CN102033798A - 智能电子设备iec61850/mms服务器的仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：1)解析智能电子设备的SCL信息模型，建立与模型匹配的内存数据库；2)启动IEC61850/MMS通信服务；3)提取可用于仿真的所有应用信号，产生虚拟信号库；4)进行各项调试仿真。本发明的仿真方法，用于仿真实际工况下的IED的MMS通信行为，对基于IEC61850通信的变电站自动化系统的功能和配置进行调试和验证，摆脱了数字化变电站的监控系统、保护子站系统等IEC61850客户端系统调试时对物理的智能电子设备的依赖，同时简化了这些系统投运前调试工作的复杂度。
Description
技术领域
本发明属于国际标准《变电站通信网络和系统》（IEC61850）的制造报文规范（MMS）在电力系统变电站自动化系统应用的领域，具体涉及一种智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法。
背景技术
IEC61850标准是国际电工委员会TC57工作组针对解决变电站自动化系统面临的互操作性问题最新制定的《变电站通信网络和系统》系列标准。该标准得到国内外大部分主流厂家的支持，成为全球在变电站自动化领域唯一统一的标准。
制造报文规范 MMS(Manufacture Message Specification)是由国际标准化组织ISO制定的一套用于开发和维护工业自动化系统的国际标准报文规范，MMS规范了工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备IED、智能控制设备的通信行为，使出自不同厂商的设备之间具有互操作性，使系统集成变得简单、方便。IEC61850标准吸收并应用制造报文规范MMS，通过对真实设备及其功能进行建模的方法，实现网络环境下计算机应用程序或智能电子设备IED（ Intelligent Electronic Device)之间数据和监控信息的实时交换。
随着数字化（智能化）变电站的逐渐推广和应用， IEC61850/MMS通讯被广泛应用于变电站自动化系统中，如何对各种智能电子设备进行MMS通信仿真，如何对与众多智能电子设备连接的变电站自动化系统进行调试，如何在工程测试平台上对实际通讯工况的各种IED的通信行为进行验证，是亟待解决的一个问题。目前还缺少相应的手段和工具进行这些仿真和测试，因此基于IEC61850标准的变电站自动化系统的调试工作复杂而繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，该方法可用于构建虚拟的智能电子设备仿真系统，用于代替物理的智能电子设备对基于IEC61850通信的变电站自动化系统进行方便灵活的调试和验证。
为解决上述技术问题，本发明提供一种智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)解析智能电子设备的SCL（Substation Configuration Language）信息模型，建立与模型匹配的内存数据库；
2)启动IEC61850/MMS通信服务；
3)提取可用于仿真的所有应用信号，产生虚拟信号库；
4)进行各项调试仿真。
前述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤3）中，根据模型信息逆向构建装置中的应用信号，包括普通信号、保护定值、可控对象，其获取方法如下：
31)普通信号:包括遥信、遥测、保护事件、告警事件及录波通知，这些信号在装置模型的数据集中都有反映，通过解析模型文件，遍历模型中所有的数据集，创建虚拟信号；
32)保护定值信号:按照31）的方法根据保护定值的数据集获得保护定值信号，同时通过读取模型中保护逻辑设备下LN0下定值控制块里配置的numOfSGs获得应用层支持定值区个数，从而建立应用层多区定值信号缓冲区；
33)可控对象：通过遍历模型中具体的逻辑节点，访问IED->LD->LN->DO->DA的具体内容，识别出所有可控对象。
前述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤4）中，包括以下步骤：
