一种电力系统通信及规约实验的系统及方法与流程

本发明涉及电学领域，更具体涉及一种电力系统通信及规约实验的系统及方法。
背景技术：
：高等教育是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志，长期以来我国高等教育中存在的重理论轻实践，重学科轻技术，重研究轻应用的单一的人才培养模式，即所谓的象牙塔式的教育模式，缺少为地方经济建设所需的应用型、适应型人才培养。为改变该现象，国家教育部推出重大改革项目“卓越工程师教育培养计划”。目的是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势增强我国的核心竞争力和综合国力。目前高校与电力系统相关的专业方向主要为智能电网信息工程和电气工程及自动化，专业课程涉及到的基础理论知识覆盖全面且对各种技术理论原理解释详细，满足老师学生展开理论课题研究。然而由于电力系统技术理论到实际的应用需围绕电力线路展开，搭建系统时涉及到输变配用等一次设备，考虑成本和安全因素，无法在学校的实验室内搭建供学生参与的实验系统，目前高校针对该专业的课程实验设计方法主要如下：1)基于电力系统常用仿真软件matlab/simulink，pscad/emtdc，psasp的仿真设计，学生按照实验要求在软件设计电力拓扑和数据仿真，验证设计是否合理。中国专利公开号cn107247418a，公开了一种电力系统动态模拟实验平台装置，包括阀基控制器、单元模拟及控制模块、数字仿真器接口模块、上位机和实时数字仿真器。所述的阀基控制器通过高速光纤依次连接单元模拟及控制模块、数字仿真器接口模块和实时数字仿真器，所述的数字仿真器接口模块还同时通过以太网连接上位机。采用了多个单元模拟及控制模块组合方式搭建了功率单元的模拟阀塔结构，模拟功率单元的单元控制板和功率单元本身的电子和机械特性，该模拟实验平台装置不但能够实现常规的电力系统动态模拟实验，同时能够模拟功率单元本身的各种特性，对功率单元自身的各种故障进行模拟，解决和弥补动模实验平台现有系统里对单元级故障响应及测试的不足。2)基于继保测试装置的电力系统保护原理配置，验证观察对应技术原理的逻辑流程是否正确。3)基于单片机微控制器和嵌入式软件的电力系统二次终端设计，掌握电气专业理论知识应用型转化。分析可知，方法1)实验目的为理论仿真，无工程实践指导。方法2)为单个装置操作，无系统级技术实验。方法3)的设计建立在掌握嵌入式软件开发使用、硬件电路设计、编程语言、微控制器技术和其他设计的功能模块技术，在有限的课程实验时间中，上述技术的准备和掌握占据大部分实验时间，而作为实验目的电气专业知识却本末倒置，教学效果较差，因此当前高校中电力系统相关课程实验均无法有效让学生将所学电力系统自动化专业知识和具体应用衔接。同时，由于电力系统的特殊性，不能在正在运行的线路上进行操作实验，学生走上工作岗位后，不能像其他专业技术通过公司内培训实操理解所学和所用之间的关联，需要很长一段时间进行技术和应用的磨合。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于如何通过电力系统通信及规约实验的系统及方法让学生理解所学和所用之间的关联，有效让学生将所学电力系统自动化专业知识和具体应用衔接。本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种电力系统通信及规约实验的系统，包括云平台、主站软件、通信接入设备以及实训工作站，所述云平台与所述主站软件通讯连接，所述主站软件与所述通信接入设备通过电力系统通信规约方式通讯连接，所述实训工作站有若干个，通信接入设备分别与若干个实训工作站通过通信网络通讯连接；所述云平台用于生成实验课程，导入实验班级花名册，进行分组分配实验；所述主站软件用于接收云平台的实验分配信息，依据实验分配信息分配对应的实验项目拓扑；实训工作站用于获取实验指导流程，按照实验指导流程进行规约代码开发实验操作。本发明利用通信和规约这个贯穿电力系统自动化系统的技术为出发点，课程实验系统涵盖主站软件、通信网络、实训工作站的设备终端等电力系统核心技术体系，通过围绕电力系统数据信息相关的动手操作和规约代码开发，隐藏非电力系统专业技术知识，突出课程实验目的技术知识，让学生掌握电力系统自动化具体应用的完整流程，理解所学和所用之间的关联，有效让学生将所学电力系统自动化专业知识和具体应用衔接。优选的，所述主站软件还用于获取实训工作站的实验数据，并将实验数据结果上传到云平台。