CN117614847A - 采集执行单元的仿真方法、计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供采集执行单元的仿真方法、计算机设备，方法包括：获取采集执行单元的装置模型，配置应用层模块包括电子式互感器采样值报文接收子模块、SV报文生成子模块、GOOSE报文生成子模块、SV/GOOSE报文发送子模块、GOOSE报文接收子模块；配置接口层模块；配置若干数据链路层子模块和对应物理层模块。能够模拟采集执行单元与电子式互感器、保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置的报文传输，实现SV与开入量GOOSE报文的分开和共口传输功能，实现对常规互感器、断路器、刀闸、主变压器的一次设备测量和控制的仿真，方便用户对采集执行单元的仿真和研究。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统通信仿真技术领域，尤其涉及一种采集执行单元的仿真方法、计算机设备。
背景技术
新一代自主可控变电站对采集执行单元提出了设计规范，根据规范对采集执行单元的技术要求，采集执行单元执行对一次设备的测量、控制等功能；
相关技术没有较好的采集执行单元的仿真方案，影响了对采集执行单元的研究、试验和推广。
发明内容
本申请实施例提供一种采集执行单元的仿真方法、计算机设备，能够模拟采集执行单元与电子式互感器、保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置的报文传输，实现SV与开入量GOOSE报文的分开和共口传输功能，实现对常规互感器、断路器、刀闸、主变压器的一次设备测量和控制的仿真，方便用户对采集执行单元的仿真和研究。
第一方面，本申请提供了一种采集执行单元的仿真方法，包括：
获取所述采集执行单元的装置模型，所述装置模型由应用层模块、接口层模块、数据链路层模块以及物理层模块依次连接组成；
配置应用层模块，包括电子式互感器采样值报文接收子模块、SV报文生成子模块、GOOSE报文生成子模块、SV/GOOSE报文发送子模块、GOOSE报文接收子模块；
配置接口层模块，用于控制报文在应用层模块与数据链路层模块之间的收发功能；
配置若干数据链路层子模块和对应物理层模块，分别对应与4类设备的报文传输，所述4类设备包括电子式互感器、保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置；
第二方面，本申请提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时，实现前述的采集执行单元的仿真方法的步骤。
第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现上述的多功能测控装置的仿真方法的步骤。
本申请公开了一种采集执行单元的仿真方法、计算机设备，方法包括：获取采集执行单元的装置模型，装置模型由应用层模块、接口层模块、数据链路层模块以及物理层模块依次连接组成；配置应用层模块，包括电子式互感器采样值报文接收子模块、SV报文生成子模块、GOOSE报文生成子模块、SV/GOOSE报文发送子模块、GOOSE报文接收子模块；配置接口层模块，用于控制报文在应用层模块与数据链路层模块之间的收发功能；配置若干数据链路层子模块和对应物理层模块，分别对应与4类设备的报文传输，所述4类设备包括电子式互感器、保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例采集执行单元模型原理示意图；
图2是本发明一种实施例采集执行单元电子式互感器采样值报文接收子模块进程域模型示意图；
图3是本发明一种实施例采集执行单元SV报文生成子模块进程域模型示意图；
图4是本发明一种实施例采集执行单元GOOSE报文生成子模块进程域模型示意图；
图5是本发明一种实施例采集执行单元SV/GOOSE报文发送规律示意图；
图6是本发明一种实施例采集执行单元SV/GOOSE报文发送子模块进程域模型示意图；
图7是本发明一种实施例采集执行单元GOOSE报文接收子模块进程域模型示意图；
图8是本发明一种实施例采集执行单元接口层模块进程域模型示意图；
图9是本发明一种实施例采集执行单元数据链路层模块进程域模型示意图；
图10是本发明另一实施例采集执行单元节点仿真模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本实施例介绍一种采集执行单元的设计方法,包括:
