基于IEC61850的实时系统仿真器接口

1、基于IEC61850的实时系统仿真器接口IEC61850BASEDINTERFACESFORREAL-TIMESYSTEMSIMULATORWANGZhao，MAWenxiao，GaoFeiCorporateResearch,ABB(China)Limited,UniversalPlaza,10JiuxianqiaoLu,ChaoyangDistrict,Beijing,100016ABSTRACT:Real-TimeSystemSimulatoristhekeymethodoftestingandverificationforpowersystemanditsautomationsystem

2、,whichcanbeusedforreal-time,dynamicandcloseloopsimulationofobjectsystem.ThispaperwillintroducetheinterfacebetweenRTSSandobjectsystem,thenbringsforwardthreenewtypeofinterfaces,includingVirtualIEDbasedinterface,ProcessLevelTransceiverbasedinterfaceandProcessLevelcommunicationbasedinterface,andthetheir

3、implementation.Also,thispaperintroducestheautomaticmodelingofRTSSanditsmappingtoobjectsystem.Finally,withintroducingthepossibleapplications,thispaperconcludesthatnewinterfacesaresuitableforthetestingofcurrentandfutureobjectsystem.KEYWORD:Real-TimeSystemSimulator;IEC61850;Interface;ProcessLevelCommun

4、ication;Model摘要:实时系统仿真器是电力系统网络和自动化设备测试、验证的重要手段，能够用于对目标系统进行实时、动态和闭环的仿真。本文对实时系统仿真器与目标系统的接口方式进行了介绍，并在此基础上，提出了三种新型的接口方式：基于虚拟IED的接口方式、基于过程层收发器的接口方式和基于直截了当过程层通信的接口方式，以及三种方式的实现方法。同时，本文介绍了自动生成实时系统仿真器模型文件和对应关系。最后，通过对适用范畴的介绍，本文认为新型接口方式适合现有及以后的目标系统的测试。关键词:实时系统仿真器；IEC61850;接口；过程层通信；模型1 简介随着电力系统的进展，系统本身和自动化设备也越来

5、越复杂。电力系统的设计、运行和设备的开发都需要辅助工具（例如系统仿真工具）的支持。通过多年的进展，显现了一些要紧的实时系统仿真器，如RTDS1、ARENE、HYPERSIM等2。世界上要紧的电力设备制造商（如GE，ABB）、电力公司和科研院所等都采纳实时系统仿真技术来进行科研和研发工作3。传统上，实时系统仿真器与目标系统都采纳模拟的方式进行连接，包括I/O接口卡和放大器等。这种连同意到硬件设备的限制3，存在成本高、连接不灵活等缺点。本文将在介绍实时系统仿真器与目标系统的传统接口的基础上，提出三种新型的接口方式，包括虚拟IED的接口方式、过程层收发器的接口方式和直截了当过程层通信的接口方式。同时

6、，本文针对新型接口方式，提出自动地生成模型文件和对应关系。通过分析这几种新型接口方式的优缺点，本文认为新型接口方式适合现有及以后的目标系统的测试。2 实时系统仿真器与目标系统的传统接口方式实时系统仿真器（Real-timeSystemSimulator，简称RTSS）能够对目标电力系统进行实时、动态和闭环的仿真。实时系统仿真器能够生成仿真数据，然后通过硬件接口或软件通信的方式传递给目标系统；目标系统接收到实时系统仿真器的收入，并对输入进行响应，然后反馈回实时系统仿真器。实时系统仿真器接收到目标系统的相应，并进入下一轮的仿真。如此，就形成了实时系统仿真器与目标系统的闭环仿真。图1传统实时系统仿真

7、器及其与目标系统的接口Fig1Conventionalconnectionbetweenreal-timesystemsimulatorandobjectsystem如图1所示，实时系统仿真器与目标系统的传统接口方式是通过I/O卡和放大器等硬件设备实现的1-24。实时系统仿真器能够通过开关量接口卡或直截了当用电缆来输入和输出开关量信息，并通过放大器或模拟量接口卡输入和输出模拟量信息。目标系统是任何需要被仿确实电力系统，包括一次设备和二次设备。目标系统的输出能够被反馈到实时系统仿真器；实时系统仿真器能够对目标系统进行响应，并反馈回目标系统。如此，就形成了闭环的仿真过程。传统的实时系统仿真器与目标

