CN103185848A - 用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统 - Google Patents

用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站控制系统，包括过程层、间隔层和变电站层三层，其中保护、测控和计量等设备属于间隔层，间隔层和过程层之间信息可通过特定通信服务映射的采样值和面向对象的变电站事件进行交互，按照IEC61850标准的服务完成信息交互，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站连接兼容的实用仿真测试系统，以仿真测试主机基础，以多路数字化仿真模拟综合测试装置为核心，基于IEC61850通信规约的数字记录和仿真校正设备、网络分析设备、无线收发器、小信号量测试单元和网络交换机。

Description

用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统
技术领域
本发明涉及电力控制领域，具体涉及用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统。
背景技术
数字化变电站具有信息数字化、通信网络化、信息共享标准化的特点，随之可以发展高级应用的基础，是智能电网建设的重要内容。目前国内在运数字化变电站的继电保护等二次设备性能尚无有效检测手段，无法满足数字化变电站数字化全站设备的检验和监测要求。
传统变电站与全数字化变电站动态实时仿真和测试的主要差异是传输介质及控制方式发生了变化，传统的由功率放大器输出的互感器电信号被遵循IEC61850通信规约的采样值(SMV)光纤数字信号所取代，传统的断路器控制电信号被面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文所取代，因此，必须研制新的软硬件平台来对数字化变电站进行仿真测试。另一方面，正是由于大功率信号被光纤数字信号所取代，这使得数字化变电站全站的仿真测试成为可能，这也是本系统要完成的目标。
本项目通过对数字化变电站全站的电子式互感器及智能一次设备的动态仿真和对保护等二次设备的闭环测试，实现数字化变电站全站运行方式、操作演习及事故状态的仿真模拟，为数字化变电站综合自动测控系统、继电保护设备、智能仪表、故障录波设备等智能二次设备提供仿真模拟信号源；对电网的各种电压等级的线路、变压器、母线等保护和综合测控系统实现动态闭环测试，检验设备技术性能，为智能电网建设的设备选型、性能研究提供了重要的技术支持平台。
数字化变电站网络的站控层、过程层及间隔层的组网方案、网络结构是多样的。根据不同的网路结构，采样值传输网与GOOSE网可能独立组网，也可能混合组网，仿真测试系统必须在时间同步上满足数字化变电站的要求。同时，仿真测试系统还必须满足数字化变电站中常规设备和分散安装的小信号量输入设备的要求。
发明内容
本发明提供了一种可以检验数字化变电站全站设备的协调和综合技术性能的实用仿真测试系统。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站控制系统，包括过程层、间隔层和变电站层三层，其中保护、测控和计量等设备属于间隔层，间隔层和过程层之间信息可通过特定通信服务映射的采样值和面向对象的变电站事件进行交互，此过程中，二次设备I/O单元分解出来作为智能化一次设备的一部分，属于过程层，二次设备(间隔层)和一次设备(过程层)之间采用高速网络连接，按照IEC61850标准的服务完成信息交互，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站连接兼容的实用仿真测试系统，以仿真测试主机基础，以多路数字化仿真模拟综合测试装置为核心，基于IEC61850通信规约的数字记录和仿真校正设备、网络分析设备、无线收发器、小信号量测试单元和网络交换机。
多路数字化仿真模拟综合测试装置同时模拟多路合并单元或智能一次设备，并负责模拟电子互感器SV数字信号、编码打包、传输任务、报文打包、解包及传输任务；数字记录和仿真校正设备负责记录仿真系统及间隔层设备的输入输出信息；网络分析设备负责记录和分析网络上流过的每一帧报文；无线收发器和小信号量测试单元解决分散安装于一次设备的间隔层的模拟仿真测试；网络交换机负责按不同测试要求组成不同的网络试验方案；仿真测试主机通过千兆以太网和多路模拟并发合并单元、数字记录和仿真校正设备、网络分析设备和无线收发器等装置相联。
仿真测试主机通过实时仿真程序对变电站全站系统进行仿真产生数据波形，并将数据波形和开关状态通过多路数字化仿真模拟综合测试装置应用IEEE61850规约(SMV和GOOSE)发送给数字化变电站中的二次设备，分散安装的二次设备是通过无线收发器和小信号量测试单元来完成，数字记录和仿真校正设备接受二次设备发出来的GOOSE命令，并通过千兆以太网交换机传给仿真主机，仿真主机接受GOOSE命令，改变开关位置，并进而改变仿真模型，达到实时仿真测试的目的。