S1.构建采集执行单元电子式互感器采样值报文接收子模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待接收”、“电子式互感器采样值报文接收与解析”、“电气量信息发送”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，按照规约格式解析并提取电子式互感器采样值报文，并发送解析得到的电气量信息。
(3)执行逻辑
触发仿真起始进入“初始化”状态；初始化执行完毕之后进入“等待接收”状态，当电子式互感器的采样值报文到达后，触发中断进入“电子式互感器采样值报文接收与解析”状态，完成电子式互感器采样值报文的接收并按照IEC61850解析得到电子式互感器采集电气量信息，执行完毕再次回到“等待接收”状态，当同一时刻所有电子式互感器采集电气量信息解析完毕则触发自中断跳转至“电气量信息发送”状态，发送电气量信息后回到“等待接收”状态，等待下一次流中断的到来。
S2.构建采集执行单元SV报文生成子模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待接收”、“常规互感器采集电气量信息获取”、“电子式互感器采集电气量信息接收”和“SV报文生成和发送”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；接收电子式互感器采集的电气量信息，利用外部模块访问接口导入常规互感器的电气量输入文件，按文件格式解析并提取电气量信息；
将从所有互感器得到的同一时刻下的电气量数据按照IEC61850协议要求封装生成SV报文，之后发送报文。
(3)执行逻辑
触发仿真起始进入“初始化”状态；初始化执行完毕之后进入“等待接收”状态，若尚未完成常规互感器指定电气量的读取，则触发自中断进入“常规互感器电气量信息获取”利用外部模块访问接口导入电气量输入文件，按文件格式解析并提取电气量信息后回到“等待接收”状态；
当电子式互感器的采集电气量信息到达后，触发中断进入“电子式互感器电气量信息接收”状态，执行完毕后回到“等待接收”状态。
在完成同一时刻所连接的所有常规互感器与电子式互感器的电气量信息的获取后，触发自中断进入“SV报文生成和发送”状态，按照IEC61850协议标准封装生成SV报文并发送。
S3.构建采集执行单元GOOSE报文生成子模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“GOOSE心跳报文发送”、“GOOSE变位报文发送”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；利用外部模块访问接口完成导入开关量输入文件，文件中包含断路器、刀闸的开关状态信息以及关联的时间信息；判别断路器刀闸的开关状态信息；
如果没有开关状态发生改变,则按照IEC61850协议创建开关量输入的GOOSE心跳报文，如果有开关状态发生改变,则按照协议标准创建开关量变位的GOOSE报文，将报文沿着包流线发送，同时根据设置的GOOSE报文重传间隔规律确定下一次开关量输入的GOOSE报文的发送时刻；
按文件格式解析并提取开关量信息。
(3)执行逻辑
触发仿真起始进入“初始化”状态；初始化执行完毕之后进入“GOOSE心跳报文发送”状态，执行完毕后等待下一次心跳报文发送时刻到达，触发自中断重新跳转回到“GOOSE心跳报文发送”状态；
若某一时刻读取开关量发生变位，触发强制中断进入“GOOSE变位报文发送”状态，按照IEC61850协议封装生成GOOSE报文并发送，执行完毕后判断最后一帧变位报文是否发送完毕：若是，则触发自中断跳转到“GOOSE心跳报文发送”状态；若否，则触发自中断回到“GOOSE变位报文发送”状态。
S4.构建采集执行单元SV/GOOSE报文发送子模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待接收”、“SV报文接收”、“开入量GOOSE报文接收”和“SV和开入量GOOSE报文发送”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；接收同一时刻SV报文生成模块生成的电气量信息SV报文和GOOSE报文生成模块生成的一次开关设备开入量GOOSE报文，之后根据两类报文共口或分开传输的需求，设置两类报文的发送逻辑和速率并将报文发往接口层模块。
(3)执行逻辑
触发仿真起始进入“初始化”状态；初始化执行完毕之后进入“等待接收”状态，
当SV报文生成模块的电气量SV报文到达时，触发中断跳转至“SV报文接收”状态，完成SV报文的接收后跳转至“等待接收”等待下一次流中断；
