智能電子設備iec61850/mms伺服器的仿真方法
2023-05-10 02:13:36 2
專利名稱：智能電子設備iec61850/mms伺服器的仿真方法
智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法
技術領域
本發明屬於國際標準《變電站通信網絡和系統》(IEC61850 )的製造報文規範(匪S ) 在電力系統變電站自動化系統應用的領域，具體涉及一種智能電子設備IEC61850/MMS服 務器的仿真方法。
背景技術：
IEC61850標準是國際電工委員會TC57工作組針對解決變電站自動化系統面臨的 互操作性問題最新制定的《變電站通信網絡和系統》系列標準。該標準得到國內外大部分 主流廠家的支持，成為全球在變電站自動化領域唯一統一的標準。
製造報文規範 MMS(Manufacture Message Specification)是由國際標準化組 織ISO制定的一套用於開發和維護工業自動化系統的國際標準報文規範，MMS規範了工業 領域具有通信能力的智能傳感器、智能電子設備IED、智能控制設備的通信行為，使出自不 同廠商的設備之間具有互操作性，使系統集成變得簡單、方便。IEC61850標準吸收並應用制 造報文規範MMS，通過對真實設備及其功能進行建模的方法，實現網絡環境下計算機應用程 序或智能電子設備IED ( Intelligent Electronic Device)之間數據和監控信息的實時 交換。
隨著數位化(智能化)變電站的逐漸推廣和應用，IEC61850/MMS通訊被廣泛應用 於變電站自動化系統中，如何對各種智能電子設備進行MMS通信仿真，如何對與眾多智能 電子設備連接的變電站自動化系統進行調試，如何在工程測試平臺上對實際通訊工況的各 種IED的通信行為進行驗證，是亟待解決的一個問題。目前還缺少相應的手段和工具進行 這些仿真和測試，因此基於IEC61850標準的變電站自動化系統的調試工作複雜而繁瑣。發明內容
本發明的目的在於提出了一種智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法， 該方法可用於構建虛擬的智能電子設備仿真系統，用於代替物理的智能電子設備對基於 IEC61850通信的變電站自動化系統進行方便靈活的調試和驗證。
為解決上述技術問題，本發明提供一種智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真 方法，其特徵在於，包括以下步驟1)解析智能電子設備的SCL(Substation Configuration Language)信息模型，建立 與模型匹配的內存資料庫；2)啟動IEC61850/MMS通信服務；3)提取可用於仿真的所有應用信號，產生虛擬信號庫；4)進行各項調試仿真。
前述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，在所述步驟3)中，根據模型信息逆向構建裝置中的應用信號，包括普通信號、保護定值、可控對象，其獲 取方法如下31)普通信號包括遙信、遙測、保護事件、告警事件及錄波通知，這些信號在裝置模型 的數據集中都有反映，通過解析模型文件，遍歷模型中所有的數據集，創建虛擬信號；32)保護定值信號按照31)的方法根據保護定值的數據集獲得保護定值信號，同時通 過讀取模型中保護邏輯設備下LNO下定值控制塊裡配置的numOfSk獲得應用層支持定值 區個數，從而建立應用層多區定值信號緩衝區；33)可控對象通過遍歷模型中具體的邏輯節點，訪問IED->LD->LN->DO->DA的具體內 容，識別出所有可控對象。
前述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，在所述步驟4)中，包括以下步驟41)仿真過程一手工調試仿真，即手工置信號值，判斷當信號發生變化時，將信號發 送給IEC61850客戶端；42)仿真過程二自動調試仿真，即建立多個狀態序列，設置每個狀態的觸發時間以及 每個狀態下各個信號的信號值，建立定時器來觸發信號發送給IEC61850客戶端；43)仿真過程三閉環控制處理仿真，接收IEC61850客戶端的遠方控制命令(如遙控 開關)，改變可控對象的位置信號，然後再將變位信號主動發送給IEC61850客戶端，形成閉 環的調試；44)仿真過程四模擬保護定值的各種操作，如模擬IED進行定值區切換，修改定值區 定值等，操作後，將新的定值信息送給61850客戶端；45)仿真過程五模擬保護裝置生成故障錄波文件，並通知IEC61850客戶端來召喚錄 波文件。
