基于IEC61850总线的电力设备、二次装置及系统的仿真测试平台

摘要

一种基于IEC61850总线的电力设备、二次装置及系统的仿真测试平台，包括系统仿真模块（1）、MMS客户端接口（2）、IEC61850总线（3）、IED模拟器（4）、二次装置、MMS服务器端接口（8）、GOOSE订阅/发布接口（9）、SMV订阅/发布接口（10）、电力设备仿真模块（11）和电力设备。系统仿真模块（1）通过MMS客户端接口（2）与IEC61850总线（3）交互信息，IED模拟器（4）和二次装置与IEC61850总线（3）交互信息，电力设备仿真模块（11）通过MMS服务器端接口（8）与IED模拟器（4）交互信息，电力设备仿真模块（11）通过GOOSE订阅/发布接口（9）、SMV订阅/发布接口（10）与二次装置交互信息。本发明可实现多种电力设备、二次装置及系统的特性测试、能力评估和开发集成。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力设备、二次装置及系统的仿真测试平台，特别涉及基于IEC61850 总线的电力设备、二次装置及系统的仿真测试平台。

背景技术

大规模集成电路技术的快速发展，使得先进、性能强大的微型处理器成为现实，从而推 动变电站自动化系统的根本性革新：二次装置（自动控制、监视、计量、测量、保护等变电 站间隔层装置）由电子-机械式装置向数字式装置转变。实践证明，二次装置采用间隔层智 能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)完成所要求的复杂功能(如监视、控制、继电保 护等)能够极大提高变电站自动化能力，这也对IED之间的高效通信和互操作能力提出了新 的要求。IED测试系统可以进行算法和数据的模拟仿真，其通常采用面向对象的通信协议体 系-OPC通信方式将仿真信息与被测试装置及系统进行交互。当被测试装置及系统不支持 OPC通信时需要进行相关的预处理，待支持OPC通信功能时再进行仿真测试。

IEC61850是应用于电力企业自动化通信网络和系统的国际标准。它采用面向对象的建 模技术以及灵活可扩展的通信架构，提供多类型设备基本通信结构的原理和模型、抽象通信 服务接口(Abstract Communication Service Interfaces，ACSI)、公用数据类(Common Data  Classes，CDC)、兼容逻辑节点(Logical Node，LN)类和数据类。基于IEC61850所提供的标 准化语言、语义、服务，协议和体系结构，各种电力设备、二次装置及其构成的智能园区、 微电网、变电站、智能配电网、中压电网等系统可以具备良好的特性自描述能力，满足多种 应用的开放性和互操作性需求。与OPC通信相比较而言，IEC61850具有不受OLE技术限 制、适应嵌入式环境需求、支持瞬态信息（采样值和事件）传输等优势。因此，将IEC61850 应用于电力设备、二次装置及系统，构建基于IEC61850总线的电力设备、二次装置及系统 的仿真测试平台，可以更为高效地进行电力设备、二次装置及系统的特性测试、能力评估以 及开发集成。

目前，基于IEC61850通信规约的仿真测试平台主要服务于二次装置的性能测试，通常 采用实时数字仿真器（Real-Time Digital Simulator，RTDS）建立二次装置的仿真测试环境。 仿真测试平台运行时需要外接GTNET-SV板卡将相应的仿真输出转换为符合IEC61850采样 测量值（Sampled Measured Value,SMV）的信息帧，外接GTNET-GSE板卡将相应的仿真输 出转换为符合IEC61850面向变电站事件的通用对象（Generic Object Oriented Substation  Event，GOOSE）的信息帧，并发布给待测试的二次装置。二次装置处理完毕后，将相应的 处理结果反馈至RTDS，以完成数模混合仿真测试。这种仿真测试平台需要配置相应的扩展 板卡，费用较高，其测试操作比较复杂。

IEC 61850 GOOSE、SMV信息交互是IEC 61850通信体系的组成部分之一，而应用更为 广泛的IEC 61850制造报文规范（Manufacturing Message Specification，MMS）信息交互在 上述类型的仿真测试平台中尚未得到有效实施。同时，在实现对二次装置的性能测试之外， 更为全面的电力设备、以及由各类型电力设备与二次装置组成的系统的仿真测试尚未出现智 能化、一体化的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于降低现有二次装置仿真测试技术的成本与复杂度，融合IEC 61850全 面的信息交互能力，形成面向多类型电力设备、二次装置及系统的综合、智能、便捷的仿真 测试技术，提出一种基于IEC 61850总线的电力设备、二次装置及系统的仿真测试平台。本 发明可提高电力设备、二次装置及系统的研发效率，以安全、低成本、便捷、智能化的实施 手段对不同功能、类型的电力设备、二次装置及系统开展特性测试、能力评估以及开发集成 等工作。

