CN105958642A - 一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其仿真装置包括TCP/IP网络通信模块和串口虚拟103装置，所述TCP/IP网络通信模块连接网络虚拟103装置和虚拟61850装置，所述串口虚拟103装置通过串口连接协议转换装置，且协议转换装置与TCP/IP网络通信模块相接，所述TCP/IP网络通信模块外接变电站后台监控中心、运动通信装置和保护信息管理装置；该仿真装置的测试系统由硬件平台、操作系统平台、中间件层、统一支撑平台层和应用软件层组成,仿真测试系统能正确完成系统仿真和各类型装置仿真，具有人机界面友好、操作灵活、设置方便、运行稳定可靠、功能齐全及测试效率高等特点,具有良好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及变电站系统仿真技术领域，具体涉及一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统。
背景技术
随着供电企业对供电可靠性的要求日益提高，传统的停电检修作业已无法满足变电站自动化系统日常的运行维护需求。随着变电站自动化系统网络信息化水平的逐步提高，变电站自动化专业人员经常需要涉及各类数据库修改作业，在间隔不停电情况下，如何确认数据维护正确性，以及对其他运行间隔数据库是否有影响，是日常运行维护中的难题。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，可以有效解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其仿真装置包括TCP/IP网络通信模块和串口虚拟103装置，所述TCP/IP网络通信模块连接网络虚拟103装置和虚拟61850装置，所述串口虚拟103装置通过串口连接协议转换装置，且协议转换装置与TCP/IP网络通信模块相接，所述TCP/IP网络通信模块外接变电站后台监控中心、运动通信装置和保护信息管理装置；
该仿真装置的测试系统由硬件平台、操作系统平台、中间件层、统一支撑平台层和应用软件层组成；
所述串口虚拟103装置是通过计算机内的多串口扩展卡，扩展出多个RS-232串口，每个通信串口代表应用一种通信协议的多种不同型号的装置，流经此串口的信息是103协议的报文，经串口与协议转换装置进行信息交互；
所述网络虚拟103装置和虚拟61850装置是将装置ＩＰ地址绑定计算机的网卡，流经此网卡的信息是网络103协议和IEC61850协议的报文，经TCP/IP网络通信模块与变电站自动化后台监控系统、运动通信管理机、保护信息管理装置通信，进行信息交互。
作为本发明一种优选的技术方案，所述硬件平台由Inter、SUN、IBN以及HP组成。
作为本发明一种优选的技术方案，所述操作系统平台包括Windows、Linux、Solaris、AIX和HP-UX。
作为本发明一种优选的技术方案，所述中间件层包括操作系统屏蔽中间件层和公共对象请求代理结构中间件层。
作为本发明一种优选的技术方案，所述统一支撑平台层包括面向对象数据库管理平台和分布式网络通信管理平台。
作为本发明一种优选的技术方案，所述应用软件层包括IEC61850制造保温规范服务端、网络103服务端、数据库组态工具、仿真控制台和串口103。
作为本发明一种优选的技术方案，所述仿真装置的测试系统运行在统一支撑平台上，该统一支撑平台提供高效实时数据库，用以存储厂站二次采集点信息和自动测试任务。
本发明的有益效果：
（1）本发明有效解决间隔不停电情况下，变电站自动化系统的遥控试验、传动实验等调试工作，为变电站自动化专业提供一种便利的维护工具，有力保障供电可靠性，同时提高日常运行维护的工作效率。
（2）配合后台监控系统、远动通信装置、保护信息管理机和协议转换装置等开发和验收阶段的整体功能和性能测试，以加快开发速度、提高产品性能；
（3）利用本系统同时仿真多个厂站，可解决变电站间隔不停电情况下，新建集控站系统、调度能量管理系统（EMS）主站系统、保护信息管理主站系统的调试和验收工作，从而节省调试时间，有力保障主站系统建设和验收顺利进行；
（4）利用本系统与变电站培训仿真系统配合进行变电站培训仿真。
附图说明
图1为本发明仿真装置的结构示意图；
