基于虚拟技术的变电站二次设备仿真系统构建四遥信号传动

基于虚拟技术的变电站二次设备仿真系统构建四遥信号传动

0实现集控中心“四遥”信号核对随着计算机和通信技术的发展和进步，自动柜员化程度和电网设备水平的不断提高，大型超高压电网集中控制中心的建设和电网的少人少电值的可能性也越来越大。各地大电网集控中心建设也顺势如火如荼地进行,在集控中心建设过程中,数据采集与监控(SCADA)系统信号准确性是决定集控可用性的重要指标,由于经济高速发展,用户对供电可靠性要求日益提高,在各专业都在努力提高供电可靠性的原则下,按照自动化以往在进行与保护测控装置相关的各类调试时,均需要停电开展的模式已经不满足现行运行的要求,如何减少设备停电时间甚至不停电并安全可靠地完成500kV变电站接入集控中心并完成集控中心“四遥”信号核对成为当前集控建设重要课题之一。基于此,本文提出利用基于虚拟技术的变电站二次设备仿真系统构建“四遥”信号传动系统,通过间隔层通讯报文仿真,提供间隔不停电情况下进行各种变电站综合自动化传动实验的解决方案,保证远动信号传动、接入到集控中心工作顺利进行,降低二次设备停电几率,顺利推进集控中心建设起到重大作用。1“四遥”信号传动系统构建的“四遥”信号传动系统基于以下前提条件:一是变电站间隔层设备及回路是完好正确的;二是站端综自系统的数据库是正确的;三是变电二次回路及站端综自系统的数据库经过验收及运行验证确保正确无误。构建的“四遥”信号传动系统满足以下要求:一是传动系统不影响变电站综自系统正常运行;二是传动系统不影响站端二次设备正常运行;三是二次设备仿真系统能够真实模拟各种类型设备的实时数据及信息,并对后台监控等下发的各种命令正确响应,达到真实模拟实际场景的目的。将维护工程师站从站端综自系统独立出来,与二次设备仿真系统、专用远动装置、集控中心SCADA系统共同搭建独立的“四遥”传动系统。该传动系统以变电站综自系统数据库为标准,核对站端远动装置转发表及集控中心SCADA系统数据库的正确性。仿真传动工作完成后,集控中心主站SCADA系统将具备对变电站的“四遥”监控功能。“四遥”信号传动系统结构如图1所示。2系统的软件设计二次设备仿真系统遵循真实性、一致性、开放性、灵活性、实用性和先进性的原则进行设计和实现的。该仿真系统可在运行在Windows或Linux操作系统上,软件结构如图2所示,主要包括数据库配置工具、仿真集成控制台实时数据库、网络103服务端进程、串口103服务端进程、IEC61850MMS服务端进程、仿真操作和仿真监视等。下面介绍各个模块的功能。(1)数据库表的设计实时数据库用于存储厂站采集模型,采集模型分为IEC61850模型信息和测点信息。实时库中设计了测点信息表,如遥测表、遥信表、遥脉表、遥控表等,导入远动组态文本时将相应测点信息存入对应的数据库表中;根据IEC61850层次模型结构,设计了IED表、逻辑装置表、逻辑节点表、数据集表、报告控制块表、定值控制块表、数据集项表,导入SCD文件时将IEC61850模型填入对应的数据库表中,同时根据每个IED装置的数据集模型,生成采集装置的测点信息表,存入对应的数据库表中。系统运行时,采用面向对象的方法,在内存中建立了实时数据模型,通过OID对象访问机制,有效保证了数据库访问的实时性。系统提供专门工具可对实时库容量进行扩容操作,以满足超大规模系统仿真对库容量的要求。(2)ied导入对于IEC61850数字化变电站,通过导入变电站配置文件SCD,生成IEC61850实时库,导入的内容包括变电站IED配置、通信配置,可以从SCD中挑选部分IED导入。对于传统103变电站,通过导入远动机组态文本,生成厂站二次采集点信息实时库。通过数据库配置工具,可对厂站、装置和测点属性进行配置,可从实时数据库中导出系统配置信息到文件,也可导入系统配置信息文件到实时数据库。(3)配置实时库,接收客户端,总体上送服务网络103服务端进程用于仿真网络103装置,进程中一个线程仿真模拟一台装置。进程通过访问实时库,获得装置采集测点信息,在TCP/IP网络广播发送UDP报文,接收客户端建立TCP链接请求,与客户端建立TCP链接,响应总查询命令,全遥测数据周期主动上送,变化数据主动上送,响应通用分类服务读命令,执行通用分类服务写命令。(4)通信规矩的通信串口103服务端进程用于仿真串口103装置。单个进程可仿真一种通信规约的所有串口103装置。