专利名称：一种智能变电站过程层网络模拟系统及设备模拟器的制作方法
技术领域：
本发明属于智能变电站测试技术领域，涉及一种智能变电站过程层网络模拟系统及设备模拟器。
背景技术：
智能变电站技术最核心的技术革新在于使用工业以太网技术代替传统二次接线传递数字和模拟信号，原有直接可观、相互解耦、具象的二次接线将由不直接可见、相互高度耦合、抽象的网络数据流代替。因此数字化变电站是信息流和业务流高度综合的典型代 表。智能通常采用三层架构，自上而下分为变电站站控层、间隔层和过程层。因此典型智能变电站采用两层通讯网络架构过程层和间隔层之间采用一个独立的通讯网络，其主要任务是保证过程层设备与间隔层设备及间隔层设备间的可靠通讯；间隔层与站控层之间采用一个独立的通讯网络，该通讯网络对实时性要求相对较低，但是必须具有短时大容量突发性数据的传输能力。过程层网络的信息流主要由三种类型的信息流构成1、SV信息流，采用的协议有IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9_21e 及 IEC60044. 8 ；2, GOOSE 报文信息流，主要用于传递跳合闸、实时位置状态、互锁等过程层实时信息；3、网络对时报文，用于网络对时命令的传输。过程层网络上的间隔层设备或过程层设备，网络数据处理能力、异常数据下的响应能力等是产品开发和测试中必须考虑的问题。要对智能变电站过程层或间隔层设备的网络性能方面进行测试，必须有一个真实的网络环境。基于此背景，我们提出了开发过程层设备模拟器，用若干模拟器和交换机可以在实验室搭建起过程层网络，构成一个网络仿真测试系统，进而满足设备网络性能测试需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能变电站过程层网络模拟系统及设备模拟器，以实现过程层网络及设备的模拟，满足性能测试的需要。为实现上述目的，本发明的智能变电站过程层设备模拟器包括一台通过以太网进行通信的PC机及一台仿真测试嵌入式装置，遵循IEC 61850规约映射为过程层设备，所述PC机内置仿真模块，用于产生仿真过程中所需要的数据，并通过仿真装置的以太网口与仿真测试嵌入式装置相连，所述仿真测试嵌入式装置包含以太网口、对时接口、用于接收或发送数字报文的数字接口，该装置接收PC机的仿真数据，根据需要仿真过程层设备，按照标准报文格式进行数据的发送和接收，与间隔层保护测控装置进行信息交互。进一步的，所述数字接口包括光纤以太网接口、电以太网接口、同步串口和/异步串口。进一步的，所述数字接口接收或发送数字报文的类型为基于IEC 61850-9-1、IEC61850-9-2标准的采样值报文、基于IEC 61850标准通用变电站事件模型的GOOSE报文、基于IEC 60044-8标准的FT3报文、网络对时报文。进一步的，所述对时接口的对时方式为秒脉冲、B码、SNTP和/或1588。本发明的智能变电站过程层网络模拟系统是由多台模拟器通过网络设备连接构成，其中每台模拟器包括一台通过以太网进行通信的PC机及一台仿真测试嵌入式装置，遵循IEC 61850规约映射为过程层设备，所述PC机内置仿真模块，用于产生仿真过程中所需要的数据，并通过仿真装置的以太网口与仿真测试嵌入式装置相连，所述仿真测试嵌入式装置包含以太网口、对时接口、用于接收或发送数字报文的数字接口，该装置接收PC机的仿真数据，根据需要仿真过程层设备，按照标准报文格式进行数据的发送和接收，与间隔层保护测控装置进行信息交互。进一步的，所述数字接口包括光纤以太网接口、电以太网接口、同步串口和/异步串口。进一步的，所述数字接口接收或发送数字报文的类型为基于IEC 61850-9-1、IEC61850-9-2标准的采样值报文、基于IEC 61850标准通用变电站事件模型的GOOSE报文、基于IEC 60044-8标准的FT3报文、网络对时报文。进一步的，所述对时接口的对时方式为秒脉冲、B码、SNTP和/或1588。进一步的，所述网络设备为交换机。本发明的智能变电站过程层设备模拟器具有光纤数字接口、对时接口，可通过PC下载配置文件后，根据配置参数运行在不同的模式下，从而可以模拟智能变电站的过程层设备。多个模拟器和交换机构成一个智能变电站过程层网络，可以作为测试系统，测试电子设备的网络处理能力、报文网络延时，网络异常情况下的处理能力。
图I是模拟器的结构示意 图2是实施例的过程层网络模拟系统结构图。