进一步的：所述多路数字化仿真模拟综合测试装置还能够外接GPS信号，实现系统的时间同步。
进一步的：所述多路数字化仿真模拟综合测试装置可接受从85～260V宽电压输入范围，且可以AC/DC交直流电源输入，配置了双电源无缝接换输入，即装置可连接两路外部电源，一路作为主工作电源，一路作为辅助工作电源；内部采用无硬盘、无风扇设计，减少了系统机械故障点。
进一步的：所述多路数字化仿真模拟综合测试装置的内核以及文件系统全部做成只读文件系统，操作时只能访问不能擦写，而只有用户数据作为可读写的文件。
进一步的：所述数字记录和仿真校正设备还具备效正电流电压波形精度，调整时间标准和核准相位，增加了硬I/O记录的回路以兼容传统变电站设备和一些特殊设备。
本发明可在全站规模上为数字化变电站的综合自动测控系统、继电保护设备、智能仪表、故障录波设备等智能二次设备提供实时的仿真模拟信号源，对电网的各种电压等级的线路、变压器、母线等保护和综合测控系统实现动态闭环测试。实现数字化变电站全站的电磁暂态仿真计算；完成对数字化变电站全站的继电保护装置和测控装置的实时测试及相互配合测试；实现全站实时闭环测试的数据通信过程；编制完成商业化的友好图形界面；建立各种电压等级变电站的典型接线方式以及各种故障情况数据库。
附图说明
以下结合附图对本发明做详细的举例说明。
图1为本发明设备连接结构示意图。
具体实施方式
图1所示，用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站8控制系统，包括过程层、间隔层和变电站层三层，其中保护、测控和计量等设备属于间隔层，间隔层和过程层之间信息可通过特定通信服务映射的采样值和面向对象的变电站事件进行交互，此过程中，二次设备I/O单元分解出来作为智能化一次设备的一部分，属于过程层，二次设备(间隔层)和一次设备(过程层)之间采用高速网络连接，按照IEC61850标准的服务完成信息交互，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站连接兼容的实用仿真测试系统，以仿真测试主机1基础，以多路数字化仿真模拟综合测试装置3为核心，基于IEC61850通信规约的数字记录和仿真校正设备4、网络分析设备、无线收发器6、小信号量测试单元5和网络交换机2。
多路数字化仿真模拟综合测试装置3同时模拟多路合并单元或智能一次设备，并负责模拟电子互感器SV数字信号、编码打包、传输任务、报文打包、解包及传输任务；数字记录和仿真校正设备4负责记录仿真系统及间隔层设备的输入输出信息；网络分析设备负责记录和分析网络上流过的每一帧报文；无线收发器6和小信号量测试单元5解决分散安装于一次设备的间隔层的模拟仿真测试；网络交换机2负责按不同测试要求组成不同的网络试验方案；仿真测试主机1通过千兆以太网6和多路数字化仿真模拟综合测试装置3、数字记录和仿真校正设备4、网络分析设备和无线收发器6等装置相联。
仿真测试主机1通过实时仿真程序对变电站全站系统进行仿真产生数据波形，并将数据波形和开关状态通过多路数字化仿真模拟综合测试装置3应用IEEE61850规约(SMV和GOOSE)发送给数字化变电站中的二次设备，分散安装的二次设备是通过无线收发器6和小信号量测试单元5来完成，数字记录和仿真校正设备4接受二次设备发出来的GOOSE命令，并通过千兆以太网6交换机传给仿真测试主机1，仿真测试主机1接受GOOSE命令，改变开关位置，并进而改变仿真模型，达到实时仿真测试的目的。
实施例一
多路数字化仿真模拟综合测试装置可接受从85～260V宽电压输入范围，且可以AC/DC交直流电源输入。同时，为了满足工业领域的高可靠性运行要求，多路数字化仿真模拟综合测试装置配置了双电源无缝接换输入，即装置可连接两路外部电源，一路作为主工作电源，一路作为辅助工作电源。正常条件下，主工作电源工作，辅助电源不对装置供电，当主工作电源失电时，辅助电源可以无缝切换为工作电源对装置供电，这样可以大大提高系统设备现场运行的可靠性和稳定性。
多路数字化仿真模拟综合测试装置作为一台嵌入式计算机，为了满足高可靠性和低功耗的要求，内部采用无硬盘、无风扇设计，减少了系统机械故障点。多路数字化仿真模拟综合测试装置采用商用的实时操作系统VxWorks作为装置的核心系统，该操作系统支持多任务、实时性强、体积小、可裁剪、支持多种CPU、支持网络通讯及串口通讯、汇编和标准C的编程模式、内核和定制任务，可以分开编译和动态下载，支持用户自定义启动任务。因而，无论是对硬件的兼容性支持和驱动支持，还是对系统的极限性能要求以及系统运行稳定性和实时性都大大提高。多路数字化仿真模拟综合测试装置设计将内核以及文件系统全部做成只读文件系统，操作时只能访问不能擦写，而只有用户数据作为可读写的文件。