进程通过访问实时库,获得装置信息点表内容,与控制系统以问答方式进行交互,响应控制系统的命令,完成1、2级数据的上送,及遥控、遥调和调档操作。(5)模型实现及仿真操作IEC61850MMS服务端进程用于仿真模拟61850装置。一个服务端进程仿真模拟一台装置。服务端进程通过访问实时库,建立服务器(Server)、逻辑装置(LogicalDevice)、逻辑节点(LogicalNode)、数据(Data)、数据属性(DataAttribute)、数据集(DataSet)、报告控制块(ReportControl)、定值控制块(SettingControl)等模型对象,实现IEC61850的服务功能,包括关联服务、目录类服务、报告服务、控制服务、定值服务、文件传输服务。后台或主站进行遥控、调档等控制操作时,直接与仿真装置服务端进程进行信息交互,仿真装置进程将信息交互过程等发送给控制台进行报文和测试记录处理,并将控制结果更新实时库。服务端进程接收仿真集成控制台转发的上送遥测值、遥信变位和遥脉值的命令,主动上送相应信息,并将上送结果发送给控制台进行测试记录处理。(6)仿真装置进程管理仿真集成控制台通过访问实时数据库,启动相应仿真模拟装置进程,并管理仿真装置进程;接收仿真操作界面发送的上送遥测值、遥信变位和遥脉值的命令,并转发给仿真装置进程;同时接收仿真装置发送的报文和测试记录内容。(7)运行状态通过访问实时库,显示变电站的二次采集信息和装置运行状态。通过该界面,可手动触发装置上送遥测值、遥信变位和遥脉值,并将该命令发送给集成仿真控制台。(8)模拟监控仿真监视模块负责报文监视及自动存储、记录并存储操作记录和仿真测试记录,并将报文、操作记录和仿真测试记录显示出来。3四远程信号传输过程3.1中小型iec650装置仿真选择对于数字化变电站,模拟IEC61850装置时需载入装置模型,且由于装置模型较大,仿真单个装置需消耗30-40M内存,故对于同时仿真大规模IEC61850装置,宜采用Linux操作系统、性能优、主频高、内存大的服务器。若每次仅仿真数量较少的IEC61850装置,仍可采用Windows操作系统的工作站或笔记本。对于传统变电站,模拟装置时载入装置采集点信息,占用系统资源有限,可采用Windows操作系统的笔记本。3.2厂站、装置和测点属性检查通过数据库配置工具导入变电站SCD文件或远动机组态文本后,在数据库中生成变电站采集点信息。需要对厂站、装置和测点如下属性进行检查和配置:(1)厂站名、厂站地址;(2)装置名称、装置地址、装置A网IP地址、装置B网IP地址、装置标识、是否投运等属性;(3)遥测量的值类型、二次额定值;(4)遥控量的控制点类型:状态遥控/数值遥控/档位遥控,相关状态/相关遥测/相关位置等属性。3.3仿真操作界面信号核对试验时,可通过设定装置是否投运属性来控制二次设备仿真系统每次模拟装置个数。通过仿真操作界面进行触发遥信变位上送,可修改遥测值和遥脉值并上送;通过仿真监视界面可查看操作记录、上送报文内容等信息。(1)系统仿真及结果判断遥信对点采用单个装置逐条对点方式,即每次只触发单个装置的一条遥信量,通过二次设备仿真系统、站端综自系统、主站端SCADA系统三者比较,实现对应遥信点号的正确性判断;随后,在执行完单个装置的遥信对点之后,对本装置所有遥信点号进行复位操作,模拟多个遥信点同时发送报文时,主站SCADA系统与站端综自系统实时报警信号的比较。(2)拟量:1遥测,2遥测量遥测信号试验与遥信信号试验工作相类似,两者之间的区别在于遥信量为数字量,而遥测量是一个模拟量。遥测点号核对时遥测核对的重点,基于此,传动试验时不需对遥测量的系数进行修改,只需对仿真系统中的对应遥测点号的数值进行修改并触发,查看主站SCADA系统与站端综自系统中相应遥测点的数据变化量即可。(3)脉象测试遥脉核对类似遥测核对。(4)状态控制指导遥控试验是整个试验的重点和难点。其正确性、合理性、统一性直接影响到该系统应用推广。与遥信、遥测试验不同的是遥控试验是由主站SCADA系统或者站端综自系统触发,通过遥控结果和报文内容来查看遥控结果的正确性和遥控点号的一致性。主站SCADA系统和站端综自系统依次对某一设备进行遥控操作。状态遥控时,查看主站SCADA系统和站端综自系统的分合状态以及二次设备仿真的相关报文、测试记录。基于三者的比较可得到遥控点号在三套系统中的一致性。数值遥控和