当GOOSE报文生成模块的开入量GOOSE报文到达时，触发中断跳转至“GOOSE报文接收”状态，完成GOOSE报文的接收后跳转至“等待接收”等待下一次流中断；
当同一时刻的SV报文和开入量GOOSE报文接收完毕，触发自中断跳转至“SV和GOOSE报文发送”状态；
完成SV和开入量GOOSE报文发送后回到“等待接收”等待下一次流中断。
S5.构建采集执行单元GOOSE报文接收子模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待接收”、“开出量GOOSE报文接收与解析”和“跳合闸指令生成”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；接收来自保护类装置的开出量GOOSE报文，经过IEC61850协议解析后形成断路器跳闸指令，以及接收来自控制类装置的开出量GOOSE报文，经过解析后形成断路器、刀闸、主变压器的跳合闸和调节指令，通过电缆或光缆连接将指令发往一次设备。
(3)执行逻辑
触发仿真起始进入“初始化”状态；初始化执行完毕之后进入“等待接收”状态，当来自接口层模块的开出量GOOSE报文到达后，触发中断进入“开出量GOOSE报文接收与解析”状态，完成开出量GOOSE报文的接收，并解析生成对应的断路器跳闸指令或断路器、刀闸、主变压器的跳合闸和调节指令，将指令发往一次设备。
S6.构建采集执行单元接口层模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待接收”、“电子式互感器采样值报文到达”、“开出量GOOSE报文到达”、“SV报文和开入量GOOSE报文到达”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；接收报文并判别接收到的报文类型并将报文沿包流线传输至对应的模块；
当流入所述接口层模块的源报文为所述电子式互感器采样值报文时，则传输至所述应用层模块的所述电子式互感器采样值报文接收子模块；
当流入所述接口层模块的源报文为所述开出量GOOSE报文时，则转发至所述应用层模块的所述GOOSE报文接收子模块；
当流入所述接口层模块的源报文为所述SV报文和开入量GOOSE报文时，则转发至SV和GOOSE报文发送端口对应的数据链路层子模块。
(3)执行逻辑
触发仿真起始进入“初始化”状态；初始化执行完毕之后进入“等待接收”状态；如果报文到达且类型为电子式互感器采样值报文，触发流中断进入“电子式互感器采样值报文到达”状态,执行完毕后直接转移回到“等待”状态,等待下一次流中断的到来；
如果报文到达且类型为开出量GOOSE报文，触发流中断进入“开出量GOOSE报文到达”状态,执行完毕后直接转移回到“等待”状态,等待下一次流中断的到来。
如果报文到达且类型为互感器采样值报文SV报文和一次开关状态量GOOSE报文，触发流中断进入“SV报文和开入量GOOSE报文到达”状态,执行完毕后直接转移回到“等待”状态,等待下一次流中断的到来。
S7.构建采集执行单元数据链路层模块。
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待”、“报文到达”。
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息，为端口设置MAC地址，数据链路层模块中有k个独立子模块，每个子模块可根据需要配置1-2个SV/GOOSE报文发送端口和1个接收端口；
数据链路层会对流入模块的报文的目的地址和源地址进行判别：当源报文的源地址对应为所述4类装置，则按照以太网协议帧格式解析报文，将解析后的报文沿包流线向接口层发送；
当源报文的源地址对应为所述采集执行单元，则按照以太网协议帧格式封装报文，通过数据链路层子模块配置的发送端口将封装后的报文沿包流线单独通过1个发送端口发送或分别通过2个发送端口发送。
(3)执行逻辑
触发仿真起始中断进入“初始化”状态。初始化执行完毕后,进入“等待”状态。如果有报文到达,触发流中断进入“报文到达”状态,执行完毕后直接转移回到“等待”状态,等待下一次流中断的到来。
S8.构建采集执行单元物理层模块，
(1)状态设置
至少需要设置的状态有：“初始化”、“等待”、“发送报文”、“接收报文”
(2)功能实现
初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息，等待报文的到达，判断收到的报文的来源：若报文来自数据链路层子模块，则将报文输出速率与所直连链路匹配，将数据包转变成比特流发送；若报文来自保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置，则将报文沿包流线向数据链路层发送。