41)仿真过程一：手工调试仿真，即手工置信号值，判断当信号发生变化时，将信号发送给IEC61850客户端；
42)仿真过程二：自动调试仿真，即建立多个状态序列，设置每个状态的触发时间以及每个状态下各个信号的信号值，建立定时器来触发信号发送给IEC61850客户端；
43)仿真过程三：闭环控制处理仿真，接收IEC61850客户端的远方控制命令(如遥控开关)，改变可控对象的位置信号，然后再将变位信号主动发送给IEC61850客户端，形成闭环的调试；
44)仿真过程四：模拟保护定值的各种操作，如模拟IED进行定值区切换，修改定值区定值等，操作后，将新的定值信息送给61850客户端；
45)仿真过程五：模拟保护装置生成故障录波文件，并通知IEC61850客户端来召唤录波文件。
前述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤41）中，信号变化仿真流程包括单步信号变化和状态序列信号变化两种模式，单步信号变化模式用于模拟智能电子装置配合人工置信号产生变位的过程，状态序列信号变化模式模拟智能电子装置配合自动测试仪在多个时序分别触发多个信号同时变位的过程。
前述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤43）中，首先设置可控对象的位置信号，通信服务在接收到来自IEC61850客户端的控制命令时，如果是遥控选择命令，仿真应用程序检查仿真的可控对象是否存在以及对象的位置信号是否有效，然后将遥控选择的结果返回给通信服务；如果是遥控执行命令，仿真应用程序改变控制对象的位置信号，将位置信号变位和遥控执行的结果返回给通信服务，从而完成一个完整的闭环控制流程。
前述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤45）中，由用户选择一个录波文件，仿真程序以当前时间当作故障发生时间，按递增方式自动产生一个故障序号，在预先设定的文件目录下自动生成一个新的录波文件名，然后通过通信服务将故障信息上送IEC61850客户端，通知IEC61850客户端来召唤录波文件，仿真程序响应客户端的召唤录波文件请求，把刚才的录波文件通过文件服务传送给IEC61850客户端。
本发明的有效效果为：本发明的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，用于仿真实际工况下的IED的MMS通信行为，对基于IEC61850通信的变电站自动化系统的功能和配置进行调试和验证，摆脱了数字化变电站的监控系统、保护子站系统等IEC61850客户端系统调试时对物理的智能电子设备的依赖，同时简化了这些系统投运前调试工作的复杂度。
附图说明
图1为本发明的仿真方法流程示意图；
图2为状态序列信号仿真步骤及其流程图；
图3为闭环控制仿真流程示意图；
图4为定值仿真流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明进行详细说明，并给出具体的实施形式。
智能电子设备的模型反映了该设备对外通信的所有信息和配置。IEC61850标准规定的典型模型文件包括ICD、CID、SCD、SSD等文件。其中CID（Configured IED Description）文件和SCD(Substation Configuration Description)文件包含了智能电子设备投运时的完整信息，因此仿真可基于这两个模型文件进行。
接着，根据选择的IED模型，通过解析模型文件，提取模型中的完整数据，形成内存数据库。内存数据库包括了IED->LD->LN->DO->DA的数据及层次关系，还包括模型中配置的客户端最大连接数和报告控制块等信息。
然后，启动IEC61850/MMS通信服务。通信服务实现MMS协议，提供与IEC61850客户端的通信连接和数据交换服务，处理来自IEC61850客户端的遥控操作、定值操作。仿真时，通过这一通信服务的应用接口来实现仿真信号的上送，接收来自IEC61850客户端的命令等。
接着，是智能电子设备仿真的关键之一，根据模型信息逆向构建装置中的应用信号，一般包括普通信号、保护定值、可控对象等，其获取方法如下：
31)普通信号:包括遥信，遥测，保护事件，告警事件，录波通知等，这些信号在装置模型的数据集中都有反映。通过解析模型文件，遍历模型中所有的数据集，创建虚拟信号。
