CN104977856A - 变电站环境监测模拟装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站环境监测模拟装置、系统和方法，装置包括与网关机、动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟，装置包括：多个第一通信模块、数据和命令处理模块、协议转换模块、第二通信模块。本发明的变电站环境监测模拟装置实现了变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中所有设备的互联互通以及与网关机的通信，具有各种信号的采集和设备控制模拟功能，能够模拟变电站真实的环境信号，减少实际测试的复杂程度，节约实验室空间，减小开支，有利于推动无人值守的智能变电站的快速发展。

Description

变电站环境监测模拟装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及环境信号采集的模拟技术领域，具体地，涉及一种变电站环境监测模拟装置、系统及方法。

背景技术

随着无人值守的智能变电站的快速发展，对变电站辅助系统的建设的智能化，运行稳定性，经济性等要求越来越高。但是目前智能变电站辅助系统结构不规范，环境比较复杂。非法闯入盗窃、自然或人为的环境因素导致智能变电站设备损伤甚至发生火灾，这些事故隐患一旦发生将会造成更大的人身财产安全，而如果能较早的预知这些隐患并及时解决，将会提高智能变电站的安全可靠性，有利于推动无人值守的智能变电站的快速发展，也有利于推动智能变电站辅助系统的建设，实现智能变电站辅助系统的最佳投资收益及运维效果。

智能变电站辅助系统建设和完善需要依赖于各种动态环境信息进行测试和验证，但是如果用在正在正常使用的变电站系统中测试可能会因为辅助系统的漏洞给变电站带来误操作和控制，不符合变电站运行管理规程。

综上，目前智能变电站环境监测是一项综合性工作，系统的实施同时受限于人力、物力以及变电站运行管理规程，由于缺少相关的验证数据，目前进展缓慢。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种变电站环境监测模拟装置和系统，模拟变电站复杂环境的监测与控制，避免在正在使用的变电站环境中进行验证和测试而影响变电站的正常工作，本发明还提供了变电站环境监测模拟方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

变电站环境监测模拟装置，与网关机、动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟，所述变电站环境监测模拟装置包括：多个第一通信模块，用于与动环子系统模拟器中的不同设备进行通信，从动环子系统模拟器中接收采集的环境信号，向动环子系统模拟器发送控制命令；数据和命令处理模块，用于对环境信号数据进行处理和转发给第二通信模块，并向动环子系统模拟器中的设备发送控制命令；协议转换模块，用于捕获并解析第一通信模块接收的环境信号数据和数据和命令处理模块发送的控制命令数据，并将第一通信模块接收的环境信号数据转换为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块，将数据和命令处理模块发出的控制命令数据转换为与第一通信模块相匹配的协议后交由第一通信模块发送；第二通信模块，基于MODBUS TCP协议与网关机进行通信，用于将数据和命令处理模块转发至的环境信号数据转换为MODBUS TCP协议报文后转发给网关机。本方案中，变电站环境监测模拟装置，与网关机、动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟，模拟变电站复杂环境的监测与控制，避免在正在使用的变电站环境中进行验证和测试而影响变电站的正常工作，减少实际测试的复杂程度，节约实验室空间，减小开支。环境监测模拟装置具有两种具有协议转换功能的模块，第二通信模块实现网关机与变电站环境监测模拟装置之间的协议转化，实现变电站环境监测模拟装置与IEC61850网关机之间基于MODBUS TCP协议通信；协议转换模块实现变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中的设备的各种通信方式，从而实现变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中所有设备的互联互通，具有各种信号的采集和控制模拟功能，确保实现最真实的模拟。

作为本发明的进一步改进，上述变电站环境监测模拟装置还包括模型管理模块，该模型管理模块内存储有动环子系统模拟器的模型。

进一步，上述变电站环境监测模拟装置还包括配置管理模块，用于配置变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器之间的联动及报警规则。

进一步，上述变电站环境监测模拟装置，其特征在于，还包括监控查看模块，用于查看动环子系统模拟器的状态。

变电站环境监测模拟系统包括主机模拟器和动环子系统模拟器，所述主机模拟器为上述任一技术方案中的变电站环境监测模拟装置；所述动环子系统模拟器包括能够与主机模拟器通信的温湿度监测子系统、SF6监测子系统、风速监测子系统、水浸监测子系统、人员自动跟踪定位子系统、门禁子系统、消防子系统、安全警卫子系统、空调控制子系统、风机控制子系统、水泵控制子系统、灯光控制子系统。本方案中，变电站环境监测模拟装置，与网关机、动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟，模拟变电站复杂环境的监测与控制，避免在正在使用的变电站环境中进行验证和测试而影响变电站的正常工作，减少实际测试的复杂程度，节约实验室空间，减小开支。动环子系统还设置了多种环境和管理子系统，确保实现最真实的模拟。