(3)执行逻辑
触发仿真起始中断进入“初始化”状态。初始化执行完毕后,进入“等待”状态。如果有报文到达，若报文来自数据链路层子模块，触发流中断进入“发送报文”，若来自数据链路层子模块，则触发流中断进入“接收报文”状态，执行完毕后直接转移回到“等待”状态,等待下一次流中断的到来。
S9.封装采集执行单元仿真元件。
完成采集执行单元电子式互感器采样值报文接收子模块、SV报文生成子模块、GOOSE报文生成子模块、SV/GOOSE报文发送子模块、GOOSE报文接收子模块、接口层模块、数据链路层模块、物理层模块的构建后用包流线将各模块连接起来,报文沿包流线传递,然后封装成自定义的采集执行单元仿真元件。
S10.设置外部属性。
对封装的自定义“采集执行单元仿真元件”,允许用户通过参数的设置来控制数据的读取和动作行为，“采集执行单元仿真元件”可设置的外部属性有：采集执行单元所连接的电子式互感器的数量，采集执行单元所连接的常规互感器的数量，采集执行单元所连接的一次开关设备的数量，读取外部文件的路径,采集执行单元接收报文、发送报文的物理层端口数量，报文的发送和接收的统计信息等。
下面介绍本发明的另一个实施例,以OPNET仿真软件为平台,通过具体的算例说明本发明的智能变电站采集执行单元的仿真设计方法,本发明提供的仿真设计方法并不局限于OPNET仿真软件,其余的通信网络仿真平台例如NS2、MATLAB等同样可实施。
下面为在OPNET平台中对采集执行单元模型的仿真建模步骤，参考如图1所示的采集执行单元模型原理示意图，进行仿真建模，
第一步，构建采集执行单元电子式互感器采样值报文接收子模块，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下:
(1)设置“初始化”状态
转移条件：仿真开始；
功能：初始化电子式互感器采样值报文接收模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息，为仿真做准备；
(2)设置“等待接收”状态
转移条件：“初始化”状态结束，“电子式互感器采样值报文接收与解析”状态结束且同一时刻下的所有电子式互感器采样值报文均接收解析完毕，“电气量信息发送”状态结束；
功能：等待电子式互感器采样值报文到达；
(3)设置“电子式互感器采样值报文接收与解析”状态
转移条件：“等待接收”状态结束且电子式互感器采样值到达；
功能：接收与采集执行单元外接的所有电子式互感器的同一时刻下的采样值报文，解析得到电气量信息并根据电气量信息种类的不同将信息存储在不同变量中，判断是否收到了同一时刻下本采集执行单元连接的所有电子式互感器的电气量信息。
(4)设置“电气量信息发送”状态
转移条件：“电子式互感器采样值报文接收与解析”状态结束且本采集执行单元连接的所有电子式互感器同一时刻下所有电子式互感器的电气量信息均解析完成；
功能：将收集得到的同一时刻下本采集执行单元连接的所有电子式互感器的电气量信息沿着包流线向接口层发送。
如图2所示，电子式互感器采样值报文接收子模块的执行逻辑为:当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态执行完毕后直接进入“等待接收”状态。如果电子式互感器的报文到达后(ARRVL)，触发流中断进入“电子式互感器采样值报文接收与解析”状态“电子式互感器采样值报文接收与解析”状态结束后判断当前是否已经将同一时标下的所有电子式互感器采样值报文接收完毕,如果是(ENOUGH),触发自中断进入“电气量信息发送”状态，“电气量信息发送”状态执行完毕后直接转移到“等待接收”状态,等待下一次流中断的到来,如果不是(NOT ENOUGH),触发自中断进入到“等待接收”状态,等待下一次流中断的到来；
第二步，构建采集执行单元SV报文生成子模块，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下:
(1)设置“初始化”状态
转移条件：仿真开始；
功能：初始化电子式互感器采样值报文接收模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；
(2)设置“等待接收”状态
转移条件：“初始化”状态结束；“常规互感器采集电气量信息获取”状态结束；“电子式互感器采集电气量信息接收”状态结束；“电SV报文生成及发送”状态结束；
功能：判断是否完成常规互感器指定电气量的读取；等待电子式互感器采样值报文到达；
(3)设置“常规互感器采集电气量信息获取”状态
转移条件：“等待接收”状态结束且尚未完成常规互感器外部文件中指定电气量的读取；