本发明包括系统仿真模块、MMS客户端接口、IEC 61850总线、IED模拟器、二次装置、 MMS服务器端接口、GOOSE订阅/发布接口、SMV订阅/发布接口、电力设备仿真模块和实 际电力设备。所述的系统仿真模块通过MMS客户端接口与IEC 61850总线进行信息交互； IED模拟器和二次装置与IEC 61850总线进行信息交互；电力设备仿真模块通过MMS服务 器端接口与IED模拟器进行信息交互；电力设备仿真模块通过GOOSE订阅/发布接口、SMV 订阅/发布接口与二次装置进行信息交互。

本发明涉及的IEC 61850总线可以但不限于支持IEC 61850通信规约的单网、双网等通 信网络。

本发明涉及的电力设备可以但不限于分布式发电、保护开关、变压器、储能、热电负荷 等设备。

本发明涉及的电力设备仿真模块可以但不限于数字仿真、模拟仿真、数模混合仿真等形 式，可以包含但不限于Matlab、RTlab、RTDS、DIgSILENT等仿真软件。依据电力设备对象 的仿真测试需要，电力设备仿真模块构建电力设备相应的仿真模型，形成完整、可编程的仿 真数据来源，以离线或在线等形式通过MMS服务器端接口与相应的IED模拟器进行信息交 互，模拟多类型电力设备的运行特性，高效完成电力设备相关的性能测试、评估等工作。

本发明涉及的二次装置可以但不限于自动控制、监视、计量、测量、保护等IED。电力 设备仿真模块构建针对二次装置的性能测试仿真环境，形成完整、可编程的仿真数据来源， 并通过GOOSE订阅/发布接口、SMV订阅/发布接口向二次装置进行发布。二次装置依据自 身功能进行分析处理后，将输出信息通过GOOSE订阅/发布接口、SMV订阅/发布接口反馈 至电力设备仿真模块，可以实现数模混合仿真测试，以安全、低成本的实施手段对不同功能、 类型的二次装置开展相关的性能测试、评估等工作。

本发明涉及的系统仿真模块可以但不限于数字仿真、模拟仿真、数模混合仿真等形式， 可以包含但不限于Matlab、RTlab、RTDS、DIgSILENT等仿真软件。依据系统对象的仿真测 试需要，系统仿真模块构建系统相应的仿真模型。系统仿真模块通过MMS客户端接口从IEC  61850总线获得系统各部分运行信息，依据系统不同的测试功能和目标，经过智能优化、复 杂决策或协调管理等处理，产生系统各部分相应的管理信息，并通过MMS客户端接口发送 至IEC 61850总线。管理信息由接入IEC 61850总线的IED模拟器、二次装置接收并下达至 各电力设备仿真模型或实际电力设备，可以实现数模混合仿真测试，以便捷、智能化的实施 手段对不同功能、类型的系统开展相关的算法验证、功能设计与测试、效率评估等工作。

本发明涉及的系统可以但不限于智能园区、微电网、变电站、智能配电网、中压电网等 类型。

此外，本发明提出的一种基于IEC 61850总线的电力设备、二次装置及系统的仿真测试 平台还具有以下优点：

（1）仿真测试平台可以便捷、智能化进行多类型电力设备、二次装置及系统的特性测 试、能力评估以及开发集成等工作，显著提高电力设备、二次装置及系统的研发效率。

（2）部分电力设备能够以仿真模型的形式进行特性模拟，并与其他实际电力设备进行 混合运行测试，在此基础上，仿真测试平台可以提供灵活多样的测试结构与方案，不同类型 的功能测试、计算分析等工作均可以进行快速部署及测试验证，极大地减少了系统集成开发 难度与工作量。

（3）不同类型的电力设备、二次装置及系统仅需支持IEC61850通信规约即可接入IEC  61850总线，在此基础上，仿真测试平台针对新的仿真测试需求，通过IEC 61850总线能够 灵活扩展相应的仿真测试模块，扩展性强。

附图说明

图1是本发明的仿真测试平台结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1所示是本发明的基于IEC 61850总线的电力设备、二次装置及系统的仿真测试平台。 所述的仿真测试平台包括系统仿真模块1、MMS客户端接口2、IEC 61850总线3、IED模 拟器4、多个二次装置、MMS服务器端接口8、GOOSE订阅/发布接口9、SMV订阅/发布 接口10、电力设备仿真模块11和多个电力设备。

