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(tái)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(shí)驗(yàn)分析幾個(gè)階段以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站系統(tǒng)的仿真。這樣的變電站仿真系統(tǒng)全面真實(shí)，但是復(fù)雜繁瑣，缺少針對(duì)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(duì)于傳統(tǒng)的變電站, 它的顯著特點(diǎn)之一在于信息量是巨大的。同時(shí),智能變電站的運(yùn)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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)。所以，伴隨著智能變電站技術(shù)的不斷進(jìn)步, 網(wǎng)絡(luò)在變電站自動(dòng)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(jì)直接關(guān)系到數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn), 因而成為智能變電站設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。但是上述的變電站仿真系統(tǒng)并沒有針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信方面的仿真。所以亟需一種簡(jiǎn)單實(shí)用，專門針對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)通信部分的實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。

技術(shù)實(shí)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(duì)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(tái)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(tái)搭建方法，搭建平臺(tái)包括站控層、間隔層和過程層。所述站控層仿真平臺(tái)為工程師站；所述間隔層仿真平臺(tái)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(gè)部分；所述過程層仿真平臺(tái)包括合并單元模擬和智能保護(hù)單元模擬。

所述平臺(tái)在局域網(wǎng)內(nèi)使用SV和GOOSE報(bào)文發(fā)送工具在計(jì)算機(jī)上模擬過程層的合并單元和智能保護(hù)單元；使用抓包工具在計(jì)算機(jī)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(bào)文；使用MMS報(bào)文發(fā)送工具和通信抓包工具再計(jì)算機(jī)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(tái)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(bào)文與間隔層設(shè)備進(jìn)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(dá)到了解變電站運(yùn)行狀態(tài)和下達(dá)操作指令的目的。

所述間隔層設(shè)備通過接受和分析GOOSE報(bào)文，處理過程層的保護(hù)動(dòng)作操作，并以GOOSE報(bào)文格式對(duì)過程層保護(hù)單元設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作操作。

所述間隔層與站控層之間是以MMS報(bào)文格式實(shí)施通信的，當(dāng)操作員在工程師站對(duì)間隔層設(shè)備進(jìn)行訪問時(shí)，工程師站以MMS報(bào)文格式訪問間隔層設(shè)備；在對(duì)間隔層MMS報(bào)文進(jìn)行仿真搭建模擬中，實(shí)現(xiàn)模擬設(shè)備接收來至站控層的MMS報(bào)文信息，并將訪問內(nèi)容以MMS報(bào)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(duì)一次互感器傳輸過來的電氣量進(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號(hào)按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用的裝置，對(duì)合并單元的模擬，實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)量可變化的SV報(bào)文。

所述保護(hù)單元模擬，保護(hù)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(hù)機(jī)制，及時(shí)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(shí)，能及時(shí)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，控制保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路、設(shè)備的保護(hù)；保護(hù)單元能接收間隔層設(shè)備下達(dá)發(fā)送的GOOSE報(bào)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(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備通過通信協(xié)議工具模擬變電站現(xiàn)場(chǎng)操作，簡(jiǎn)化搭建仿真平臺(tái)，無需現(xiàn)場(chǎng)工控設(shè)備。在局域網(wǎng)內(nèi)使用SV和GOOSE報(bào)文在計(jì)算機(jī)上模擬過程層的合并單元和智能保護(hù)單元與間隔層通信，使用MMS報(bào)文在計(jì)算機(jī)上模擬間隔層與站控層的通信。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種智能變電站實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)應(yīng)用于針對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)通信部分實(shí)驗(yàn)仿真的優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

圖1為簡(jiǎn)化后變電站拓?fù)淠Ｐ图捌鋱?bào)文結(jié)構(gòu)。

圖2為3個(gè)合并單元模擬結(jié)果。

圖3為單個(gè)模擬合并單元發(fā)報(bào)內(nèi)容。

圖4為3個(gè)保護(hù)單元模擬界面。

圖5為單個(gè)模擬保護(hù)單元發(fā)報(bào)內(nèi)容。

圖6為間隔層仿真平臺(tái)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(bào)文內(nèi)容。

圖10為間隔層模擬設(shè)備與過程層模擬保護(hù)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(hù)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(hù)單元的GOOSE報(bào)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(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例如下：

本實(shí)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(jiǎn)化，簡(jiǎn)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(tái)搭建方法構(gòu)建仿真平臺(tái)過程中，過程層仿真平臺(tái)構(gòu)建主要包括以下兩個(gè)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(duì)一次互感器傳輸過來的電氣量進(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號(hào)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(duì)合并單元的模擬主要實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)量可變化的SV報(bào)文。本實(shí)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(bào)文，在合并單元模擬參數(shù)設(shè)置界面中可以設(shè)置SV報(bào)文，假設(shè)該SV報(bào)文為61850-9-2LE格式，采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置為80，采樣頻率設(shè)置為50。如圖3，每個(gè)合并單元發(fā)送保護(hù)電流、中線電流、測(cè)量電流、電壓、零序電壓和母線電壓值。