具体实施例方式本发明的过程层设备模拟器硬件平台具有光纤数字接口、对时接口，软件平台完全遵循IEC 61850标准。模拟器通过PC下载配置文件后，根据配置参数运行在不同的模式下，从而可以模拟智能变电站某一种过程层设备。模拟器的数字接口用于接收或发送数字报文，数字接口型式包括光纤以太网接口、电以太网接口、同步串口、异步串口，接口类型为上述任意一种或者任意几种。接收或者发送的数字报文类型有基于IEC 61850-9-1、IEC 61850-9-2 (或IEC 61850-9-2LE)标准的采样值报文、基于IEC 61850标准通用变电站事件模型的GOOSE报文、基于IEC 60044-8标准的FT3报文、网络对时报文(包括SNTP、1588对时报文中一种或两种)。模拟器的对时方式包括秒脉冲(光或者电脉冲)、B码、SNTPU588等，模拟器支持上述一种或者几种对时方式。模拟器可以模拟智能变电站模拟输出型或数字输出型电子式互感器、采集器、合、并单元、开关设备智能终端、变压器设备智能终端中的一种或者几种设备功能。模拟器通过如下方式来模拟电子式互感器输出模拟器硬件上具有DA输出回路，支持小信号模拟量输出，且每一路输出值的幅值、相位可调。运行时，通过PC下载模拟互感器配置文件，模拟器的嵌入式端根据配置参数，驱动DA回路输出和电子式互感器规格一致的小信号模拟量，该模拟信号可以接至间隔层任何设备，对间隔层设备来说，该模拟器相当于一个电子式互感器。模拟器硬件上同时还提供FT3光串口输出，下载配置参数后，FT3串口可以输出满足IEC 60044-7/8标准的数字报文，可接至合并单元上。这种模式下，模拟器相当于一台数字输出型电子式互感器。模拟器模拟合并单兀输出时，可以模拟一个或几个合并单兀输出SV米样值报文，报文遵循IEC 61850-9-2(或IEC 61850-9-2LE)标准，报文信息可以配置。模拟器内置精密定时器，准确控制SV报文发送间隔。每一帧采样值报文的发送时刻、采样需要、同步标识都软件可控。可以模拟合并单元输出丢点丢帧情况，报文同步标识可以设置。需要模拟合 并单元失去同步信号时，步骤如下
1)在PC端配置失去同步；
2)点击确定，下载配置文件到模拟器嵌入式端；
3)嵌入式端解析配置文件后，在SV报文发送队列中，填上“同步消失”事件标识；
4)发送模块执行到“同步消失”事件时，修改下一帧SV报文中的同步标识为O;
5)同步标识为O的SV报文按照固有采样间隔，从数据发送端口发送出来。模拟丢点丢帧等其他异常情况的步骤和上述类似，PC端事件触发，嵌入式端执行事件，从而完成各种情况的模拟。模拟器模拟开关设备智能终端输出时，可以输出一组或多组GOOSE报文,报文信息可以配置，GOOSE发送机制可以设置，可以模拟GOOSE报文输出丢帧、发送机制错乱等情况。GOOSE报文内容包含开关设备的位置信息、告警信息、状态监测信息等。模拟器模拟变压器智能终端输出时，可以输出一组或多组GOOSE报文，报文信息可以配置，GOOSE发送机制可以设置，可以模拟GOOSE报文输出丢帧、发送机制错乱等情况。GOOSE报文内容包含变压器设备的告警信息、档位信息、状态监测信息等。利用智能变电站过程层设备模拟器和必要的网络设备，可以构成一个智能变电站过程层网络模拟系统，系统示意图如图2所示。该过程层网络模拟系统由η台模拟器构成，这些模拟器通过一台光交换器构成一个网络。用PC分别向各台模拟器下载配置文件，将模拟器配置成不同的过程层设备。例如模拟器I、模拟器2用来模拟1#主变间隔高压侧断路器智能接口、1#主变间隔中压侧断路器智能接口，只需要按照工程设计将1#主变间隔高压侧断路器智能接口、1#主变间隔中压侧断路器智能接口配置文件导入到模拟器中，模拟器即可工作在相应的智能接口模式下，和变电站内正常运行设备一样，按照配置文件向网络上发送本间隔的开关量信息、告警信息等，可以订阅网络上其他设备发送的GOOSE跳合闸命令，并执行相应的跳合闸操作。网络上的其他模拟器可以根据需要配置为合并单元、互感器等其他过程层设备，过程和上述相似。如图2所示的过程层网络模拟系统的功能如下
I)每一个模拟器可以模拟多个间隔的合并单元，发送与IEC 61850-9-1或IEC61850-9-2LE相一致的SV报文。发送的SV报文可以配置Vlan Id、优先级、数据集等。利用一台模拟器即可模拟多个合并单元，向网络上模拟发送多组SV报文，因此可以灵活的控制网络数据流量，可实现网络压力测试等。