图2为本发明测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参照图1和图2所示，本发明提供一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其仿真装置包括TCP/IP网络通信模块和串口虚拟103装置，所述TCP/IP网络通信模块连接网络虚拟103装置和虚拟61850装置，所述串口虚拟103装置通过串口连接协议转换装置，且协议转换装置与TCP/IP网络通信模块相接，所述TCP/IP网络通信模块外接变电站后台监控中心、运动通信装置和保护信息管理装置；
该仿真装置的测试系统由硬件平台、操作系统平台、中间件层、统一支撑平台层和应用软件层组成；
所述串口虚拟103装置是通过计算机内的多串口扩展卡，扩展出多个RS-232串口，每个通信串口代表应用一种通信协议的多种不同型号的装置，流经此串口的信息是103协议的报文，经串口与协议转换装置进行信息交互；
所述网络虚拟103装置和虚拟61850装置是将装置ＩＰ地址绑定计算机的网卡，流经此网卡的信息是网络103协议和IEC61850协议的报文，经TCP/IP网络通信模块与变电站自动化后台监控系统、运动通信管理机、保护信息管理装置通信，进行信息交互。
所述硬件平台由Inter、SUN、IBN以及HP组成；所述操作系统平台包括Windows、Linux、Solaris、AIX和HP-UX；所述中间件层包括操作系统屏蔽中间件层和公共对象请求代理结构中间件层；所述统一支撑平台层包括面向对象数据库管理平台和分布式网络通信管理平台；所述应用软件层包括IEC61850制造保温规范服务端、网络103服务端、数据库组态工具、仿真控制台和串口103。
所述仿真装置的测试系统运行在统一支撑平台上，该统一支撑平台提供高效实时数据库，用以存储厂站二次采集点信息和自动测试任务。
1.系统结构特点
1.1采用流行的中间件技术，实现混合平台配置通用中间件层包括操作系统屏蔽中间件层和公共对象请求代理结构（CORBA）中间件层。正是由于操作系统屏蔽中间件层的存在，才使得变电站自动化仿真测试系统能够运行在多种操作系统和各种硬件平台上，具有较高的可移植性。CORBA中间件层的存在，使得变电站自动化仿真测试系统具有应用组件技术所带来的优越性，如可伸缩性、可异构系统、可互操作性等。
1.2模块化设计使系统结构更合理
应用软件功能模块（称为一个应用）能够根据用户的需要灵活配置到系统的不同节点上。系统中的节点按照不同的功能备用，由于一个节点承担的功能可以灵活配置，减少了对主服务器的性能要求。
1.3安全稳定性
采用模块化、组件化的技术及分布式的应用设计，使系统配置时不需要考虑非常高配置的服务器，并且冗余度高，系统安全可靠。系统采用多机、双网、双通道等冗余设计结构，以保证系统不间断地安全稳定运行。
2.系统主要功能
2.1仿真装置的功能
变电站自动化仿真测试系统以满足变电站综合自动化系统全方位测试需求为出发点，既可完成变电站自动化系统的整体功能和性能测试，如海量数据测试、网络分层测试；也可完成系统各类型设备的实时闭环仿真测试，如设备功能、性能测试、实时四遥测试、保护事件模拟重演、协议测试及报文解析等功能。
2.2系统应用软件功能
系统应用软件由数据库组态工具、仿真控制台、串口103进程、网络103服务端进程和IEC61850MMS服务端进程组成。系统运行在统一支撑平台上，平台提供高效实时数据库，用以存储厂站二次采集点信息和自动测试任务。数据库容量支持同时模拟16个厂站，500台不同通信方式、不同类型的装置，且提供专业工具，可方便地对数据库进行容量操作。进程间通信利用统一平台提供的事件代理功能，即利用事件的发布和订阅机制进行交互。
数据库组态工具主要负责建立厂站二次采集点信息和定制测试任务，并保存于实时数据库中。主要功能包括：①建立厂站二次采集点信息，配置厂站、装置和测点属性信息；②定制自动测试任务；③定义模拟故障动作内容，包括定义相关遥信、相关保护测量、相关保护动作和相关录波文件；④定义遥控点相关整组动作内容，包括动作类型、动作上送顺序、动作上送时间间隔和相关测点等。工具可直接导入变电站配置描述（SCD）文件或远动机配置文本，在实时库中快速建立厂站二次采集点信息。