8、系统的接口方式受到硬件系统的限制，增加开关量或模拟量接口需要适当增加硬件设备，如实时系统仿真器的接口卡和发大奥TTITO3 .实时系统仿真器与目标系统的新型接口方式3.1 新型接口方式的基础IEC61850标准具有标准的模型、标准的通信和标准的配置，同时定义了过程层的通信5。过程层的通信要紧是一次设备和二次设备之间的通信，包括采样值的传送和开关的状态、位置和操纵的通信。IEC61850标准为实时系统仿真器与目标系统的接口提供了新的方式。一方面，利用IEC61850的模型定义，能够用软件模拟IED,该虚拟IED能够分不与实时系统仿真器和目标系统进行接口；另一方面，IEC61850的过程层通信能够

9、直截了当作为实时系统仿真器与目标系统的接口。3.2 虚拟IED的接口方式IEC61850标准定义了标准的模型，该模型能够被用于设计虚拟的IED（智能电子装置），即用软件技术模拟和再现IED。虚拟IED具有与物理IED相同的信息模型，也能够有与物理IED相同的功能和行为。由于虚拟IED具有物理IED的模型和功能；又因为是通过软网络虚拟IED 1虚拟IED 2虚拟IED n件荚弹？具有修改方便和开放的特点6-7,因此在保证性能的前提下，虚拟IED能够作为实时系统仿真期国嗦统的施介。目标系统图2虚拟IED的接口方式Fig2ConnectionswithVirtualIEDs如图2所示，虚拟IED的接

10、口方式能够通过以下的步骤完成：用户对目标系统包括虚拟IED进行配置。该配置将遵循IEC61850的配置定义和配置过程，并形成IEC61850所规定的各种配置文件。虚拟IED进行初始化，并与目标系统进行连接。虚拟IED与目标系统的连接和信息的对应通过步骤1）的配置文件实现。实时系统仿真器通过步骤1）生成的配置文件自动生成仿真模型文件。同时，生成实时系统仿真器与虚拟IED之间的连接和信息对应关系。仿真，并通过虚拟IED将仿真结果传送给目标系统；目标系统对仿真结果进行响应，并通过虚拟ied反馈回实时系统仿真器，从而形成闭环的仿真环境。虚拟ied的接口方式不受物理ied数目的限制，关于包含多个ied的

11、自动化系统的测试专门适合。这种接口方式适合的目标系统是自动化系统本身，例如馈线自动化系统等，要紧是测试自动化系统的功能和逻辑。这种接口方式受到虚拟ied性能的阻碍，如实时性等。因此在使用这种接口方式的时候，需要第一确定虚拟ied的性能能够满足系统测试的需要。3.3 过程层收发器的接口方实时系统仿真器式<JIEC61850M准的过程层通信能够作为实睡票统仿真器与目V/标系统的另一种接口方或。能够按照IEC61850实现一种实时系统仿慢甲|邺通信的剧模块，称为过程层收发器。过程收发器是一碗多泡爹的通信植块。:目标系统实时系统仿真器通过步骤3）生成的仿真模型文件进行系统图3过程层收发器的接口方

12、式Fig3ConnectionswithProcessLevelTransceiver如图3所示，过程层收发器承担网关（Gateway）的功能。实时系统仿真器与过程层收发器之间采纳通信或硬件的连接方式，目标系统与过程层收发器之间采纳IEC61850标准的过程层通信。采纳过程层收发器的接口方式能够通过以下的步骤实现：用户对目标系统进行配置。该配置将遵循IEC61850的配置定义和配置过程，并形成IEC61850所规定的各种配置文件。过程层收发器进行初始化，并与目标系统进行连接。过程层收发器与目标系统的连接和信息的对应通过步骤1）的配置文件实现。实时系统仿真器通过步骤1）生成的配置文件自动生成仿真

13、模型文件。同时，生成实时系统仿真器与目标系统之间的连接和信息对应关系。实时系统仿真器通过步骤3） 生成的仿真模型文件进行系统仿真，并通过过程层收发器将仿真结果传送给目标系统；目标系统对仿真结果进行响应，并通过过程层收发器反馈回实时系统仿真器，从而形成闭环的仿真环境。过程层收发器的接口方式比较适合不改变实时系统仿真器，而需要与支持过程层通信的目标系统进行接口的过渡时期。这种接口方式适合的目标系统能够是IED，也能够是包括IED的自动化系统，能够使对通信的测试，也能够是对IED或自动化系统功能和逻辑的测试。如果过程层收发器与实时系统仿真器通过通信进行信息交换，也能够不受硬件系统的限制。与虚拟IED