2)每一个模拟器可以发送多组GOOSE信息，可以接收多组GOOSE信息。收发的GOOSE信息均可以配置。模拟器接收GOOSE跳闸命令后，有相应的信号灯；同时模拟器上可以进行开关位置手动拨位，可以适用于数字化变电站线路保护重合闸功能的测试。通过PC控制大量GOOSE数据变位，可以进行变电站雪崩试验。3)每一台模拟器发送报文可配置，进而灵活控制网络数据流量，考核IED数据处理能力。4)每一台模拟器能够发送的SV报文可控制，可以模拟采样值报文丢帧、误码、GOOSE数据品质因数异常考核异常等各种过程层数据异常情况，考核保护装置对异常数据的处理逻辑。5)利用该网络模拟系统可以实现数字化变电站集中式母线差动保护、线路双端光纤差动保护的功能及性能检验。6)每一台模拟器可以接收时钟服务器的对时报文，进行系统同步仿真测试。
权利要求
1.一种智能变电站过程层设备模拟器，其特征在于，该模拟器包括一台通过以太网进行通信的PC机及一台仿真测试嵌入式装置，遵循IEC 61850规约映射为过程层设备，所述PC机内置仿真模块，用于产生仿真过程中所需要的数据，并通过仿真装置的以太网口与仿真测试嵌入式装置相连，所述仿真测试嵌入式装置包含以太网口、对时接口、用于接收或发送数字报文的数字接口，该装置接收PC机的仿真数据，根据需要仿真过程层设备，按照标准报文格式进行数据的发送和接收，与间隔层保护测控装置进行信息交互。
2.根据权利要求I所述的智能变电站过程层设备模拟器，其特征在于所述数字接口包括光纤以太网接口、电以太网接口、同步串口和/异步串口。
3.根据权利要求2所述的智能变电站过程层设备模拟器，其特征在于所述数字接口接收或发送数字报文的类型为基于IEC 61850-9-1、IEC 61850-9-2标准的采样值报文、基于IEC 61850标准通用变电站事件模型的GOOSE报文、基于IEC 60044-8标准的FT3报文、网络对时报文。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的智能变电站过程层设备模拟器，其特征在于所述对时接口的对时方式为秒脉冲、B码、SNTP和/或1588。
5.一种智能变电站过程层网络模拟系统，其特征在于该系统是由多台模拟器通过网络设备连接构成，其中每台模拟器包括一台通过以太网进行通信的PC机及一台仿真测试嵌入式装置，遵循IEC 61850规约映射为过程层设备，所述PC机内置仿真模块，用于产生仿真过程中所需要的数据，并通过仿真装置的以太网口与仿真测试嵌入式装置相连，所述仿真测试嵌入式装置包含以太网口、对时接口、用于接收或发送数字报文的数字接口，该装置接收PC机的仿真数据，根据需要仿真过程层设备，按照标准报文格式进行数据的发送和接收，与间隔层保护测控装置进行信息交互。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述数字接口包括光纤以太网接口、电以太网接口、同步串口和/异步串口。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述数字接口接收或发送数字报文的类型为基于IEC 61850-9-1、IEC 61850-9-2标准的采样值报文、基于IEC 61850标准通用变电站事件模型的GOOSE报文、基于IEC 60044-8标准的FT3报文、网络对时报文。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的系统，其特征在于所述对时接口的对时方式为秒脉冲、B码、SNTP和/或1588。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述网络设备为交换机。
全文摘要
本发明涉及一种智能变电站过程层网络模拟系统及设备模拟器，模拟器遵循IEC61850标准，具有数字接口、对时接口，能够模拟基于IEC61850标准的变电站过程层设备，包括互感器、智能开关、智能组件等；该模拟器包含一个嵌入式仿真装置和一台PC机，PC机内置仿真模块，用来产生所需要的数据，仿真装置接收到PC端的数据，并根据仿真设备的要求按照标准报文格式进行发送和接收，多个模拟器和交换机构成一个智能变电站过程层网络，可以作为测试系统，考核电子设备的网络处理能力、报文网络延时，网络异常情况下的处理能力。
文档编号G01R31/00GK102636708SQ201210084048
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者张乔宾, 李晓朋, 杨智德, 赵成功, 陈玉峰, 顾峰 申请人:许昌许继软件技术有限公司, 许继电气股份有限公司, 许继集团有限公司