Claims (5)

1.用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，基于IEC61850标准为核心的数字化变电站控制系统，包括过程层、间隔层和变电站层三层，其中保护、测控和计量等设备属于间隔层，间隔层和过程层之间信息可通过特定通信服务映射的采样值和面向对象的变电站事件进行交互，此过程中，二次设备I/O单元分解出来作为智能化一次设备的一部分，属于过程层，二次设备(间隔层)和一次设备(过程层)之间采用高速网络连接，按照IEC61850标准的服务完成信息交互，其特征在于：基于IEC61850标准为核心的数字化变电站连接兼容的实用仿真测试系统，以仿真测试主机基础，以多路数字化仿真模拟综合测试装置为核心，基于IEC61850通信规约的数字记录和仿真校正设备、网络分析设备、无线收发器、小信号量测试单元和网络交换机；
多路数字化仿真模拟综合测试装置同时模拟多路合并单元或智能一次设备，并负责模拟电子互感器SV数字信号、编码打包、传输任务、报文打包、解包及传输任务；
数字记录和仿真校正设备负责记录仿真系统及间隔层设备的输入输出信息；
网络分析设备负责记录和分析网络上流过的每一帧报文；
无线收发器和小信号量测试单元解决分散安装于一次设备的间隔层的模拟仿真测试；
网络交换机负责按不同测试要求组成不同的网络试验方案；
仿真测试主机通过千兆以太网和多路模拟并发合并单元、数字记录和仿真校正设备、网络分析设备和无线收发器等装置相联；
仿真测试主机通过实时仿真程序对变电站全站系统进行仿真产生数据波形，并将数据波形和开关状态通过多路数字化仿真模拟综合测试装置应用IEEE61850规约(SMV和GOOSE)发送给数字化变电站中的二次设备。
2.根据权利要求1所示的用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，其特征在于：所述多路数字化仿真模拟综合测试装置还能够外接GPS信号，实现系统的时间同步。
3.根据权利要求1所述的用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，其特征在于：所述多路数字化仿真模拟综合测试装置可接受从85～260V宽电压输入范围，且可以AC/DC交直流电源输入，配置了双电源无缝接换输入，即装置可连接两路外部电源，一路作为主工作电源，一路作为辅助工作电源；内部采用无硬盘、无风扇设计，减少了系统机械故障点。
4.根据权利要求1所述的用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，其特征在于：所述多路数字化仿真模拟综合测试装置的内核以及文件系统全部做成只读文件系统，操作时只能访问不能擦写，而只有用户数据作为可读写的文件。
5.根据权利要求1所述的用于数字化智能变电站全站系统的实用仿真测试系统，其特征在于：所述数字记录和仿真校正设备还具备效正电流电压波形精度，调整时间标准和核准相位，增加了硬I/O记录的回路以兼容传统变电站设备和一些特殊设备。
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