仿真控制台由人机界面、控制中心、命令处理中心、监视中心组成。控制台通过访问实时库，由人机界面显示厂站二次采集信息、装置运行状态、定制的自动测试任务、操作记录和仿真报文；控制中心负责接收来自人机界面的手动测试任务，处理自动测试任务，并将所有测试任务进行预处理并分解，形成控制命令队列并发送给命令处理中心；命令处理中心接收到控制命令后启停相应的虚拟装置；监视中心负责报文监视及自动存储，操作记录和仿真测试记录处理及存储。
IEC61850MMS服务端进程用于仿真模拟61850装置。一个服务端进程仿真模拟一台装置。服务端进程通过访问实时库，建立服务器、逻辑装置、逻辑节点、数据、数据属性、数据集、报告控制块、定值控制块等模型对象，实现IEC61850的服务功能，包括关联服务、目录类服务、报告服务、控制服务、定值服务、文件传输服务。关联服务可同时接收多个不同后台监控系统的连接，为不同后台监控系统提供不同的访问视窗，各后台监控系统对服务端的请求和设置等模型对象，实现IEC61850的服务功能，包括关联服务、目录类服务、报告服务、控制服务、定值服务、文件传输服务。关联服务可同时接收多个不同后台监控系统的连接，为不同后台监控系统提供不同的访问视窗，各后台监控系统对服务端的请求和设置等服务端进程接收后台监控系统的遥控服务请求，并响应上送相应的返校报文，遥控执行完成后，修改实时库中遥控关联的遥信点状态，并上送数据变化报告，遥调和调挡过程与遥控过程类似。定值服务用于向后台监控系统上送定值信息，文件传输服务用于向后台监控系统上送录波波形文件。
服务端进程接收后台监控系统的遥控服务请求，并响应上送相应的返校报文，遥控执行完成后，修改实时库中遥控关联的遥信点状态，并上送数据变化报告，遥调和调挡过程与遥控过程类似。定值服务用于向后台监控系统上送定值信息，文件传输服务用于向后台监控系统上送录波波形文件统发送“请求1级用户数据”或“请求2级用户数据”；进程收到用户数据请求报文后上送相应的1级或2级用户数据。进程通过不断收到控制系统的“链路请求”报文并响应，实现１级或2级用户数据的上送。进程周期收到控制系统发送的总查询命令并发送响应报文；进程收到控制系统的遥控选择/遥控执行命令，发送选择确认/执行确认响应报文，随后发送含有1级数据需要上送的“链路请求”响应报文，响应控制系统的“请求１级用户数据”报文，从而实现将遥信变位上送；遥调和调挡操作过程类似。
网络103服务端进程用于仿真网络103装置。进程中一个线程仿真模拟一台装置。服务端进程通过访问实时库，获得装置通用分类信息。进程在TCP/IP网络广播发送用户数据报协议（UDP）报文，接收客户端建立ＴＣＰ链接请求，与客户端建立TCP链接，响应总查询命令，全遥测数据周期主动上送，变化数据主动上送，响应通用分类服务读命令，执行通用分类服务写命令。
3．仿真测试系统实际运行效果
自仿真测试系统投入运行以来，已在变电站自动化系统验收现场中多次实际应用，在不同的变电站自动化监控系统中进行了雪崩测试、事故遥信测试、遥测量变化测试等。
利用FujitsuRX300Linux服务器（主频2.66GHz、内存32GB），同时模拟14个IEC61850厂站和2个传统103厂站，装置数量达到500台，模拟单厂站数据总流及事故遥信，验证后台及集控中心SCADA系统性能。具体模拟过程如下：
１）利用数据库组态工具创建厂站二次采集点信息，并定制遥信雪崩测试、事故遥信测试和遥测量变化测试任务。
对于61850厂站通过导入厂站的SCD文件，生成采集模型。采集模型分为IEC61850模型信息和测点信息２个部分，并通过解析SCD文件中通信配置获得装置MMS网络的IP地址；传统103厂站通过导入远动机信息文本生成装置模型，再创建装置及测点信息；从而在实时库中快速创建厂站二次采集点信息。
定制雪崩测试任务：每个厂站定义厂站级自动测试任务，即每间隔１ｓ模拟发送全遥信变位信号、全遥测越限信号、保护动作信号。
定制事故遥信测试任务：仿真事故时保护动作及开关动作全过程，设置如下内容。①事故名称；②相关遥信状态，如开关状态、事故总信号；③相关动作元件，如装置启动、距离Ⅰ段动作、重合闸动作；④故障相别；⑤故障信息，包含故障相别、故障测距（短路位置）、最大故障电流和最大零序电流；⑥103装置波形文件列表/IEC61850装置录波完成报告；⑦波形文件。
定制遥测量变化测试任务：遥测量变化测试是指按设置的变化函数仿真输出电压、电流等遥测量，测试系统的响应情况。如以阶梯函数输出变化遥测量，其值从0变化至死区值范围内的一个较小值时，后台的遥测显示值应无变化，即满足后台遥测死区功能；再变化至下下限值以下、下下限值以上至下限值以下、正常范围值、上限值以上至上上限值以下、上上限值以上时，后台遥测显示值应相应变化并正确显示，后台有相应的越限告警事件。