32)保护定值信号:按照31）的方法可以根据保护定值的数据集获得保护定值信号，同时通过读取模型中保护逻辑设备下LN0下定值控制块里配置的numOfSGs获得应用层支持定值区个数，从而建立应用层多区定值信号缓冲区。
33)可控对象：通过遍历模型中具体的逻辑节点，访问IED->LD->LN->DO->DA的具体内容，识别出所有可控对象。
根据上述方法即可完成所有应用信号的抽取，每个抽取信号都可以用IEC61850数据对象Reference来标识，信号抽取的同时记录每个抽取信号的数据类型，便于后续对仿真信号值的有效性作检查。每个虚拟信号拥有一个唯一的应用信号标识，它表示了虚拟信号与模型的关系，同时通过内置的数学表达式实现信号逻辑运算。
接着，基于虚拟信号库，进行实际的仿真操作。仿真的总体流程见图1所示。
对智能电子设备与自动化系统进行通信测试时，最常见的是信号仿真实验。需要用直流电点击信号端子来实验数字量，需要借助测试仪产生模拟信号来实验模拟量。通过本方法设计的信号变化仿真流程，可以模拟信号仿真实验时智能电子设备的通信响应－采用手动或自动的方式修改这些信号值，通过IEC61850/MMS通信服务将信号发送给IEC61850客户端。
信号变化仿真流程设计成单步信号变化和状态序列信号变化两种模式。单步信号变化模式用于模拟智能电子装置配合人工置遥信产生变位的过程，状态序列信号变化模式模拟智能电子装置配合自动测试仪在多个时序分别触发多个信号同时变位的过程。为了达到更好的仿真效果，两种模式下的信号均包含了初始态和运行态两种状态，以仿真装置初始化过程和运行过程。单步仿真时，可以人工修改运行态所关心的信号值，从而触发变位信号给IEC61850客户端。状态序列仿真时，先确定需要多少个运行状态，设定每个状态包含的信号及其信号值，设定每个状态的触发时间间隔，设定这些状态序列是否循环反复进行，仿真程序定时检查当前时间计数是否达到触发时间，如达到则就将该状态的信号值发送给IEC61850客户端。
状态序列信号及其仿真流程如图2所示。图2中的左图为仿真步骤示意图，该仿真设置了1个初始态和K个运行态，每个状态下的S1,S2….Sn分别表示该状态包含的信号及信号值，每个状态下的t1,t2….tk表示该状态下信号的触发间隔时间。仿真运行时，先仿真初始态，接着仿真后续的各个运行态。运行态可以循环仿真。图2中的右图示意了循环仿真时各个运行态触发的判断机制。
闭环控制仿真流程模拟远方遥控开关、刀闸、压板等可控对象时智能电子设备的响应和处理过程，仿真流程如图3所示。仿真时，首先设置可控对象的位置信号，通信服务一旦接收到来自IEC61850客户端的控制命令，如果是遥控选择命令，仿真应用程序检查仿真的可控对象是否存在以及对象的位置信号是否有效(控合时位置应处于分位，控分时位置应处于合位)，然后将遥控选择的结果返回给通信服务。如果是遥控执行命令，仿真应用程序改变控制对象的位置信号，将位置信号变位和遥控执行的结果返回给通信服务，从而完成一个完整的闭环控制流程。
定值仿真流程模拟保护装置本地定值修改，本地活动定值区切换的操作，同时模拟接收远方修改定值，远方切换定值区，远方召唤定值等命令并做出响应。仿真时，如果是修改活动定值区的定值，先记录新值，然后主动将变化的定值上送给通信服务，更新内存数据库。如果是修改非活动区的定值，只记录新值，不上送给通信服务。如果是切换定值区，则将新定值区号和该区定值一起上送给通信服务，更新内存数据库。通信服务接收来自客户端定值请求，将内存数据库中的定值信息送给IEC61850客户端。定值仿真的处理流程见图3所示。
故障录波仿真流程模拟保护装置产生录波文件后通知IEC61850客户端召唤录波文件的过程。仿真时，由用户选择一个录波文件，仿真程序以当前时间当作故障发生时间，按递增方式自动产生一个故障序号，在预先设定的文件目录下自动生成一个新的录波文件名，然后通过通信服务将故障信息上送IEC61850客户端，通知IEC61850客户端来召唤录波文件。仿真程序响应客户端的召唤录波文件请求，把刚才的录波文件通过文件服务传送给IEC61850客户端。