前述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，在所述步驟 41)中，信號變化仿真流程包括單步信號變化和狀態序列信號變化兩種模式，單步信號變化 模式用於模擬智能電子裝置配合人工置信號產生變位的過程，狀態序列信號變化模式模擬 智能電子裝置配合自動測試儀在多個時序分別觸發多個信號同時變位的過程。
前述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，在所述步驟 43)中，首先設置可控對象的位置信號，通信服務在接收到來自IEC61850客戶端的控制命 令時，如果是遙控選擇命令，仿真應用程式檢查仿真的可控對象是否存在以及對象的位置 信號是否有效，然後將遙控選擇的結果返回給通信服務；如果是遙控執行命令，仿真應用程 序改變控制對象的位置信號，將位置信號變位和遙控執行的結果返回給通信服務，從而完 成一個完整的閉環控制流程。
前述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，在所述步驟 45)中，由用戶選擇一個錄波文件，仿真程序以當前時間當作故障發生時間，按遞增方式自 動產生一個故障序號，在預先設定的文件目錄下自動生成一個新的錄波文件名，然後通過 通信服務將故障信息上送IEC61850客戶端，通知IEC61850客戶端來召喚錄波文件，仿真程 序響應客戶端的召喚錄波文件請求，把剛才的錄波文件通過文件服務傳送給IEC61850客 戶端。
本發明的有效效果為本發明的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，用於仿真實際工況下的IED的匪S通信行為，對基於IEC61850通信的變電站自動化系統的 功能和配置進行調試和驗證，擺脫了數位化變電站的監控系統、保護子站系統等IEC61850 客戶端系統調試時對物理的智能電子設備的依賴，同時簡化了這些系統投運前調試工作的 複雜度。
圖1為本發明的仿真方法流程示意圖；圖2為狀態序列信號仿真步驟及其流程圖； 圖3為閉環控制仿真流程示意圖； 圖4為定值仿真流程示意圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖，對本發明進行詳細說明，並給出具體的實施形式。
智能電子設備的模型反映了該設備對外通信的所有信息和配置。IEC61850標準規 定的典型模型文件包括ICD、CID、SCD、SSD等文件。其中CID(Configured IED Description) 文件和SCD (Substation Configuration Description)文件包含了智能電子設備投運時的 完整信息，因此仿真可基於這兩個模型文件進行。
接著，根據選擇的IED模型，通過解析模型文件，提取模型中的完整數據，形成內 存資料庫。內存資料庫包括了 IED->LD->LN->D0->DA的數據及層次關係，還包括模型中配 置的客戶端最大連接數和報告控制塊等信息。
然後，啟動IEC61850/MMS通信服務。通信服務實現MMS協議，提供與IEC61850客 戶端的通信連接和數據交換服務，處理來自IEC61850客戶端的遙控操作、定值操作。仿真 時，通過這一通信服務的應用接口來實現仿真信號的上送，接收來自IEC61850客戶端的命令等。
接著，是智能電子設備仿真的關鍵之一，根據模型信息逆向構建裝置中的應用信 號，一般包括普通信號、保護定值、可控對象等，其獲取方法如下31)普通信號包括遙信，遙測，保護事件，告警事件，錄波通知等，這些信號在裝置模 型的數據集中都有反映。通過解析模型文件，遍歷模型中所有的數據集，創建虛擬信號。
32)保護定值信號按照31)的方法可以根據保護定值的數據集獲得保護定值信 號，同時通過讀取模型中保護邏輯設備下LNO下定值控制塊裡配置的numOfSk獲得應用層 支持定值區個數，從而建立應用層多區定值信號緩衝區。
33)可控對象通過遍歷模型中具體的邏輯節點，訪問IED->LD->LN->D0->DA的具 體內容，識別出所有可控對象。
根據上述方法即可完成所有應用信號的抽取，每個抽取信號都可以用IEC61850 數據對象Reference來標識，信號抽取的同時記錄每個抽取信號的數據類型，便於後續對 仿真信號值的有效性作檢查。每個虛擬信號擁有一個唯一的應用信號標識，它表示了虛擬 信號與模型的關係，同時通過內置的數學表達式實現信號邏輯運算。