优选的，所述云平台还用于根据实验结果中实验值与期望值的准确率以及实验持续时间的长短给出实验考核结果。优选的，所述实验课程的生成过程为：首先设置实验课程名称，选择终端类型，选择规约类型，选择三遥数据项，然后设置所选数据项的期望值，选择通信方式，生成实验项目。优选的，所述通信方式包括以太网、电力载波、无线以及光纤。优选的，所述规约代码开发设计流程为：步骤一：针对各规约提取出能代表该规约的典型帧；步骤二：不同规约按照规约类型+帧编号+典型帧的格式逐条编辑报文帧，完成后以文件格式存储；其中，云平台侧存储文件名p_frame，智能综合终端侧存储文件名t_frame；步骤三：云平台侧按条读取p_frame文件中报文帧并发送，发送后等待智能综合终端侧的回复，收到智能综合终端侧回复的报文后，进行典型帧格式验证和三遥数据项验证，典型帧格式验证和三遥数据项验证均正确则该条典型帧报文规约代码涉及满足要求。优选的，所述智能综合终端侧集成在所述实训工作站。优选的，所述步骤三还包括：智能综合终端侧接收到云平台侧发送的报文帧后，获取报文帧中的规约类型和帧编号，然后读取t_frame文件，通过帧编号查找对应的典型帧，获取典型帧中的三遥数据项信息，依据三遥数据项信息获取智能综合终端侧实时采集的三遥数据，按照规约类型指定的规约，整合典型帧，形成完整的报文帧发送给云平台，与云平台实现通信交互。优选的，所述智能综合终端侧通过usb传输方式存储文件名t_frame的文件。本发明还提供一种电力系统通信及规约实验的系统的方法，所述方法包括：所述云平台生成实验课程，导入实验班级花名册，进行分组分配实验；主站软件接收云平台的实验分配信息，依据实验分配信息分配对应的实验项目拓扑；实训工作站获取实验指导流程，按照实验指导流程进行规约代码开发实验操作。本发明的优点在于：本发明利用通信和规约这个贯穿电力系统自动化系统的技术为出发点，课程实验系统涵盖主站软件、通信网络、实训工作站的设备终端等电力系统核心技术体系，通过围绕电力系统数据信息相关的动手操作和规约代码开发，隐藏非电力系统专业技术知识，突出课程实验目的技术知识，让学生掌握电力系统自动化具体应用的完整流程，理解所学和所用之间的关联，有效让学生将所学电力系统自动化专业知识和具体应用衔接。附图说明图1为本发明实施例提供的一种电力系统通信及规约实验的系统架构图；图2为本发明实施例提供的一种电力系统通信及规约实验的系统的实验课程编辑流程图；图3为本发明实施例提供的一种电力系统通信及规约实验的系统的主站软件工作流程图；图4为本发明实施例提供的一种电力系统通信及规约实验的系统的云平台侧软件设计流程图；图5为本发明实施例提供的一种电力系统通信及规约实验的系统的智能综合终端侧的软件处理流程图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，一种电力系统通信及规约实验的系统，包括云平台、主站软件、通信接入设备以及实训工作站，所述云平台与所述主站软件通讯连接，所述主站软件与所述通信接入设备通过电力系统通信规约方式通讯连接，所述实训工作站有若干个，通信接入设备分别与若干个实训工作站通过通信网络通讯连接；所述云平台用于生成实验课程，导入实验班级花名册，进行分组分配实验；所述主站软件用于接收云平台的实验分配信息，依据实验分配信息分配对应的实验项目拓扑，模拟电力系统主站，展示电力系统终端设备拓扑系统，支持电力系统主流规约，实现电力系统通信流程、规约协议检测验证，其中主流规约为modbus,dlt645,101/104,gb/t26865.2-2011规约。实训工作站用于获取实验指导流程，按照实验指导流程进行规约代码开发实验操作，电力系统智能综合终端设备和通信终端设备集成在实训工作站中。所述主站软件还用于获取实训工作站的实验数据，并将实验数据结果上传到云平台，所述云平台还用于根据实验结果中实验值与期望值的准确率以及实验持续时间的长短给出实验考核结果。本发明所述通信方式包括以太网、电力载波、无线以及光纤。如图2所示，所述实验课程的生成过程为：首先设置实验课程名称，选择终端类型，选择规约类型，选择三遥数据项，然后设置所选数据项的期望值，选择通信方式，生成实验项目。完成课程编辑后，导入需要开展实验课程的班级信息，完成实验分组，云平台将信息以表1格式发送到主站软件，主站软件获取并存储实验课程信息。