系统仿真模块1，如数字仿真、模拟仿真、数模混合仿真等形式，可以包含Matlab、RTlab、 RTDS、DIgSILENT等仿真软件，依据不同系统对象的仿真测试需要构建系统相应的仿真模 型，并通过MMS客户端接口2与IEC61850总线3进行信息交互。系统仿真模块1通过 MMS客户端接口2获取IEC 61850总线3传输的信息，解析得到系统整体的运行数据，进 一步依据系统不同的测试功能和目标，经过智能优化、复杂决策或协调管理等处理，产生系 统各部分相应的管理信息，并通过MMS客户端接口2发送至IEC 61850总线3。管理信息 由IED模拟器4、各二次装置接收并下达至各电力设备仿真模型或实际电力设备，可以实现 数模混合仿真测试，进而完成不同功能、类型系统，如智能园区、微电网、变电站、智能配 电网、中压电网等的算法验证、功能设计与测试、效率评估等工作。

MMS客户端接口2建立与系统仿真模块1中各仿真模型的映射关系，运行时以IEC 61850MMS通信规范提供通信服务，当接收到IEC61850总线3传输的信息后，解析并依据 映射关系反馈至系统仿真模块1；当MMS客户端接口2接收到系统仿真模块1的仿真输出 信息时，依据映射关系解析并发送至IEC61850总线3。

电力设备仿真模块11，如数字仿真、模拟仿真、数模混合仿真等形式，可以包含Matlab、 RTlab、RTDS、DIgSILENT等仿真软件，依据不同电力设备对象的仿真测试需要构建电力设 备相应的仿真模型，形成多类型电力设备，如分布式发电、保护开关、变压器、储能、热电 负荷等运行特性完整、可编程的模拟数据源，以离线或在线等形式通过MMS服务器端接口 8与IED模拟器4进行信息交互。IED模拟器4与IEC61850总线3进行信息交互，运行时 以IEC61850MMS通信规范提供通信服务，通过MMS服务器端接口8获取电力设备仿真模 块11的仿真输出信息，解析并发送至IEC61850总线3；当IED模拟器4获取到IEC61850 总线3传输的信息时，解析并通过MMS服务器端接口8反馈至电力设备仿真模块11。基于 上述操作，可以模拟多类型电力设备的运行特性，进而完成不同功能、类型电力设备的性能 测试、评估等工作。

MMS服务器端接口8建立IED模拟器4与电力设备仿真模块11中各仿真模型的映射关 系，运行时获取电力设备仿真模块11中各仿真模型的仿真输出信息，依据映射关系解析并 发送至IED模拟器4；当MMS服务器端接口8接收到IED模拟器4发送的信息时，解析并 依据映射关系反馈至电力设备仿真模块11。

二次装置，如自动控制、监视、计量、测量、保护等间隔层IED，与IEC 61850总线3 进行信息交互。部分与电力设备仿真模块11配合的二次装置，如一个二次装置5，以及与实 际电力设备配合的二次装置，如另一个二次装置6，将对电力设备仿真模块11仿真输出信息 或实际电力设备运行信息所进行的分析处理结果发送至IEC 61850总线3。二次装置获取到 IEC61850总线3传输的信息时，解析并执行相应操作。

电力设备仿真模块11针对二次装置性能测试需要构建二次装置关联的电力设备相应的 仿真模型，如二次装置为电能质量分析仪时，可以建立相应的逆变器谐波仿真模型；二次装 置为电动机综合保护器时，可以建立相应的电动机仿真模型等，形成二次装置关联的电力设 备运行特性完整、可编程的模拟数据源。电力设备仿真模块11通过GOOSE订阅/发布接口 9、SMV订阅/发布接口10与二次装置进行信息交互。二次装置通过GOOSE订阅/发布接口 9、SMV订阅/发布接口10获取电力设备仿真模块11的仿真输出信息，按照自身功能进行相 应的分析处理，并将分析处理结果通过GOOSE订阅/发布接口9、SMV订阅/发布接口10反 馈至电力设备仿真模块11。基于上述操作，可以实现数模混合仿真测试，进而完成不同功能、 类型二次装置的性能测试、评估等工作。

GOOSE订阅/发布接口9、SMV订阅/发布接口10分别建立二次装置GOOSE、SMV信 息点与电力设备仿真模块11中各仿真模型的映射关系，运行时获取电力设备仿真模块11的 仿真输出信息，依据映射关系解析并分别以IEC61850GOOSE、SMV通信规范向二次装置 进行发布；当GOOSE订阅/发布接口9、SMV订阅/发布接口10订阅接收到二次装置发送的 GOOSE、SMV信息时，解析并依据映射关系分别反馈至电力设备仿真模块11。