２）装置IP地址绑定网卡
Linux操作系统单网卡最多支持255个别名，故单网卡最多绑定255个IP地址。基于此，服务器配置双网卡，每块网卡绑定250个装置IP地址，每个IP地址供IEC61850服务端进程模拟装置使用，即通过该IP地址侦听。
３）仿真模拟
仿真控制台根据实时库内容，启动相应仿真模拟装置进程，并管理仿真装置进程。后台进行遥控、调挡等控制操作时，直接与仿真装置进程进行信息交互，仿真装置进程将信息交互过程等发送给控制台进行报文和测试记录处理，并将控制结果更新实时库。
在遥信遥测雪崩下，后台可进行遥控操作，测试后台监控系统响应情况。测试在全站存在较大信息流量时后台监控系统能否正常完成数据处理，如不出现SOE事件记录部分丢失现象，遥控成功、遥信遥测遥控响应速度满足要求。
虚拟装置正常仿真模拟运行时，手动触发事遥信测试任务，仿真装置上送事故时相关遥信、相关动作元件、故障信息及波形文件。
利用本仿真测试系统可实现用1台计算机同时模拟多达16个厂站500台多种通信方式、多种通信协议的多种型号装置。实际应用效果表明，仿真测试系统能正确完成系统仿真和各类型装置仿真，具有人机界面友好、操作灵活、设置方便、运行稳定可靠、功能齐全及测试效率高等特点。仿真测试系统从根本上提高了变电站自动化人员的工作效率和技术水平，为运行变电站日常维护工作、新建主站系统信号核对工作提供了一种便利的工具，具有良好的社会效益和经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其特征在于，其仿真装置包括TCP/IP网络通信模块和串口虚拟103装置，所述TCP/IP网络通信模块连接网络虚拟103装置和虚拟61850装置，所述串口虚拟103装置通过串口连接协议转换装置，且协议转换装置与TCP/IP网络通信模块相接，所述TCP/IP网络通信模块外接变电站后台监控中心、运动通信装置和保护信息管理装置；
该仿真装置的测试系统由硬件平台、操作系统平台、中间件层、统一支撑平台层和应用软件层组成；
所述串口虚拟103装置是通过计算机内的多串口扩展卡，扩展出多个RS-232串口，每个通信串口代表应用一种通信协议的多种不同型号的装置，流经此串口的信息是103协议的报文，经串口与协议转换装置进行信息交互；
所述网络虚拟103装置和虚拟61850装置是将装置ＩＰ地址绑定计算机的网卡，流经此网卡的信息是网络103协议和IEC61850协议的报文，经TCP/IP网络通信模块与变电站自动化后台监控系统、运动通信管理机、保护信息管理装置通信，进行信息交互。
2.根据权利要求1所述的一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其特征在于，所述硬件平台由Inter、SUN、IBN以及HP组成。
3.根据权利要求1所述的一种变电站自动化系统实时仿真装置，其特征在于，所述操作系统平台包括Windows、Linux、Solaris、AIX和HP-UX。
4.根据权利要求1所述的一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其特征在于，所述中间件层包括操作系统屏蔽中间件层和公共对象请求代理结构中间件层。
5.根据权利要求1所述的一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其特征在于，所述统一支撑平台层包括面向对象数据库管理平台和分布式网络通信管理平台。
6.根据权利要求1所述的一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其特征在于，所述应用软件层包括IEC61850制造保温规范服务端、网络103服务端、数据库组态工具、仿真控制台和串口103。
7.根据权利要求1所述的一种变电站自动化系统实时仿真装置及测试系统，其特征在于，所述仿真装置的测试系统运行在统一支撑平台上，该统一支撑平台提供高效实时数据库，用以存储厂站二次采集点信息和自动测试任务。
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