表1云平台端完成实验分配的班级信息表学院专业班级分组号学号姓名实验课程信息学生实验时，登陆主站软件，主站软件工作流程如图3所示，首先判断该学生是否由云平台分配课程实验，确定学生权限后，显示分配实验项目的拓扑，进行电力系统智能综合终端类型与规约配置，依据ttype的内容在主站的拓扑图形的线路开关位置或开关站位置上显示对应的二次终端。随后，完成通信相关数据配置，如com，数据项和对应期望值。配置完成后，软件等待学生动手实操。规约代码开发中，为让学生实验涉及的技术集中在规约协议方面，电力系统智能综合终端中已经开发好交采和基本通信程序，学生按照实验指导流程，按照学习的规约协议格式编辑好对应的帧格式，规约代码开发设计流程为：步骤一：针对各规约提取出能代表该规约的典型帧；步骤二：不同规约按照规约类型(ptype)+帧编号(fnum)+典型帧的格式逐条编辑报文帧，完成后以文件格式存储；其中，云平台侧存储文件名p_frame，智能综合终端侧存储文件名t_frame；步骤三：如图4所示，云平台侧按条读取p_frame文件中报文帧并发送，发送后等待智能综合终端侧的回复，收到智能综合终端侧回复的报文后，进行典型帧格式验证和三遥数据项(dindex)验证，典型帧格式验证和三遥数据项验证均正确则该条典型帧报文规约代码涉及满足要求。以101典型帧为例，文件格式如下，p_frame文件中召唤数据：规约类型帧编号启动字符报文长度l报文长度l启动字符控制域c地址域a应用服务数据单元asdu类型标识符ti可变结构限定词vsq传送原因cotasdu公共地址信息对象地址召唤限定词qoi帧校验和cs结束字符t_frame文件中响应召唤数据：搭建系统部分为验证所开发的规约代码是否正确，动手完成实训柜操作后，实训柜中电力系统智能综合终端读取该文件中帧编号相同的典型帧格式数据，填充对应的交采数据和校验码，交采数据值为信号源配置的数据值。主要过程为：如图5所示，智能综合终端侧接收到云平台侧发送的报文帧后，获取报文帧中的规约类型和帧编号，然后读取t_frame文件，通过帧编号查找对应的典型帧，获取典型帧中的三遥数据项信息，依据三遥数据项信息获取智能综合终端侧实时采集的三遥数据，按照规约类型指定的规约，整合典型帧，形成完整的报文帧发送给云平台，与云平台实现通信交互。所述智能综合终端侧通过usb传输方式存储文件名t_frame的文件。主站软件接收到电力系统智能综合终端发送的规约协议帧，解析出其中实验数据值，通过三种方式进行验证，通过规约验证功能验证规约的逻辑流程是否正确，掌握实际电力系统自动化系统中规约格式和数据流传输；通过遥测数据验证，掌握电力系统自动化中现场实时数据集采应用；通过遥控操作验证让学生掌握电力系统自动化保护动作应用。其中，三种验证方式属于现有技术，在此不做赘述。如果学生实验开发的规约格式正确，则读取响应帧中的数据值，与实验指导流程中给出的期望值对比，格式如表2所示，通过数据值的正确个数和实验花费时间判断本次实验课程该组的成绩，例如，正确率为90％以上且花费时间一小时内的为优秀，正确率为80％～90％且花费时间2小时内的为良好，正确率为70％～80％且花费时间2小时内的为中等，其他为不合格，优秀为100分，良好为90分，中等为80分，不合格为70分，结合老师自定义成绩，通过权重分配，形成最终实验成绩，如表3格式，完成一次实验课程流程，例如老师自定义成绩60，老师自定义与系统考核比重为8:2，则优秀的学生成绩为92，对于各学生的成绩可通过公式由系统自动生成在此不再一一举例。表2实验数据结果表表3课程成绩考核表本发明还提供一种电力系统通信及规约实验的系统的方法，方法过程以上已经详细介绍，在此简单概述一下，所述方法包括：所述云平台生成实验课程，导入实验班级花名册，进行分组分配实验；主站软件接收云平台的实验分配信息，依据实验分配信息分配对应的实验项目拓扑；实训工作站获取实验指导流程，按照实验指导流程进行规约代码开发实验操作。通过以上技术方案，本发明提供的一种电力系统通信及规约实验的系统及方法，利用通信和规约这个贯穿电力系统自动化系统的技术为出发点，课程实验系统涵盖主站软件、通信网络、实训工作站的设备终端等电力系统核心技术体系，通过围绕电力系统数据信息相关的动手操作和规约代码开发，隐藏非电力系统专业技术知识，突出课程实验目的技术知识，让学生掌握电力系统自动化具体应用的完整流程，理解所学和所用之间的关联，有效让学生将所学电力系统自动化专业知识和具体应用衔接。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，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12