接著，基於虛擬信號庫，進行實際的仿真操作。仿真的總體流程見圖1所示。
對智能電子設備與自動化系統進行通信測試時，最常見的是信號仿真實驗。需要用直流電點擊信號端子來實驗數字量，需要藉助測試儀產生模擬信號來實驗模擬量。 通過本方法設計的信號變化仿真流程，可以模擬信號仿真實驗時智能電子設備的通信響 應一採用手動或自動的方式修改這些信號值，通過IEC61850/MMS通信服務將信號發送給 IEC61850客戶端。
信號變化仿真流程設計成單步信號變化和狀態序列信號變化兩種模式。單步信號 變化模式用於模擬智能電子裝置配合人工置遙信產生變位的過程，狀態序列信號變化模式 模擬智能電子裝置配合自動測試儀在多個時序分別觸發多個信號同時變位的過程。為了達 到更好的仿真效果，兩種模式下的信號均包含了初始態和運行態兩種狀態，以仿真裝置初 始化過程和運行過程。單步仿真時，可以人工修改運行態所關心的信號值，從而觸發變位信 號給IEC61850客戶端。狀態序列仿真時，先確定需要多少個運行狀態，設定每個狀態包含 的信號及其信號值，設定每個狀態的觸發時間間隔，設定這些狀態序列是否循環反覆進行， 仿真程序定時檢查當前時間計數是否達到觸發時間，如達到則就將該狀態的信號值發送給 IEC61850客戶端。
狀態序列信號及其仿真流程如圖2所示。圖2中的左圖為仿真步驟示意圖，該仿 真設置了 1個初始態和K個運行態，每個狀態下的Si，S2···. Sn分別表示該狀態包含的信號 及信號值，每個狀態下的tl，t2 ".tk表示該狀態下信號的觸發間隔時間。仿真運行時，先 仿真初始態，接著仿真後續的各個運行態。運行態可以循環仿真。圖2中的右圖示意了循 環仿真時各個運行態觸發的判斷機制。
閉環控制仿真流程模擬遠方遙控開關、刀閘、壓板等可控對象時智能電子設備的 響應和處理過程，仿真流程如圖3所示。仿真時，首先設置可控對象的位置信號，通信服務 一旦接收到來自IEC61850客戶端的控制命令，如果是遙控選擇命令，仿真應用程式檢查仿 真的可控對象是否存在以及對象的位置信號是否有效(控合時位置應處於分位，控分時位 置應處於合位)，然後將遙控選擇的結果返回給通信服務。如果是遙控執行命令，仿真應用 程序改變控制對象的位置信號，將位置信號變位和遙控執行的結果返回給通信服務，從而 完成一個完整的閉環控制流程。
定值仿真流程模擬保護裝置本地定值修改，本地活動定值區切換的操作，同時模 擬接收遠方修改定值，遠方切換定值區，遠方召喚定值等命令並做出響應。仿真時，如果是 修改活動定值區的定值，先記錄新值，然後主動將變化的定值上送給通信服務，更新內存數 據庫。如果是修改非活動區的定值，只記錄新值，不上送給通信服務。如果是切換定值區， 則將新定值區號和該區定值一起上送給通信服務，更新內存資料庫。通信服務接收來自客 戶端定值請求，將內存資料庫中的定值信息送給IEC61850客戶端。定值仿真的處理流程見 圖3所示。
故障錄波仿真流程模擬保護裝置產生錄波文件後通知IEC61850客戶端召喚錄波 文件的過程。仿真時，由用戶選擇一個錄波文件，仿真程序以當前時間當作故障發生時間， 按遞增方式自動產生一個故障序號，在預先設定的文件目錄下自動生成一個新的錄波文件 名，然後通過通信服務將故障信息上送IEC61850客戶端，通知IEC61850客戶端來召喚錄波 文件。仿真程序響應客戶端的召喚錄波文件請求，把剛才的錄波文件通過文件服務傳送給 IEC61850客戶端。
本發明可以用於智能電子設備IEC61850/MMS伺服器仿真系統的開發。在缺少智能電子設備或者缺少相應的調試測試儀的場合下，通過這一仿真系統很容易模擬智能電子 設備通過MMS通信網絡交換機與變電站綜合監控後臺系統、變電站保護子站系統及變電站 通信管理機等IEC61850客戶端系統進行通訊，從而方便對客戶端系統的信號對點、定值操 作和召喚故障錄波文件等功能進行調試，大大減輕了系統調試的工作量。
本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明方法的精神及其實質的情況下， 根據本發明方法做出的各種改變或變形，均屬於本發明方法的權利要求保護範圍。
權利要求
1.一種智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，包括以下步驟1)解析智能電子設備的SCL信息模型，建立與模型匹配的內存資料庫；2)啟動IEC61850/MMS通信服務；3)提取可用於仿真的所有應用信號，產生虛擬信號庫；4)進行各項調試仿真。
