可變化的SV報文。

所述保護單元模擬，保護單元要連續(xù)不斷地接收從線路和設(shè)備采集來的數(shù)據(jù)，通過一定的保護機制，及時判斷線路和設(shè)備的工作狀態(tài)，并在出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，能及時發(fā)出開關(guān)信號，控制保護開關(guān)的動作，實現(xiàn)對線路、設(shè)備的保護；保護單元能接收間隔層設(shè)備下達發(fā)送的GOOSE報文。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用局域網(wǎng)與其中的幾臺計算機設(shè)備通過通信協(xié)議工具模擬變電站現(xiàn)場操作，簡化搭建仿真平臺，無需現(xiàn)場工控設(shè)備。在局域網(wǎng)內(nèi)使用SV和GOOSE報文在計算機上模擬過程層的合并單元和智能保護單元與間隔層通信，使用MMS報文在計算機上模擬間隔層與站控層的通信。最后通過實驗驗證了這種智能變電站實驗仿真平臺應(yīng)用于針對變電站網(wǎng)絡(luò)通信部分實驗仿真的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為簡化后變電站拓?fù)淠Ｐ图捌鋱笪慕Y(jié)構(gòu)。

圖2為3個合并單元模擬結(jié)果。

圖3為單個模擬合并單元發(fā)報內(nèi)容。

圖4為3個保護單元模擬界面。

圖5為單個模擬保護單元發(fā)報內(nèi)容。

圖6為間隔層仿真平臺模擬示意圖。

圖7為間隔層模擬設(shè)備與過程層模擬合并單元的通信結(jié)構(gòu)。

圖8為間隔層模擬設(shè)備與合并單元的通信鏈路。

圖9為間隔層模擬設(shè)備處理的SV報文內(nèi)容。

圖10為間隔層模擬設(shè)備與過程層模擬保護單元的通信結(jié)構(gòu)。

圖11為間隔層模擬設(shè)備與過程層模擬保護單元的通信鏈路。

圖12為間隔層模擬設(shè)備與過程層模擬保護單元的GOOSE報文信息。

圖13為模擬工程師站仿真界面。

圖14為模擬工程師站查詢與操作設(shè)備界面。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例如下：

本實施例將“三層兩網(wǎng)”中站控層、間隔層和過程層的各設(shè)備簡化，簡化后變電站拓?fù)淠Ｐ腿鐖D1所示。

在一種基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變電站工控系統(tǒng)仿真平臺搭建方法構(gòu)建仿真平臺過程中，過程層仿真平臺構(gòu)建主要包括以下兩個方面。

（1）合并單元模擬：合并單元由各種電流電壓互感器組接，其作用為對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用的裝置。因此，對合并單元的模擬主要實現(xiàn)發(fā)送數(shù)量可變化的SV報文。本實施例模擬過程層存在3組合并單元，如圖2所示，分別模擬了3組合并單元NO1、NO2、NO3發(fā)送SV報文，在合并單元模擬參數(shù)設(shè)置界面中可以設(shè)置SV報文，假設(shè)該SV報文為61850-9-2LE格式，采樣點數(shù)設(shè)置為80，采樣頻率設(shè)置為50。如圖3，每個合并單元發(fā)送保護電流、中線電流、測量電流、電壓、零序電壓和母線電壓值。

（2）保護單元模擬：保護單元要連續(xù)不斷地接收從線路和設(shè)備采集來的數(shù)據(jù)，通過一定的保護機制，及時判斷線路和設(shè)備的工作狀態(tài)，并在出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，能及時發(fā)出開關(guān)信號，控制保護開關(guān)的動作，實現(xiàn)對線路、設(shè)備的保護。保護單元能接收間隔層設(shè)備下達發(fā)送的GOOSE報文。在本實施例中，將模擬3組保護單元，如圖4所示，3組保護單元分別為BH1、BH2和BH3發(fā)送GOOSE報文，在保護單元模擬參數(shù)設(shè)置界面可以設(shè)置模擬保護單元發(fā)送GOOSE報文的發(fā)送間隔和報文格式，本實施例設(shè)置GOOSE發(fā)送間隔為500ms，報文格式為DA開關(guān)量格式stVal。如圖5所示，每個保護單元發(fā)送5個通道的開關(guān)量數(shù)據(jù)。