功能：读取常规互感器电气量信息外部文件中指定的电气量数据(电压或电流)以及时间信息，并根据电气量数据种类的不同将数据存储在不同的变量中；
(4)设置“电子式互感器采集电气量信息获取”状态
转移条件：“等待接收”状态结束且电子式互感器采集电气量报文到达；
功能：接收同一时刻所有电子式互感器采集电气量信息，判断是否收到了同一个时刻下本采集执行单元连接的所有电子式互感器的电气量信息；
(5)设置“SV报文生成及发送”状态
转移条件：“等待接收”状态结束且本采集执行单元连接所有电子式互感器和常规互感器同一个时刻下的采集电气量信息均获取完成；
功能：生成相应格式的SV报文，并将从电子式互感器和常规互感器获取的同一个时刻下的含有电气量信息的数据封装进SV报文中对应的字段中，将报文沿着包流线发送，更新发包统计量信息。
如图3所示，SV报文生成子模块的执行逻辑为:当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态执行完毕后直接进入“等待接收”状态。如果尚未完成常规互感器指定采集电气量信息的获取，触发自中断进入“常规互感器采集电气量信息获取”状态，执行完毕后回到“等待接收”状态；若同一时刻下所有电子互感器采集电气量报文到达，触发流中断进入“电子式互感器电气量信息接收”状态，执行完毕后回到“等待接收”状态。
当所有电子式、常规互感器的同一时刻采集电气量信息接收完毕，触发自中断进入“SV报文生成及发送”状态，“SV报文生成及发送”状态执行完毕直接回到“等待接收”状态等待下一个流中断；
第三步，构建采集执行单元GOOSE报文生成子模块，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下:
(1)设置“初始化”状态
转移条件：仿真开始；
功能：初始化GOOSE报文生成子模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息，读取外部软件PSCAD所输出的开关量状态文件中所包含的断路器开关状态信息以及时间信息，并将其存储为一个数据表，如表1所示,为仿真做准备；
| 时间 | 开关状态(0表示闭合,1表示断开) |
| t1 | 0或1 |
| … | … |
| tm | 0或1 |
(2)设置“GOOSE心跳报文发送”状态
转移条件：“初始化”状态结束、“心跳报文发送”状态结束且下一个心跳GOOSE报文发送时刻到达；“变位报文发送”状态结束且GOOSE变位报文的最后一帧报文发送完毕；
功能：按照GOOSE报文格式创建报文，将读取到开关状态封装进所创建的GOOSE报文的相应字段中,将报文沿着包流线输出到SV/GOOSE报文发送子模块，同时判断该开关状态与上一时刻读取的开关状态是否相同：若是则根据设置的GOOSE心跳报文发送间隔计算下一次发包时刻；若否，则产生一个用于跳转到“变位报文发送”的强制中断；
(3)设置“GOOSE变位报文发送”状态
转移条件：“变位报文发送”状态结束且下一个发送变位周期报文的时刻到达；读取到的断路器开关状态发生改变；
功能：按照GOOSE报文格式创建报文,将断路器变位后的开关状态封装进所创建的报文的相应字段中，将报文沿着包流线输出到SV/GOOSE报文发送子模块，同时根据设置的GOOSE变位报文发送规律计算下一次发包时刻，则且更新发包统计量。
如图4所示，GOOSE报文生成子模块的执行逻辑为:当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态结束后设置自中断进入“GOOSE心跳报文发送”状态，执行完毕后，如果下一个心跳报文的发送时刻到达，触发自中断再次进入“GOOSE心跳报文发送”状态；如果断路器开关状态改变，触发强制中断进入“GOOSE变位报文发送”状态。“GOOSE变位报文发送”状态结束后,若下一个变位报文的发送时刻到达，触发自中断再次回到“变位报文发送”状态；若最后一个变位报文发送完毕，触发自中断进入“心跳报文发送”状态。
第四步，构建采集执行SV/GOOSE报文发送子模块、在仿真中需要实现的状态及逻辑如下:
(1)设置“初始化”状态
转移条件：仿真开始；
功能：初始化GOOSE报文生成子模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；
(2)设置“等待接收”状态
转移条件：“初始化”状态结束，“SV报文接收”状态结束，“GOOSE报文接收”状态结束，“SV报文和GOOSE报文发送”状态结束；
功能：等待报文的到达；
(3)设置“SV报文接收”状态
转移条件：来自SV报文生成子模块的SV报文到达；
功能：接收SV报文生成子模块根据同一时刻所有互感器采集电气量信息生成的SV报文；
(4)设置“GOOSE报文接收”状态