2.根據權利要求1所述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在 於，在所述步驟3)中，根據模型信息逆向構建裝置中的應用信號，包括普通信號、保護定值、 可控對象，其獲取方法如下31)普通信號包括遙信、遙測、保護事件、告警事件及錄波通知，這些信號在裝置模型 的數據集中都有反映，通過解析模型文件，遍歷模型中所有的數據集，創建虛擬信號；32)保護定值信號按照31)的方法根據保護定值的數據集獲得保護定值信號，同時通 過讀取模型中保護邏輯設備下LNO下定值控制塊裡配置的numOfSk獲得應用層支持定值 區個數，從而建立應用層多區定值信號緩衝區；33)可控對象通過遍歷模型中具體的邏輯節點，訪問IED->LD->LN->DO->DA的具體內 容，識別出所有可控對象。
3.根據權利要求1所述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在 於，在所述步驟4 )中，包括以下步驟41)仿真過程一手工調試仿真，即手工置信號值，判斷當信號發生變化時，將信號發 送給IEC61850客戶端；42)仿真過程二自動調試仿真，即建立多個狀態序列，設置每個狀態的觸發時間以及 每個狀態下各個信號的信號值，建立定時器來觸發信號發送給IEC61850客戶端；43)仿真過程三閉環控制處理仿真，接收IEC61850客戶端的遠方控制命令，改變可控 對象的位置信號，然後再將變位信號主動發送給IEC61850客戶端，形成閉環的調試；44)仿真過程四模擬保護定值的各種操作，操作後，將新的定值信息送給61850客戶端；45)仿真過程五模擬保護裝置生成故障錄波文件，並通知IEC61850客戶端來召喚錄 波文件。
4.根據權利要求3所述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在 於，在所述步驟41)中，信號變化仿真流程包括單步信號變化和狀態序列信號變化兩種模 式，單步信號變化模式用於模擬智能電子裝置配合人工置遙信產生變位的過程，狀態序列 信號變化模式模擬智能電子裝置配合自動測試儀在多個時序分別觸發多個信號同時變位 的過程。
5.根據權利要求3所述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在 於，在所述步驟43)中，首先設置可控對象的位置信號，通信服務在接收到來自IEC61850客 戶端的控制命令時，如果是遙控選擇命令，仿真應用程式檢查仿真的可控對象是否存在以 及對象的位置信號是否有效，然後將遙控選擇的結果返回給通信服務；如果是遙控執行命 令，仿真應用程式改變控制對象的位置信號，將位置信號變位和遙控執行的結果返回給通 信服務，從而完成一個完整的閉環控制流程。
6.根據權利要求3所述的智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，在所述步驟45)中，由用戶選擇一個錄波文件，仿真程序以當前時間當作故障發生時間， 按遞增方式自動產生一個故障序號，在預先設定的文件目錄下自動生成一個新的錄波文件 名，然後通過通信服務將故障信息上送IEC61850客戶端，通知IEC61850客戶端來召喚錄波 文件，仿真程序響應客戶端的召喚錄波文件請求，把剛才的錄波文件通過文件服務傳送給 IEC61850客戶端。
全文摘要
本發明公開了一種智能電子設備IEC61850/MMS伺服器的仿真方法，其特徵在於，包括以下步驟1)解析智能電子設備的SCL信息模型，建立與模型匹配的內存資料庫；2)啟動IEC61850/MMS通信服務；3)提取可用於仿真的所有應用信號，產生虛擬信號庫；4)進行各項調試仿真。本發明的仿真方法，用於仿真實際工況下的IED的MMS通信行為，對基於IEC61850通信的變電站自動化系統的功能和配置進行調試和驗證，擺脫了數位化變電站的監控系統、保護子站系統等IEC61850客戶端系統調試時對物理的智能電子設備的依賴，同時簡化了這些系統投運前調試工作的複雜度。
文檔編號H04L29/06GK102033798SQ20101051286
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者凌永豐, 周化, 宣曉華, 梅德東, 池偉, 竇仁暉, 阮黎翔, 陸承宇, 黃曉明, 黃樹幫 申請人:國電南瑞科技股份有限公司, 浙江省電力試驗研究院