如圖6所示，本實施例對間隔層的仿真平臺搭建，主要從間隔層對過程層SV與GOOSE報文的接收和處理和對站控層MMS的發(fā)送與接收兩個部分進行模擬。間隔層設(shè)備在對SV報文的接收和處理上主要有電能測量裝置，濾波裝置，測控裝置等，可對合并單元的測量量進行統(tǒng)計和分析等。間隔層在對過程層設(shè)備保護單元的GOOSE報文接收與處理上主要為間隔層的測控保護等裝置，間隔層設(shè)備通過接受和分析GOOSE報文，處理過程層的保護動作操作，并以GOOSE報文格式對過程層保護單元設(shè)備執(zhí)行動作操作。

如圖7所示，本實施例在對間隔層SV報文接收上，可對上文中過程層中3個合并單元進行通信，接收3個合并單元鏈路的信息，并對它進行分析。從圖8可以看出，本實施例模擬了間隔層設(shè)備對過程層textMU00001、textMU00002和textMU00003這3個合并單元的模擬通信鏈路。其報文流量，每秒報文數(shù)和報文數(shù)等統(tǒng)計量都在鏈路中模擬。圖9顯示了間隔層模擬設(shè)備接收處理的SV報文內(nèi)容。

間隔層設(shè)備通過接受和分析GOOSE報文，處理過程層的保護動作操作，并以GOOSE報文格式對過程層保護單元設(shè)備執(zhí)行動作操作。如圖10所示為間隔層模擬設(shè)備與過程層模擬合并單元的通信結(jié)構(gòu)。從圖11可以看出，本實施例模擬了間隔層設(shè)備對過程層gocbRef1、gocbRef2和gocbRef3這3個保護單元的模擬通信鏈路。其報文流量，每秒報文數(shù)和報文數(shù)等統(tǒng)計量都在鏈路中模擬。圖12可以看出，模擬的間隔層設(shè)備對過程層模擬合并單元的通信GOOSE報文信息。

間隔層與站控層之間主要是以MMS報文格式實施通信的，當(dāng)操作員在工程師站對間隔層設(shè)備進行訪問時，工程師站以MMS報文格式訪問間隔層設(shè)備。本實施例在對間隔層MMS報文進行仿真搭建模擬中，主要實現(xiàn)模擬設(shè)備接收來至站控層的MMS報文信息，并將訪問內(nèi)容以MMS報文信息發(fā)送至站控層工程師站。

本實施例對間隔層MMS報文的發(fā)送模擬采用ICD文件模擬服務(wù)。間隔層中爭對站控層工程師站的服務(wù)，不同的設(shè)備其廠家會提供不同的ICD文件描述該設(shè)備的服務(wù)內(nèi)容和特征。本實施例通過加載不同設(shè)備的ICD文件，模擬間隔層設(shè)備的MMS報文通信服務(wù)，達到間隔層對處理和發(fā)送MMS報文的目的。廠家提供間隔層設(shè)備ICD文件內(nèi)容，ICD文件描述了設(shè)備的所有信息和通信規(guī)約。通過設(shè)備ICD文件，本實施例建立了設(shè)備的通信服務(wù)，站控層工程師站通過訪問間隔層服務(wù)，間隔層模擬設(shè)備會以MMS協(xié)議與站控層工程師站通信，完成操作員的訪問任務(wù)。當(dāng)模擬工程師站對模擬設(shè)備進行訪問時，模擬工程師站實現(xiàn)與模擬設(shè)備的MMS通信。

站控層仿真平臺的構(gòu)建主要解決工程師站的功能模擬，在變電站站控層中，工程師站主要通過MMS報文與間隔層設(shè)備進行通信，查詢間隔層各種設(shè)備的工作狀態(tài)和工作日志文件。變電站工作人員通過工程師站達到了解變電站運行狀態(tài)和下達操作指令的目的。因此，本實施例根據(jù)上文簡化變電站模型結(jié)構(gòu)，模擬工程師站與間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。如圖13所示為模擬工程師站的仿真界面，可以看出工程師站所在的站控層能夠查看間隔層設(shè)備，下達控制指令等。如圖14，以間隔層text2設(shè)備為例，模擬工程師站可查詢該設(shè)備中邏輯節(jié)點的ST：狀態(tài)、CF：配置、DC：描述、SP：定值、PR和BP：報告、GO和GS：GOOSE控制塊、MX：測量值。也可以對設(shè)備的邏輯節(jié)點下達控制指令，即更改CO中的值。當(dāng)變電站操作員通過工程師站對間隔層設(shè)備進行訪問時，本實施例仿真平臺模擬工程師站能對間隔層設(shè)備進行MMS通信，查詢或下達操作指令。