CN111600756A - 控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置、系统及方法,其装置包括同轴电缆接口模块,规约转换模块和以太网接口模块,在控制系统硬件在环实时仿真实验中,通信接口装置与实时仿真单元装置配合采集电网运行状态或向电网下达控制措施指令,将同轴电缆接口模块传输的HDLC协议数据与以太网接口模块传输的GOOSE协议数据进行实时相互转换。通信接口装置采用与实际控制执行站装置相同的通信方式、通信内容与上级控制主站装置交互,从而达到等效模拟多个实际控制执行站装置的效果。本发明可以减少控制系统硬件在环实时仿真实验中实际控制执行站装置的配置需求,节省实验投资,提高实验效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置、系统及方法,属于电力系统及自动化技术领域。
背景技术
大区电网安全稳定控制系统具有大型化、广域化、层级化和复杂化的特征。一般采用分层架构,上层控制主站负责根据下层子站传来的电网信息进行电网运行方式、故障及策略的判断,并将指令下发给下层子站;下层控制执行站负责采集相关电气量及开关状态信息,并将信息实时上传至上层控制主站,同时执行控制主站发来的控制指令。上层控制主站装置数量少,但信息输入输出通道多;下层控制执行站装置数量多,但信息处理相对单一,功能基本相同。
在实验室环境下建立控制系统硬件在环实时仿真实验平台时,受仿真资源限制,难以按1:1原则将控制系统全部控制装置接入实验环境。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足,本发明提供一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置、系统及方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
本发明一方面提供一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,包括:
同轴电缆接口模块、规约转换模块和以太网接口模块;
所述同轴电缆接口模块与上层控制主站通信机箱相连接,所述同轴电缆接口模块具备不少于一对同轴电缆接口,每对同轴电缆接口均与上层控制主站通信机箱进行HDLC协议数据的交互;
所述规约转换模块用于将HDLC协议数据与GOOSE协议数据进行相互转换;
所述以太网接口模块与实时仿真单元装置连接,进行GOOSE协议数据的交互。
进一步的,所述同轴电缆接口模块具备不低于八对同轴电缆接口,每对同轴电缆接口包括一个发送端口和一个接收端口;
所述发送端口用于发送电网运行状态数据给上层控制主站通信机箱;
所述接收端口用于接收上层控制主站通信机箱发送过来的控制措施指令。
进一步的,
所述实时仿真单元装置中配置实时仿真模型,所述实时仿真单元装置基于所述实时仿真模型向规约转换模块发送GOOSE协议数据模拟实际控制执行站向控制主站发送电网运行状态数据;以及接收规约转换模块转换的GOOSE协议数据,模拟实际控制执行站接收控制主站向电网下达的控制措施指令。
进一步的,所述以太网接口模块具备一路光纤接口和两路RJ45网线接口。
进一步的,所述规约转换模块具体用于,
配置将GOOSE接收侧数据帧逐一映射到不同同轴电缆接口发送端口数据帧的GOOSE-E1数据映射表,和将不同同轴电缆接口接收端口数据帧逐一映射至GOOSE发送侧数据帧的E1-GOOSE数据映射表;
所述GOOSE接收侧数据帧是指实时仿真单元装置模拟实际控制执行站采集的电网运行状态GOOSE数据;
所述GOOSE发送侧数据帧是指通信接口装置向实时仿真单元装置下发的GOOSE格式的控制措施指令。
进一步的,所述规约转换模块具体用于,
当通信接口装置接收到实时仿真单元装置发送的电网运行状态GOOSE数据,根据GOOSE-E1数据映射表,将GOOSE接收侧数据映射到不同同轴电缆接口发送端口HDLC协议数据中相应位置。
进一步的,所述规约转换模块具体用于,
当通信接口装置接收到控制主站发送的HDLC协议格式的控制措施指令时,根据E1-GOOSE数据映射表,将不同同轴电缆接口接收端口HDLC协议数据映射到GOOSE发送侧数据帧相应位置。
本发明另一方面还提供一种控制系统在环实时仿真实验系统,包括:
控制主站,控制主站通信机箱,通信接口装置和实时仿真单元装置;
所述控制主站与控制主站通信机箱相连,用于下发控制措施指令以及接收电网运行状态数据;
所述控制主站通信机箱与通信接口装置相连,用于进行HDLC协议数据的交互;
所述通信接口装置和实时仿真单元装置相连,用于进行GOOSE协议数据的交互;
所述实时仿真单元装置用于模拟实际控制执行站采集电网运行状态数据或向电网下达控制措施指令。
进一步的,所述实时仿真单元装置中配置实时仿真模型,所述实时仿真单元装置具体用于,
基于所述实时仿真模型向规约转换模块发送GOOSE协议数据模拟实际控制执行站向控制主站发送电网运行状态数据;以及接收规约转换模块转换的GOOSE协议数据,模拟实际控制执行站接收控制主站向电网下达的控制措施指令。
本发明第三方面提供一种控制系统在环实时仿真实验方法,包括:
控制主站通过控制主站通信机箱下发HDLC格式的控制措施指令;
通信接口装置将HDLC格式的控制措施指令转换为GOOSE格式并下发至实时仿真单元装置;
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站接收并执行GOOSE格式的控制措施指令;
以及,
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站采集GOOSE格式的电网运行状态数据;
通信接口装置将GOOSE格式的电网运行状态数据转换为HDLC格式并上传至控制主站通信机箱;
控制主站通信机箱将HDLC格式电网运行状态数据发送至控制主站。
本发明所达到的有益效果为:
本发明提供的一种用于控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,采用同轴电缆接口模块与控制主站连接通信,且同轴电缆接口模块具备不少于一对同轴电缆接口,每对同轴电缆接口等效模拟一套实际控制执行站装置,可以实现一个通信接口装置模拟多套实际控制执行站装置,在大型电网安全稳定控制系统硬件在环实时仿真实验中,有效解决了实验室内因场地及仿真资源限制无法按1:1原则将控制系统全部稳控装置接入仿真环境的问题。在仿真试验中,通信接口装置与实时仿真单元装置配合,模拟实际控制执行站装置采集电网运行状态或向电网下达控制措施指令;通信接口装置采用与实际控制站装置相同的通信方式、通信内容与上级控制主站装置交互,从而等效模拟多个实际控制执行站装置,大大减少仿真实验中实际控制执行站的配置数量,节省实验投资,提高实验效率。
附图说明
图1为本发明的在环实时仿真实验系统示意图。
图2为本发明的通信接口装置结构示意图。
图3为本发明的规约转换模块中GOOSE协议数据接收侧映射至同轴电缆接口数据发送侧示意图。
图4为本发明中的规约转换模块中同轴电缆接口数据接收侧映射至GOOSE协议数据发送侧示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种用于控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,参见图2,包括同轴电缆接口(E1接口)模块、规约转换模块、以太网接口模块;其中,
所述同轴电缆接口(E1接口)模块,具备不低于八对同轴电缆接口,用于HDLC协议数据通信,每对同轴电缆接口包括一个发送端口和一个接收端口。
所述规约转换模块,用于将HDLC协议数据与GOOSE协议数据进行相互转换。
所述以太网接口模块,具备一路光纤接口(LC接头)和两路RJ45网线接口,选取任意一路接口进行GOOSE协议数据通信。
如图1所示,本发明实施例还提供一种用于控制系统在环实时仿真实验系统,按如下步骤搭建:
1)在实时仿真模型中建立发送和接收GOOSE协议模型,在实时仿真单元装置中运行实时仿真模型,利用GOOSE协议双向传递数据,模拟实际控制执行站采集电网运行状态或向电网下达控制措施指令的行为。
2)将通信接口装置的以太网接口模块(网线或光纤)与实时仿真单元装置连接,与实时仿真单元装置交互GOOSE协议数据。
3)通信接口装置通过规约转换模块实现GOOSE协议数据和HDLC协议数据的实时相互转换。
4)将通信接口装置的同轴电缆接口(E1接口)模块与上层控制主站通信机箱通过同轴电缆相连接,进行HDLC协议数据的交互,通信接口装置的每对同轴电缆接口等效模拟一套实际控制执行站装置。每套通信接口装置包括八对同轴电缆接口端子,可以实现一个通信接口装置模拟八套实际控制执行站装置。