进一步，动环子系统模拟器还报警主机、安防主机、门禁控制器，所述报警主机与消防子系统相连，所述安防主机与安全警卫子系统相连，所述门禁控制器与门禁子系统相连。

变电站环境信号采集和环境控制模拟方法，包括环境信号采集步骤和环境控制步骤，所述环境信号采集步骤包括以下步骤：

S11、动环子系统模拟器采集环境信号发送给第一通信模块；

S12、协议转换模块捕获第一通信模块接收到的环境信号并进行解析，并将该环境信号数据转换为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块；

S13、数据和命令处理模块将协议转换模块发送至的环境信号数据进行处理后转发给第二通信模块；

S14、第二通信模块将数据和命令处理模块转发至环境信号数据转换为MODBUS TCP协议报文后转发给网关机；

所述环境控制步骤包括以下步骤：

S21、数据和命令处理模块发出控制指令；

S22、协议转换模块捕获数据和命令处理模块发出控制指令并进行解析，将该控制指令数据转换为与第一通信模块的协议相匹配的数据后发送给第一通信模块；

S23、第一通信模块将控制命令发送给动环子系统模拟器。

进一步，步骤S21中数据和命令处理模块发出控制指令时根据接收到的环境信号数据发出控制指令或接收网关机通过第二通信模块转发至的远程控制指令并转发。

进一步，上述数据和命令处理模块接收网关机通过第二通信模块转发至的控制指令并转发具体为：第二通信模块从网关机中接收远程控制指令，并将远程控指令转化为与数据和命令处理模块相匹配的协议报文后转发给数据和命令处理模块，数据和命令处理模块再将该控制指令转发给协议转换模块。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明可以模拟变电站真实的环境信号，减少实际测试的复杂程度，节约实验室空间，减小开支。

2、本发明的变电站环境监测模拟装置具有两种具有协议转换功能的模块，第二通信模块实现网关机与变电站环境监测模拟装置之间的协议转化，实现变电站环境监测模拟装置与IEC61850网关机之间基于MODBUS TCP协议通信；协议转换模块实现变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中的设备的各种通信方式，从而实现变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中所有设备的互联互通，具有各种信号的采集和控制模拟功能。

3、本发明的研制将会提高智能变电站的安全可靠性，有利于推动无人值守的智能变电站的快速发展，也有利于推动智能变电站辅助系统的建设，实现智能变电站辅助系统的最佳投资收益及运维效果。

附图说明

图1是本发明的变电站环境监测模拟装置的结构框图；

图2是本发明的变电站环境监测模拟系统的结构框图。

具体实施方式

智能变电站辅助系统建设和完善需要依赖于各种动态环境信息进行测试和验证，但是现有技术中的智能变电站辅助系统测试如果在正常使用的变电站系统中测试可能会因为辅助系统的漏洞给变电站带来误操作和控制，不符合变电站运行管理规程。有鉴于此，本发明提供一种变电站环境监测模拟装置和系统，模拟变电站复杂环境的监测与控制，可用于智能变电站辅助系统的测试，避免在正在使用的变电站环境中进行验证和测试而影响变电站的正常工作。下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，变电站环境监测模拟装置，该变电站环境监测模拟装置与网关机、动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟，所述变电站环境监测模拟装置包括多个第一通信模块、数据和命令处理模块、协议转换模块、第二通信模块，每个模块的功能如下：

第一通信模块，用于与动环子系统模拟器中的不同设备进行通信，从动环子系统模拟器中的这些设备中接收采集的环境信号，向动环子系统模拟器中的这些设备发送控制命令；

协议转换模块，用于捕获并解析第一通信模块接收的环境信号数据、数据和命令处理模块发送的控制命令数据，并将第一通信模块接收的环境信号数据转换为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块，将数据和命令处理模块发出的控制命令数据转换为与第一通信模块相匹配的协议后交由第一通信模块发送；