本发明可以用于智能电子设备IEC61850/MMS服务器仿真系统的开发。在缺少智能电子设备或者缺少相应的调试测试仪的场合下，通过这一仿真系统很容易模拟智能电子设备通过MMS通信网络交换机与变电站综合监控后台系统、变电站保护子站系统及变电站通信管理机等IEC61850客户端系统进行通讯，从而方便对客户端系统的信号对点、定值操作和召唤故障录波文件等功能进行调试，大大减轻了系统调试的工作量。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明方法的精神及其实质的情况下，根据本发明方法做出的各种改变或变形，均属于本发明方法的权利要求保护范围。
Claims (6)
1.一种智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 解析智能电子设备的SCL信息模型，建立与模型匹配的内存数据库；
2) 启动IEC61850/MMS通信服务；
3) 提取可用于仿真的所有应用信号，产生虚拟信号库；
4) 进行各项调试仿真。
2.根据权利要求1所述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤3）中，根据模型信息逆向构建装置中的应用信号，包括普通信号、保护定值、可控对象，其获取方法如下：
31)普通信号:包括遥信、遥测、保护事件、告警事件及录波通知，这些信号在装置模型的数据集中都有反映，通过解析模型文件，遍历模型中所有的数据集，创建虚拟信号；
32)保护定值信号:按照31）的方法根据保护定值的数据集获得保护定值信号，同时通过读取模型中保护逻辑设备下LN0下定值控制块里配置的numOfSGs获得应用层支持定值区个数，从而建立应用层多区定值信号缓冲区；
33)可控对象：通过遍历模型中具体的逻辑节点，访问IED->LD->LN->DO->DA的具体内容，识别出所有可控对象。
3.根据权利要求1所述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤4）中，包括以下步骤：
41)仿真过程一：手工调试仿真，即手工置信号值，判断当信号发生变化时，将信号发送给IEC61850客户端；
42)仿真过程二：自动调试仿真，即建立多个状态序列，设置每个状态的触发时间以及每个状态下各个信号的信号值，建立定时器来触发信号发送给IEC61850客户端；
43)仿真过程三：闭环控制处理仿真，接收IEC61850客户端的远方控制命令，改变可控对象的位置信号，然后再将变位信号主动发送给IEC61850客户端，形成闭环的调试；
44)仿真过程四：模拟保护定值的各种操作，操作后，将新的定值信息送给61850客户端；
45)仿真过程五：模拟保护装置生成故障录波文件，并通知IEC61850客户端来召唤录波文件。
4.根据权利要求3所述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤41）中，信号变化仿真流程包括单步信号变化和状态序列信号变化两种模式，单步信号变化模式用于模拟智能电子装置配合人工置遥信产生变位的过程，状态序列信号变化模式模拟智能电子装置配合自动测试仪在多个时序分别触发多个信号同时变位的过程。
5.根据权利要求3所述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤43）中，首先设置可控对象的位置信号，通信服务在接收到来自IEC61850客户端的控制命令时，如果是遥控选择命令，仿真应用程序检查仿真的可控对象是否存在以及对象的位置信号是否有效，然后将遥控选择的结果返回给通信服务；如果是遥控执行命令，仿真应用程序改变控制对象的位置信号，将位置信号变位和遥控执行的结果返回给通信服务，从而完成一个完整的闭环控制流程。
6.根据权利要求3所述的智能电子设备IEC61850/MMS服务器的仿真方法，其特征在于，在所述步骤45）中，由用户选择一个录波文件，仿真程序以当前时间当作故障发生时间，按递增方式自动产生一个故障序号，在预先设定的文件目录下自动生成一个新的录波文件名，然后通过通信服务将故障信息上送IEC61850客户端，通知IEC61850客户端来召唤录波文件，仿真程序响应客户端的召唤录波文件请求，把刚才的录波文件通过文件服务传送给IEC61850客户端。
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