5)将控制主站与控制主站通信机箱通过光纤相连,进行HDLC协议数据交互。
通过以上步骤,可以实现等效控制执行站的搭建,并与控制主站进行通信,模拟实际控制执行站采集电网运行状态或执行控制措施,达到电网安全稳定控制系统全逻辑接入的效果。
进一步的,所述规约转换模块负责GOOSE协议数据与HDLC协议数据的实时、自动相互转换,步骤如下:
1)制定协议内容映射配置表,包括GOOSE-E1数据映射表和E1-GOOSE数据映射表。
GOOSE-E1数据映射表中定义GOOSE数据帧和HDLC协议数据帧的位置对应关系;
E1-GOOSE数据映射表中定义HDLC协议数据帧和GOOSE数据帧的位置对应关系。
2)根据GOOSE-E1数据映射表将GOOSE接收侧数据逐一映射到不同E1接口发送侧数据帧中相应位置。
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站采集电网运行状态通过通信接口装置发送至控制主站,以太网接口模块接收到电网运行状态数据称为GOOSE接收侧数据;
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站接收并执行控制主站下达的控制措施指令,以太网接口模块发送该控制措施指令数据,称为GOOSE发送侧数据。
如图3所示,以图中标注为例,当GOOSE接收侧接收到数据,需要将GOOSE数据帧中位置1数据映射到第1个E1接口发送侧HDLC协议数据中位置2,GOOSE数据帧中位置5数据映射到第1个E1接口发送侧HDLC协议数据中位置6,GOOSE数据帧中位置11数据映射到第8个E1接口发送侧HDLC协议数据中位置5,GOOSE数据帧中位置12数据映射到第8个E1接口发送侧HDLC协议数据中位置7,同理,其余GOOSE接收侧数据根据GOOSE-E1数据映射表映射到不同E1接口发送侧HDLC协议数据中相应位置。
3)根据E1-GOOSE数据映射表将不同E1接口接收侧数据逐一映射至GOOSE发送侧数据帧中相应位置。
如图4所示,以图中标注为例,当E1接口接收端接收到数据,需要将第1个E1接口HDLC协议数据帧中位置3数据映射到GOOSE发送侧数据位置5,第1个E1接口HDLC协议数据帧中位置6数据映射到GOOSE发送侧数据位置3, 第8个E1接口HDLC协议数据帧中位置8数据映射到GOOSE发送侧数据位置10,第8个E1接口HDLC协议数据帧中位置10数据映射到GOOSE发送侧数据位置11,同理,其余不同E1接口接收侧HDLC协议数据根据映射表映射到GOOSE发送侧数据相应位置。
通过以上步骤,可完成两侧协议内容转换工作。映射配置表可灵活配置数据映射位置对应关系、帧序号、帧长度、GOOSE数据集等各类参数,可适应稳控所采用自定义协议,与标准的GOOSE协议进行灵活协议转换,具有较强的灵活便利性。
另一方面,本发明还提供一种用于控制系统硬件在环实时仿真实验方法,包括:
控制主站通过控制主站通信机箱下发HDLC格式的控制措施指令;
通信接口装置将HDLC格式的控制措施指令转换为GOOSE格式并下发至实时仿真单元装置;
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站接收并执行GOOSE格式的控制措施指令;
以及,
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站采集GOOSE格式的电网运行状态数据;
通信接口装置将GOOSE格式的电网运行状态数据转换为HDLC格式并上传至控制主站通信机箱;
控制主站通信机箱将HDLC格式电网运行状态数据发送至控制主站。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,包括:
同轴电缆接口模块、规约转换模块和以太网接口模块;
所述同轴电缆接口模块与上层控制主站通信机箱相连接,所述同轴电缆接口模块具备不少于一对同轴电缆接口,每对同轴电缆接口均与上层控制主站通信机箱进行HDLC协议数据的交互;
所述规约转换模块用于将HDLC协议数据与GOOSE协议数据进行相互转换;