数据和命令处理模块，用于对协议转换模块发送至的环境信号数据进行处理和转发给第二通信模块，并通过协议转换模块和第一通信模块向动环子系统模拟器中的设备发送控制命令；

第二通信模块，所述第二通信模块内置MODBUS TCP通信对象模型，基于MODBUS TCP协议与网关机进行通信，用于将数据和命令处理模块转发至的环境信号数据转换为MODBUS TCP协议报文后转发给网关机，将网关机接收的MODBUS TCP协议转化为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块。

上述的动环是指动态环境，即环境参数在动态变化的环境。本实施例中，网关机采用IEC61850网关机，变电站环境监测模拟装置具有两种具有协议转换功能的模块，第二通信模块实现网关机与变电站环境监测模拟装置之间的协议转化，实现变电站环境监测模拟装置与IEC61850网关机之间基于MODBUS TCP协议通信；协议转换模块实现变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中的设备的各种通信方式，从而实现变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中所有设备的互联互通，具有各种信号的采集和控制模拟功能。变电站环境监测模拟装置的第一通信模块与协议转换模块的配合，实现了变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器中所有设备的互联互通，而第二通信模块实现了变电站环境监测模拟装置与网关机、网络上的其他监控中心和设备的互连互通，这也解决了现有技术中环境监测装置的互连互通性差的问题。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例还对变电站环境监测模拟装置进行进一步改进。

上述变电站环境监测模拟装置，还包括模型管理模块，该模型管理模块内存储有动环子系统模拟器的模型，并能分析动环子系统模拟器功能模型结构/属性实现是否合乎要求、协议映射是否正确、参数设置是否合理。子系统模拟器功能模型结构/属性是否合乎要求是指能否按照图2所示的结构设计连接，能否实现所要求的各自功能，参数各自不同，例如风速仪参数设置：测量范围：0 m/s～100m/s；测量精度：≤±0.5%测量值等；SF6传感器参数设置可检测范围：0-3000ppm，精度：满量程的正负1%等等。分析协议映射是否正确是指通过查看能否接收到报文或者接收到的报文是否符合当前协议要求并且分析报文内容。如果能正确收到报文即为符合协议，对报文的内容进行分析可以通过人为进行分析。参数设置是否合理是指动环子系统模拟器中的各设备的参数是否与真实变电站的常规设置一致。

进一步地，上述变电站环境监测模拟装置还包括配置管理模块，用于配置变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器之间的联动及报警规则。配置管理包括采集数据、采集周期等配置，端口配置、告警分级等配置。这些联动和报警规则参考真实变电站的规则，例如：发生联动子系统及报警器动作的设计配置，如温度过高则一号报警器报警，二号报警器不报警空调开启等。

进一步地，上述变电站环境监测模拟装置还包括监控查看模块，用于查看动环子系统模拟器的状态。进一步地，还能查看动环子系统模拟器的信息模型，具体是查看动环子系统模拟器的各子系统上送的报文信息，如点击查看后可以收到子系统向变电站环境监测模拟装置发送的报文，此时可以验证连接是否正常，是否一致，是否准确，是否延时等。

进一步地，上述协议转换模块在捕获并解析第一通信模块接收的环境信号数据和即将发送的控制命令数据时，捕获和解析各层协议报文，并详细记录整个通信过程。本实施例中，协议转换模块具有模拟量数据解析、数字量数据解析、开关量数据解析功能。

实施例3：

如图2所示，变电站环境监测模拟系统，包括主机模拟器和动环子系统模拟器，所述主机模拟器为实施例1或实施例2中的变电站环境监测模拟装置；所述动环子系统模拟器包括能够与主机模拟器通信的温湿度监测子系统、SF6监测子系统、风速监测子系统、水浸监测子系统、人员自动跟踪定位子系统、门禁子系统、消防子系统、安全警卫子系统、空调控制子系统、风机控制子系统、水泵控制子系统、灯光控制子系统。主机模拟器动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟。

进一步地，所述动环子系统模拟器还报警主机、安防主机、门禁控制器，所述报警主机与消防子系统相连，所述安防主机与安全警卫子系统相连，所述门禁控制器与门禁子系统相连。

上述动环子系统模拟器中的各子系统和主机可以采用现有技术中相应的常用的子系统和主机或者是与正常使用的变电站中所使用的各系统和主机相同，只需要搭建相应的环境即可，例如：