转移条件：来自GOOSE报文生成子模块的GOOSE报文到达；
功能：接收GOOSE报文生成子模块根据同一时刻所有一次设备开关量信号生成的GOOSE报文；
(5)设置“SV报文和GOOSE报文发送”状态
转移条件：“等待接收”状态结束且同一时刻的所有SV报文和GOOSE报文均接收完成；
功能：当SV报文和开入量GOOSE报文发送占用不同链路带宽时，将SV报文和开入量GOOSE报文按照各自发送规律进行发送，具体配置为：SV报文的发送间隔为250μs，GOOSE心跳报文的发送时间间隔为5s，GOOSE变位报文的发送时间间隔为2ms-2ms-4ms-8ms，连续发5帧后便以5s时间间隔变成心跳报文；
当SV报文和开入量GOOSE报文发送占用相同链路带宽时，在每个SV报文的发送间隔内，合理配置SV报文和开入量GOOSE报文先后发送。SV报文和GOOSE报文的发送时间间隔如上所述，这里不再赘述。
若SV报文的发送时间间隔为250μs，配置先发送SV报文再发送GOOSE报文，其中传输一帧完整的SV报文所需时间为T1，传输一帧完整的GOOSE报文所需时间为T2，T1与T2之和需小于250μs，如图5所示；
如图6所示，SV/GOOSE报文发送子模块的执行逻辑为：当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态结束后设置自中断进入“等待接收”状态，如果接收到SV报文，触发流中断进入“SV报文接收”状态执行完毕后回到“等待接收”状态；如果接收到GOOSE报文，触发流中断进入“GOOSE报文接收”状态执行完毕后回到“等待接收”状态；如果同一时刻的SV报文和GOOSE报文接收完毕，触发自中断进入“SV报文和GOOSE报文发送”状态，根据SV报文和开入量GOOSE报文发送占用不同或相同链路带宽按照不同的发送规律发送两类报文，之后回到“等待接收”等待下一次流中断的到来。
第五步，构建采集执行单元GOOSE报文接收子模块，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下:
(1)设置“初始化”状态
转移条件：仿真开始；
功能：初始化GOOSE报文生成子模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；
(2)设置“等待接收”状态
转移条件：“初始化”状态结束，“开出量GOOSE报文接收与解析”状态结束；
功能：初始化GOOSE报文生成子模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息；
(3)设置“开出量GOOSE报文接收与解析”状态
转移条件：开出量GOOSE报文到达；
功能：接收保护类装置的开出量GOOSE报文以及接收来自控制类装置的开出量GOOSE报文，经过IEC61850协议解析后形成断路器跳闸指令，以及断路器、刀闸、主变压器的跳合闸和调节指令，通过电缆或光缆连接将指令发往一次设备；获取进程模型运行所需的相关信息；
如图7所示，GOOSE报文接收子模块的执行逻辑为：当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态结束后设置自中断进入“等待接收”状态，如果接收到开出量GOOSE报文，触发流中断进入“开出量GOOSE报文接收与解析”状态，执行完毕后回到“等待接收”状态，等待下一次流中断的到来。
第六步，构建采集执行单元接口层模块，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下：
(1)设置“初始化”状态
转移条件：仿真开始；
功能：在仿真启动时初始化本模块的相关功能,获取进程模型运行所需的相关信息,为仿真做准备；
(2)设置“初始化2”状态
转移条件:“初始化”状态结束；
功能:等待数据链路层中所有子模块初始化完成；
(3)设置“等待”状态
转移条件:“初始化2”状态结束；
功能:创建一个链表用于记录所连接的数据链路层中所有子模块的信息(包括数量以及包流线的索引)，数据链路层中子模块的mac地址对应4类装置：电子式互感器、保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置；
(4)设置“空闲”状态
转移条件:“等待”状态结束；“应用层报文到达”状态结束；“数据链路层层报文到达”状态结束；
功能：等待报文的到来，判断收到的报文的来源(来自应用层还是数据链路层)；
(5)设置“应用层报文到达”状态
转移条件:“等待”状态结束，报文到来且来源为应用层报文；
功能：将报文沿着包流线发送到所有对外发送报文的数据链路层子模块中；