所述以太网接口模块与实时仿真单元装置连接,进行GOOSE协议数据的交互。
2.根据权利要求1所述的一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,所述同轴电缆接口模块具备不低于八对同轴电缆接口,每对同轴电缆接口包括一个发送端口和一个接收端口;
所述发送端口用于发送电网运行状态数据给上层控制主站通信机箱;
所述接收端口用于接收上层控制主站通信机箱发送过来的控制措施指令。
3.根据权利要求1所述的一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,
所述实时仿真单元装置中配置实时仿真模型,所述实时仿真单元装置基于所述实时仿真模型向规约转换模块发送GOOSE协议数据模拟实际控制执行站向控制主站发送电网运行状态数据;以及接收规约转换模块转换的GOOSE协议数据,模拟实际控制执行站接收控制主站向电网下达的控制措施指令。
4.根据权利要求1所述的一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,所述以太网接口模块具备一路光纤接口和两路RJ45网线接口。
5.根据权利要求2所述的一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,所述规约转换模块具体用于,
配置将GOOSE接收侧数据帧逐一映射到不同同轴电缆接口发送端口数据帧的GOOSE-E1数据映射表,和将不同同轴电缆接口接收端口数据帧逐一映射至GOOSE发送侧数据帧的E1-GOOSE数据映射表;
所述GOOSE接收侧数据帧是指实时仿真单元装置模拟实际控制执行站采集的电网运行状态GOOSE数据;
所述GOOSE发送侧数据帧是指通信接口装置向实时仿真单元装置下发的GOOSE格式的控制措施指令。
6.根据权利要求5所述的一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,所述规约转换模块具体用于,
当通信接口装置接收到实时仿真单元装置发送的电网运行状态GOOSE数据,根据GOOSE-E1数据映射表,将GOOSE接收侧数据映射到不同同轴电缆接口发送端口HDLC协议数据中相应位置。
7.根据权利要求5所述的一种控制系统在环实时仿真实验的通信接口装置,其特征在于,所述规约转换模块具体用于,
当通信接口装置接收到控制主站发送的HDLC协议格式的控制措施指令时,根据E1-GOOSE数据映射表,将不同同轴电缆接口接收端口HDLC协议数据映射到GOOSE发送侧数据帧相应位置。
8.一种控制系统在环实时仿真实验系统,其特征在于,包括:
控制主站,控制主站通信机箱,通信接口装置和实时仿真单元装置;
所述控制主站与控制主站通信机箱相连,用于下发控制措施指令以及接收电网运行状态数据;
所述控制主站通信机箱与通信接口装置相连,用于进行HDLC协议数据的交互;
所述通信接口装置和实时仿真单元装置相连,用于进行GOOSE协议数据的交互;
所述实时仿真单元装置用于模拟实际控制执行站采集电网运行状态数据或向电网下达控制措施指令。
9.根据权利要求8所述的一种控制系统在环实时仿真实验系统,其特征在于,所述实时仿真单元装置中配置实时仿真模型,所述实时仿真单元装置具体用于,基于所述实时仿真模型向规约转换模块发送GOOSE协议数据模拟实际控制执行站向控制主站发送电网运行状态数据;以及接收规约转换模块转换的GOOSE协议数据,模拟实际控制执行站接收控制主站向电网下达的控制措施指令。
10.一种控制系统在环实时仿真实验方法,其特征在于,包括:
控制主站通过控制主站通信机箱下发HDLC格式的控制措施指令;
通信接口装置将HDLC格式的控制措施指令转换为GOOSE格式并下发至实时仿真单元装置;
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站接收并执行GOOSE格式的控制措施指令;
以及,
实时仿真单元装置模拟实际控制执行站采集GOOSE格式的电网运行状态数据;
通信接口装置将GOOSE格式的电网运行状态数据转换为HDLC格式并上传至控制主站通信机箱;
控制主站通信机箱将HDLC格式电网运行状态数据发送至控制主站。
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