在温湿度监测子系统所在的位置增加空调、加湿器、加热器等设备，就可以模拟温湿度环境变化，同时实现了温湿度监测子系统和空调控制子系统的环境基础。SF6监测子系统所在的位置增加SF6储气罐实现了的SF6监测子系统，风速监测子系统所在位置增加风机实现了风速监测子系统和风机控制子系统的环境基础，水泵控制子系统设置水池、水管和水泵实现了水浸监测子系统和水泵控制子系统的环境基础，灯光控制子系统所在地方设置灯具并通电构成了灯光控制子系统的环境基础，人员自动跟踪定位子系统、门禁子系统、消防子系统、安全警卫子系统完全可以搭建成现有技术中的变电站的真实环境相同：采用一个门禁通过身份识别构成门禁子系统直接连接主机模拟器或者通过门禁控制器连接主机模拟器；烟雾报警器、火灾报警器、喷水管构成消防子系统，直接连接主机模拟器或者通过报警主机连接主机模拟器；电子围栏及其报警设备构成安全警卫子系统直接连接主机模拟器或者通过安防主机连接主机模拟器；人员定位装置与身份识别装置、摄像头构成人员自动跟踪定位子系统直接连接主机模拟器。实际上，动环子系统模拟器中的各子系统可以参照真实变电站的情况构建，本实施例中不再赘述各子系统的具体构建办法。

上述动环子系统模拟器模拟出实际的变电站的环境情况和控制方式，因此通过主机模拟器对动环子系统模拟器中各系统的控制实现环境信号的采集模拟和控制模拟，模拟变电站复杂环境的监测与控制，为变电站辅助系统的研发提供试验基础，避免在正在使用的变电站环境中进行验证和测试而影响变电站的正常工作。

对应于上述动环子系统模拟器的结构，所述环境信号包括变电站环境的温湿度、SF6、风速、水浸、安防、人员、门禁、消防、空调、风机、水泵、灯光等信号，主机模拟器根据采集的环境信号发出控制动环子系统模拟器中设备的控制命令，这些控制命令具体包括对安防、人员、门禁、消防、空调、风机、水泵、灯光各子系统的控制命令，例如但不限于对灯光开关的控制、水泵启停的控制、风机启停的控制、门禁开关等的控制命令。

上述环境信号的采集包括采用模拟传感器的模拟量信号采集、采用数字传感器的数字量采集、开关信号的采集。其中，环境温湿度监测子系统、SF6（六氟化硫）监测子系统、风速监测子系统的环境信号采集通过模拟传感器采集对应的模拟量，如风速信号、温湿度信号、可燃气体浓度信号等。所述开关信号的采集包括灯光、水浸、风机、水泵、安防、门禁信号的采集。

模拟量越限、事件顺序记录（SOE）信息通过传感器使用485电平量采集。模拟量越限是指模拟信号超过上限值的信息，例如可燃气体浓度超过限值；事件顺序记录是指电力系统发生事故时开关或继电保护的动作的时间顺序的自动记录信息。

对应地，主机模拟器中协议转换模块和第二通信模块实现模拟量转MODBUS TCP协议、开关量转MODBUS TCP协议、485数字量转MODBUS TCP协议。

所述开关变位、模拟量越限用于实现水浸监测子系统、人员自动跟踪定位子系统、门禁子系统、消防子系统、安全警卫子系统的执行，主机模拟器根据采集的环境信号发出控制动环子系统模拟器中设备的控制命令，动环子系统模拟器执行相应控制指令对应的控制操作，这些控制操作的执行系统包括空调智能控制子系统、风机智能控制子系统、水泵智能控制子系统、灯光智能控制子系统。

【方法实施例】

变电站环境信号采集和环境控制模拟方法，包括环境信号采集步骤和环境控制步骤，所述环境信号采集步骤包括以下步骤：

S11、动环子系统模拟器采集环境信号发送给第一通信模块；

S12、协议转换模块捕获第一通信模块接收到的环境信号并进行解析，并将该环境信号数据转换为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块；

S13、数据和命令处理模块将协议转换模块发送至的环境信号数据进行处理后转发给第二通信模块；

S14、第二通信模块将数据和命令处理模块转发至环境信号数据转换为MODBUS TCP协议报文后转发给网关机；

所述环境控制步骤包括以下步骤：

S21、数据和命令处理模块发出控制指令；

S22、协议转换模块捕获数据和命令处理模块发出控制指令并进行解析，将该控制指令数据转换为与第一通信模块的协议相匹配的数据后发送给第一通信模块；

S23、第一通信模块将控制命令发送给动环子系统模拟器。

其中，本实施例的步骤S21中数据和命令处理模块发出控制指令时根据接收到的环境信号数据发出控制指令或接收网关机通过第二通信模块转发至的远程控制指令并转发。

进一步地，数据和命令处理模块接收网关机通过第二通信模块转发至的控制指令并转发具体为：第二通信模块从网关机中接收远程控制指令，并将远程控指令转化为与数据和命令处理模块相匹配的协议报文后转发给数据和命令处理模块，数据和命令处理模块再将该控制指令转发给协议转换模块。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.变电站环境监测模拟装置，其特征在于，与网关机、动环子系统模拟器配合实现环境信号采集模拟和动环子系统模拟器中设备控制的模拟，所述变电站环境监测模拟装置包括：