14、的接口方式类似，过程层收发器的性能同样会成为整个系统的瓶颈之一。因此在使用这种方式前，同样第一要确定过程层收发器的性能是否能够满足信息交换的需要。因此，那个咨询题能够通过使用多个过程层收发器来解决。3.4直截了当过程层通信的接口方式过程层收发器的接口方式是一种过渡方式。如果能够修改实时系统仿真器以支持过程层通信，就能够形成一种新的接口方式，即直截了当过程层通信的接口方式。程层通信反馈回实时系统仿真性。IED n而采纳自助生成的组t则能 工_IED 1IED 2够幸免上述缺点，以达到提升效率和准确性的目的SCD自动化系统目标系统如图4所示，直截了当过程层通信的接口方式是过程层收发器接口方式的一种

15、升级，它直截了当支持IEC61850的过程层通信8,而无需任何额外的转换模块。直截了当过程层的接口方式能够通过以下的步骤实现：用户对目标系统进行配置。该配置将遵循IEC61850的配置定义和配置过程，并形成IEC61850所规定的各种配置文件。实时系统仿真器通过步骤1）生成的配置文件自动生成仿真模型文件。同时，生成实时系统仿真器与目标系统之间的连接和信息对应关系。I，实时系统仿真器通过步骤实时系统仿真器2）生成的仿真模型文件进行系统仿真，并通过过程层通信将仿真结果传送给目标系统；目标系统器，从而形成闭野制仿真环境。.目标系统图4直截了当过程层通信的接口方式Fig4Connectionwithd

16、irectprocesslevelcommunication直截了当过程层通信的接口方式是一种完全基于通信的接口方式。这种接口方式不仅不受硬件的限制，而且是完全支持采纳IEC61850过程层通信的目标系统的测试。这种接口方式的目标系统能够是IED,也能够包括多个IED的自动化系统；测试的内容能够是通信，也能够是IED或自动化系统的功能和逻辑。4.自动生成模型文件和对应关系在实时系统仿真器的使用过程中，都需要生成仿真模型文件，同时也需要制定实时系统仿真器与目标系统4间的对应修瀑,这-I和对应关系I.些模山文件岫对应关系能够手动生成，但手动的隼Ei效率比较低，同时需要专门难保证准确图5自动生成仿真

17、模型文件和对应关系Fig5Automaticmodelingandmapping如图5所示，自动生成仿真模型文件确实是通过目标系统的配置文件来自动生成实时系统仿真器的模型文件；而由于模型文件是通过目标系统的配置文件自动生成的，那么实时系统仿真器的模型与目标系统的对应关系也能够作为副产品自动生成。系统仿真器的模型与目标系统的对应关系确实是实时系统仿真器与目标系统之间的映射，用于不同模型或不同规约之间的转换，包括实时系统仿真器模型的索引、类型，目标系统模型的索引、类型，以及该对应关系是否用于通信过程等。自动生成模型文件和对应关系的过程仍旧需要用户的手动参与，一方面，目标系统配置文件的信息并不需要全

18、部与实时系统仿真器进行交换，需要测试人员进行手动的选择；另一方面，目标系统的IEC61850配置文件要紧是二次系统的信息，而实时系统仿真器的模型文件则包含了大量的一次系统信息，因此也需要测试人员进行手动的配置一次系统的过程。5适用范畴传统的实时系统仿真器由于受到接入装置的限制，往往应用于对有限的装置或系统的仿真。本文提出的新型接口方式能够突破对接入装置数量的限制，从而能够使得实时系统仿真器能够用于更大范畴系统的仿真和测试工作。例如，新型接口方式能够用于仿真分布式的馈线自动化系统。采纳新型接口的实时系统仿真器能够用于以下的应用：1)新型自动化系统(包括分布式自动化系统)的研究和开发，专门是智能电网、数字化变电站等新型自动化系统；2)自动化系统的出厂测试和现场验收，专门是那些需要和一次系统实时进行交互的系统。6结论本文介绍了三种实时系统仿真器与目标系统的接口方式，包括虚拟IED的接口方式、过程层收发器的接口方式和直截了当过程层通信的接口方式。这几种接口方式都有各自适合应用情形，同时能够突破传统接口方式的硬件限制。同时，本文介绍了自动生成仿真模型文件和对应关系的方法。通过对接口方