(6)设置“数据链路层报文到达”状态
转移条件:“等待”状态结束，报文到来且来源为数据链路层报文；
功能：解析报文的mac地址，若mac地址对应为电子式互感器，则将报文沿包流线发送到电子式互感器采样值报文接收子模块；若MAC地址对应为保护类、测控类装置，则将报文沿包流线发送到GOOSE报文接收子模块；
如图8所示，接口层模块的执行逻辑为:当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态执行完毕后设置自中断进入“初始化2”状态，执行完毕后触发自中断进入“等待”状态，“等待”状态执行完毕后设置自中断进入“空闲”状态，若应用层的报文到达(满足“应用层报文到达”状态)，触发流中断进入“应用层报文处理”状态，“应用层报文到达”状态执行完毕后直接转移回到“空闲”状态,等待下一次流中断的到来；若数据链路层的报文到达(数据链路层的报文到达)，触发流中断进入“数据链路层报文处理”状态，执行完毕后直接转移回到“空闲”状态，等待下一次流中断的到来。
第七步，构建采集执行单元数据链路层子模块mac，为了实现多收多发功能，数据链路层模块中需要包含多个子模块(子模块的数量根据需要可设置)，每一个子模块仿真一个独立端口即MAC地址，每个数据链路层子模块可根据需要配置1～2个发送端口，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下:
(1)设置“初始化”状态
转移条件:仿真开始；
功能:在仿真启动时初始化本模块的相关功能，获取进程模型运行所需的相关信息,为端口设置MAC地址，为仿真做准备；
(2)设置“空闲”状态
转移条件:“初始化”状态结束；“报文到达”状态结束；
功能:等待报文的到来；
(3)设置“报文到达”状态
转移条件:“空闲”状态结束且报文到达；
功能：判断报文来自于应用层还是物理层,如果是来自于应用层的SV报文和开入量GOOSE报文，按照以太网协议帧格式封装报文并按照所配置的1或2个物理层发送端口将两类报文沿包流线共同或分开发送至物理层发送端口；
如果是来自于物理层的报文，按照以太网协议帧格式解析报文，如果该报文能被接收(地址匹配),将解析后的报文沿包流线向接口层模块发送,如果报文不能被接收则将该报文销毁。
如图9所示,数据链路层模块mac的执行逻辑为:当OPNET仿真开始的时候触发仿真起始中断进入“初始化”状态，“初始化”状态执行完毕后设置自中断进入“空闲”状态，若报文到达，触发流中断进入“报文到达”状态，“报文到达”状态执行完毕后直接转移回到“空闲”状态,等待下一次流中断的到来。在OPNET平台中为了实现“报文到达”状态，该状态还调用了OPNET自带的子进程域模型来实现相关功能，图中并未显示。
第八步，构建采集执行单元物理层模块hub，为每一个数据链路层子模块构建配置，在仿真中需要实现的状态及逻辑如下：
OPNET中的物理层不提供进程模型，直接使用自带的收、发信机模型构建物理层模块,设置好收发信机的属性，如收发包格式、速率等即可。
第九步，完成各模块的构建后,用包流线将各模块连接起来，采集执行单元节点仿真模型的原理图如图10所示，报文沿包流线传递。
第十步,模型构建完毕后,为了允许用户通过参数的设置来控制数据的读取和模型的行为,给模型设置可以由用户自定义的外部属性,包括采集执行单元所连接的电子式互感器的数量,采集执行单元所连接的常规互感器的数量,采集执行单元读取外部文件的路径，采集执行单元接收报文的端口数量，采集执行单元发送报文的端口数量，报文的发送和接收的统计信息等。
通过本实施例在OPNET平台中对采集执行单元节点模型的建模,使得仿真过程中的采集执行单元具有：
接收汇集多个电子式互感器采集电气量信息的电压电流量,也可以接收常规互感器的数据文件，封装合并成SV报文并对外发送给多个端口，且能对报文发送和接收进行统计(发/收包量、发/收包速率等)的功能；
能够接收保护类和控制类装置的开出量GOOSE报文并解析生成对应的的断路器跳闸指令或断路器、刀闸、主变压器的跳合闸和调节指令，将指令发往一次设备。也具有读取外部数据文件中的断路器刀闸开关状态，将开关量信息封装成GOOSE报文，同时能够将开入量GOOSE报文发送给保护类、控制类以及录波和计量类装置，也能够接收多个发送的GOOSE报文，且能对报文发送和接收进行统计(发/收包量、发/收包速率等)的功能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种采集执行单元的仿真方法，其特征在于，包括：
获取所述采集执行单元的装置模型，所述装置模型由应用层模块、接口层模块、数据链路层模块以及物理层模块依次连接组成；