多个第一通信模块，用于与动环子系统模拟器中的不同设备进行通信，从动环子系统模拟器中接收采集的环境信号，向动环子系统模拟器发送控制命令；

数据和命令处理模块，用于对环境信号数据进行处理和转发给第二通信模块，并向动环子系统模拟器中的设备发送控制命令；

协议转换模块，用于捕获并解析第一通信模块接收的环境信号数据和数据和命令处理模块发送的控制命令数据，并将第一通信模块接收的环境信号数据转换为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块，将数据和命令处理模块发出的控制命令数据转换为与第一通信模块相匹配的协议后交由第一通信模块发送；

第二通信模块，基于MODBUS TCP协议与网关机进行通信，用于将数据和命令处理模块转发至的环境信号数据转换为MODBUS TCP协议报文后转发给网关机。

2.根据权利要求1所述的变电站环境监测模拟装置，其特征在于，还包括模型管理模块，该模型管理模块内存储有动环子系统模拟器的模型。

3.根据权利要求1所述的变电站环境监测模拟装置，其特征在于，还包括配置管理模块，用于配置变电站环境监测模拟装置与动环子系统模拟器之间的联动及报警规则。

4.根据权利要求1所述的变电站环境监测模拟装置，其特征在于，还包括监控查看模块，用于查看动环子系统模拟器的状态。

5.变电站环境监测模拟系统，其特征在于，包括主机模拟器和动环子系统模拟器，所述主机模拟器为权利要求1至4任一所述的变电站环境监测模拟装置；所述动环子系统模拟器包括能够与主机模拟器通信的温湿度监测子系统、SF6监测子系统、风速监测子系统、水浸监测子系统、人员自动跟踪定位子系统、门禁子系统、消防子系统、安全警卫子系统、空调控制子系统、风机控制子系统、水泵控制子系统、灯光控制子系统。

6.根据权利要求5所述的变电站环境监测模拟系统，其特征在于，所述动环子系统模拟器还报警主机、安防主机、门禁控制器，所述报警主机与消防子系统相连，所述安防主机与安全警卫子系统相连，所述门禁控制器与门禁子系统相连。

7.变电站环境信号采集和环境控制模拟方法，其特征在于，包括环境信号采集步骤和环境控制步骤，所述环境信号采集步骤包括以下步骤：

S11、动环子系统模拟器采集环境信号发送给第一通信模块；

S12、协议转换模块捕获第一通信模块接收到的环境信号并进行解析，并将该环境信号数据转换为与数据和命令处理模块的协议相匹配的数据后发送给数据和命令处理模块；

S13、数据和命令处理模块将协议转换模块发送至的环境信号数据进行处理后转发给第二通信模块；

S14、第二通信模块将数据和命令处理模块转发至环境信号数据转换为MODBUS TCP协议报文后转发给网关机；

所述环境控制步骤包括以下步骤：

S21、数据和命令处理模块发出控制指令；

S22、协议转换模块捕获数据和命令处理模块发出控制指令并进行解析，将该控制指令数据转换为与第一通信模块的协议相匹配的数据后发送给第一通信模块；

S23、第一通信模块将控制命令发送给动环子系统模拟器。

8.根据权利要求7所述的变电站环境信号采集和环境控制模拟方法，其特征在于，步骤S21中数据和命令处理模块发出控制指令时根据接收到的环境信号数据发出控制指令或接收网关机通过第二通信模块转发至的远程控制指令并转发。

9.根据权利要求8所述的变电站环境信号采集和环境控制模拟方法，其特征在于，数据和命令处理模块接收网关机通过第二通信模块转发至的控制指令并转发具体为：

第二通信模块从网关机中接收远程控制指令，并将远程控指令转化为与数据和命令处理模块相匹配的协议报文后转发给数据和命令处理模块，数据和命令处理模块再将该控制指令转发给协议转换模块。