（2）保護(hù)單元模擬：保護(hù)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(hù)機(jī)制，及時(shí)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(shí)，能及時(shí)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，控制保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路、設(shè)備的保護(hù)。保護(hù)單元能接收間隔層設(shè)備下達(dá)發(fā)送的GOOSE報(bào)文。在本實(shí)施例中，將模擬3組保護(hù)單元，如圖4所示，3組保護(hù)單元分別為BH1、BH2和BH3發(fā)送GOOSE報(bào)文，在保護(hù)單元模擬參數(shù)設(shè)置界面可以設(shè)置模擬保護(hù)單元發(fā)送GOOSE報(bào)文的發(fā)送間隔和報(bào)文格式，本實(shí)施例設(shè)置GOOSE發(fā)送間隔為500ms，報(bào)文格式為DA開關(guān)量格式stVal。如圖5所示，每個(gè)保護(hù)單元發(fā)送5個(gè)通道的開關(guān)量數(shù)據(jù)。

如圖6所示，本實(shí)施例對(duì)間隔層的仿真平臺(tái)搭建，主要從間隔層對(duì)過程層SV與GOOSE報(bào)文的接收和處理和對(duì)站控層MMS的發(fā)送與接收兩個(gè)部分進(jìn)行模擬。間隔層設(shè)備在對(duì)SV報(bào)文的接收和處理上主要有電能測(cè)量裝置，濾波裝置，測(cè)控裝置等，可對(duì)合并單元的測(cè)量量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析等。間隔層在對(duì)過程層設(shè)備保護(hù)單元的GOOSE報(bào)文接收與處理上主要為間隔層的測(cè)控保護(hù)等裝置，間隔層設(shè)備通過接受和分析GOOSE報(bào)文，處理過程層的保護(hù)動(dòng)作操作，并以GOOSE報(bào)文格式對(duì)過程層保護(hù)單元設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作操作。

如圖7所示，本實(shí)施例在對(duì)間隔層SV報(bào)文接收上，可對(duì)上文中過程層中3個(gè)合并單元進(jìn)行通信，接收3個(gè)合并單元鏈路的信息，并對(duì)它進(jìn)行分析。從圖8可以看出，本實(shí)施例模擬了間隔層設(shè)備對(duì)過程層textMU00001、textMU00002和textMU00003這3個(gè)合并單元的模擬通信鏈路。其報(bào)文流量，每秒報(bào)文數(shù)和報(bào)文數(shù)等統(tǒng)計(jì)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(bào)文內(nèi)容。

間隔層設(shè)備通過接受和分析GOOSE報(bào)文，處理過程層的保護(hù)動(dòng)作操作，并以GOOSE報(bào)文格式對(duì)過程層保護(hù)單元設(shè)備執(zhí)行動(dòng)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(shí)施例模擬了間隔層設(shè)備對(duì)過程層gocbRef1、gocbRef2和gocbRef3這3個(gè)保護(hù)單元的模擬通信鏈路。其報(bào)文流量，每秒報(bào)文數(shù)和報(bào)文數(shù)等統(tǒng)計(jì)量都在鏈路中模擬。圖12可以看出，模擬的間隔層設(shè)備對(duì)過程層模擬合并單元的通信GOOSE報(bào)文信息。

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

本實(shí)施例對(duì)間隔層MMS報(bào)文的發(fā)送模擬采用ICD文件模擬服務(wù)。間隔層中爭(zhēng)對(duì)站控層工程師站的服務(wù)，不同的設(shè)備其廠家會(huì)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(shí)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(bào)文通信服務(wù)，達(dá)到間隔層對(duì)處理和發(fā)送MMS報(bào)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(shí)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(huì)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(duì)模擬設(shè)備進(jìn)行訪問時(shí)，模擬工程師站實(shí)現(xiàn)與模擬設(shè)備的MMS通信。

站控層仿真平臺(tái)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(bào)文與間隔層設(shè)備進(jìn)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(dá)到了解變電站運(yùn)行狀態(tài)和下達(dá)操作指令的目的。因此，本實(shí)施例根據(jù)上文簡(jiǎn)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(dá)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?cè)撛O(shè)備中邏輯節(jié)點(diǎn)的ST：狀態(tài)、CF：配置、DC：描述、SP：定值、PR和BP：報(bào)告、GO和GS：GOOSE控制塊、MX：測(cè)量值。也可以對(duì)設(shè)備的邏輯節(jié)點(diǎn)下達(dá)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(duì)間隔層設(shè)備進(jìn)行訪問時(shí)，本實(shí)施例仿真平臺(tái)模擬工程師站能對(duì)間隔層設(shè)備進(jìn)行MMS通信，查詢或下達(dá)操作指令。