配置应用层模块，包括电子式互感器采样值报文接收子模块、SV报文生成子模块、GOOSE报文生成子模块、SV/GOOSE报文发送子模块、GOOSE报文接收子模块；
配置接口层模块，用于控制报文在应用层模块与数据链路层模块之间的收发功能；
配置若干数据链路层子模块和对应物理层模块，分别对应与4类设备的报文传输，所述4类设备包括电子式互感器、保护类装置、控制类装置、录波和计量类装置。
2.根据权利要求1所述的采集执行单元的仿真方法,其特征在于，所述配置应用层模块包括：
所述电子式互感器采样值报文接收子模块，解析电子式互感器采样值报文，获取电气量信息；
所述SV报文生成子模块，接收所述电子式互感器采样值报文接收子模块的电气量信息，获取来自常规互感器的电气量信息，按照IEC61850标准封装生成SV报文；
所述GOOSE报文生成子模块，获取一次设备的开关量数据，按照IEC61850标准封装生成开入量GOOSE报文；
所述SV/GOOSE报文发送子模块，接收所述SV报文生成子模块生成的SV报文，和所述GOOSE报文生成子模块生成的开入量GOOSE报文，封装SV/GOOSE发送报文；
所述GOOSE报文接收子模块，获取来自所述保护类装置及所述控制类装置生成的开出量GOOSE报文，解析所述开出量GOOSE报文并生成跳合闸指令。
3.根据权利要求2所述的采集执行单元的仿真方法,其特征在于，所述配置接口层模块包括：
当流入所述接口层模块的源报文为所述电子式互感器采样值报文时，则转发至所述应用层模块的所述电子式互感器采样值报文接收子模块；
当流入所述接口层模块的源报文为所述开出量GOOSE报文时，则转发至所述应用层模块的所述GOOSE报文接收子模块；
当流入所述接口层模块的源报文为所述SV/GOOSE发送报文时，则转发至SV/GOOSE报文发送端口对应的数据链路层子模块。
4.根据权利要求2所述的采集执行单元的仿真方法，其特征在于，所述的配置若干数据链路层子模块和对应物理层模块，包括：
当与电子式互感器进行报文传输时，配置若干个数据链路层子模块，每个数据链路层子模块配置1个接收端口，用于接收所述电子式互感器采样值报文；
当与保护类装置、控制类装置进行报文传输时，配置若干个数据链路层子模块，每个数据链路层子模块配置1-2个发送端口和1个接收端口，用于发送所述SV/GOOSE发送报文和接收所述开出量GOOSE报文；
当与录波和计量类装置进行报文传输时，配置若干个数据链路层子模块，每个数据链路层子模块配置1-2个发送端口，用于发送所述SV/GOOSE发送报文。
5.根据权利要求4所述的采集执行单元的仿真方法，其特征在于，所述数据链路层子模块配置1-2个发送端口，包括
当SV报文和开入量GOOSE报文分开传输时，设置2个SV/GOOSE报文发送端口，1个端口发送SV报文，1个端口发送开入量GOOSE报文；
当SV报文和开入量GOOSE报文共口传输时，设置1个SV/GOOSE报文发送端口，发送SV报文和开入量GOOSE报文。
6.根据权利要求2所述的采集执行单元的仿真方法，其特征在于，所述封装SV/GOOSE发送报文，包括：
当SV报文和开入量GOOSE报文分开传输时，将SV报文和开入量GOOSE报文按照各自发送规律进行发送；
当SV报文和开入量GOOSE报文共口传输时，根据情况具体有：
当SV报文和开入量GOOSE报文发送分别占用不同链路带宽时，将SV报文和开入量GOOSE报文按照各自发送规律组合进行发送；
当SV报文和开入量GOOSE报文发送共同占用相同链路带宽时，在每个SV报文的发送间隔内，合理布置SV报文和开入量GOOSE报文先后发送。
7.根据权利要求2所述的采集执行单元的仿真方法，其特征在于，所述SV报文包括：
在同一时刻的同一间隔或者同一母线的所有电子式互感器与常规互感器采集的电气量信息。
8.根据权利要求2所述的采集执行单元的仿真方法，其特征在于，所述GOOSE报文包括：
开入量GOOSE报文和开出量GOOSE报文；
所述开入量GOOSE报文包括一次设备的状态信号；所述开出量GOOSE报文包括对一次设备的控制命令。
9.根据权利要求2所述的采集执行单元的仿真方法，其特征在于，所述GOOSE报文接收子模块的执行逻辑包括：
接收来自保护类装置的开出量GOOSE报文，经过解析后形成断路器跳闸指令，以及接收来自控制类装置的开出量GOOSE报文，经过解析后形成断路器、刀闸、主变压器的跳合闸和调节指令，通过电缆或光缆连接将指令发往一次设备。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-9中任一项所述的采集执行单元的仿真方法的步骤。
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