智能变电站的合并单元仿真系统研究

配置模 块 的主要 功能 是对仿 真 的数 据 源进行 参
数 配置 ． 应每 个 配置 文件 可 配 的参 数有 ＭＵ 的数 对 目． 间段 数 ． 个 时 间段 的 时 间 ， 时 每 目的端 的 ＭＡＣ 地 址 和 Ｌ ｎ ｍｅ Ｄ ａ ．每个 Ａ ＤＵ 包 含 的 Ａ Ｄ 的 数 Ｐ ＳＵ
为装 置 的 调 试提 供 了方便 。 真 系统还 可 以读 取 故 障 录 波 的 ｃ 仿 ０ＭＭ Ｔ ＡＤ Ｒ Ｅ文 件 进 行 回放 ． 智 能 变 电站 的事 故 分析 为
提 供 了支 撑 。
关 键 词 ： 能 变 电站 ： 并 单 元 ； 真 系统 智 合 仿
中图分 类号 ：Ｍ７ ２ Ｔ ６
２４ 发 送模块 ．
此 设计 了纯软 件 的 ＭＵ 仿 真 系统 ． 真系 统结 构 如 仿
图 ３所 示 。
以
太 网
发送模 块 主要功 能是 完成包 序列 的发送 ．因为
（ ｎ≤ ６）
要 发送 的数据 量 很 大 ． 且实 时 性要 求 高 ． 般 的 Ｐ 一 Ｃ 机 系统 无法 直接 实现 ． 以开 发 了基于 Ｗｐ Ｐ ｃ 所 ｄ ａｋ开 发包 的控 制包 去控制 系统 的 Ｃ Ｕ 内核 ． 时 间的分 Ｐ 使
输 出信 息 汇 总 ．并 按 照 一 定 的格 式 输 出给 二 次 设 备 ＭＵ 是 智能 变 电站 的重要 组成 部分 ＿ ． ２ 二次设 备 ］ 的研制 和调 试也 需要 大 量 的 ＭＵ 信号 ． 尤其 是高 压
主变保 护需要 ３或 ４路 ＭＵ 信 号 。 用 ＭＵ 仿真 系 采 统 可 以极 大 降低 开发 成本 、 少 物理 装 置 的接线 和 减 缩 短开 发周期 。采用 仿真 系统 可 以灵 活模 拟各种 数
张 祥 文 等 ： 能 变 电站 的合 并 单 元仿 真 系统 研 究 智
４ ７
与所 述 的另外 的采样 值 信息 组合 时 数据 的一 致性 ， 用 于模拟 量采 样值 信息 的 ＡＳ １ 法定 义如 下 ： Ｎ． 语
Ｉ ＥＣ ８ ０ ＤＥＦ ＮＩ ＯＮＳ ６１ ５ Ｉ ＴＩ
参数 配置 生成周 期性 的交 流量数 据 ． 每个 目的 ＭＡＣ 地址 对 应 １ 模 拟 ＭＵ．读 取 相应 的参 数 和交流 量 个 数 据 组 成 ＡＳ ＤＵ．给 每 个 ＡＳ Ｕ 打 上 编 号 后 组 成 Ｄ Ａ Ｄ 帧 。 后给 每个待 发送包 打 上时 间标 记 ． 后 Ｐ Ｕ 然 最 依 次 从 每 个模 拟 ＭＵ 中 取 出对 应 的包 组 成 １个 待 发送 的包 序列
号 、智能 化开关设 备 的开关信号 和传 统互 感器 的模
拟信 号 Ｉ Ｃ６ ８ ０ ９ １ Ｅ １ ５ － — 引用 了 ｍＣ６ ０ ４ ７８４ ３ ０ ４ － ／ ． Ｅ ］
通 过 特定 通 信 服 务 映射 将 ＭＵ 的单 向多 路 点 对 点 串行 通信 链路 映射 到 以太 网的数据链 路层
一 一 圆 困 圆
ＡＰ Ｕ 采用 Ｄ
ｓｖ ｄ ｌＪ ＭＰ Ｉ Ｉ ａＰ ｕ ａＰ ｕ ｌ Ｌ Ｃ ＴＳ ｖ ｄ ． Ｉ
一
值 和相 角 ） 测量 用 相 电流 （ 、 幅值 和 相角 ） 中线 电流 、 （ 幅值 和相 角 ） 相 电压 （ 、 幅值 和相 角 ） 中线 电压 （ 、 幅
值 和相 角 ） 和母 线 电压 （ 幅值 和相 角 ） 采样 频率 、 、 状
为 ９２的 Ａ Ｄ 保 留 ＰＵ 其他值 待定 义 ｝
一
２ ＭＵ 数 字 仿 真 设计
目前 在 调试 智 能 二 次 设 备 时 需 要 接 Ｃ Ｔ和 Ｐ Ｔ
态字 ｌ和状 态字 ２ 。这些 参数 都 配置 好后 给 组包 模
６ ８ ０ ９ １定义 和描述 了电子 式互感器 与 ＭＵ １５—— ． ＭＵ
材料 的传输 系统 。
１２ 链 路 层 ．
地址 域 由全部 为 “ ” 成 的 以太 网广播 地 址 作 １组 为 目标地址 的缺 省值 ． 而作 为一个 可选 性 能 ． 然 目标
地址 应 当是 可配 置 的 ． 如 ． 过改 变多 播传 送地 址 例 通 可 以借助交 换机 将 ＭＵ 与 间隔层设 备连 接 为 了 区
４
图 １ 优 先 级 标 记 头 的结 构
基 于 ＩＯ Ｉ Ｃ ８ ０ — Ｓ ／ ８ ２ ３ＭＡＣ 子 层 的 以 太 网 类 型 Ｅ
由 ＩＥ Ｅ Ｅ注册 。以太 网类型值 为 ８ 一 Ａ（６进 制 ） ８Ｂ １ 。
１３ 表 示 层 ．
据 ． 出快 速 采 样值 报 文 到 二 次设 备 ． 测 二 次 设 发 检 备 能 否正 确 响应 ． 相关 装置 的开发 和 调试 提供 了 为
分 与保护应 用相 关 的强实 时高 优先 级 的总线 负载 和 低 优先级 的总线 负载 ．采用 了符 合 ＩＥ ０ ． 的 Ｅ Ｅ８ ２１ Ｏ 优先 级标记 。优 先级标 记头 的结构 如 图 １ 所示 。
８位 位 组
１
的主要 功 能 ［ 是对 同步采 集 的三 相 电流 、 ¨ 三相 电压
理论 上 ．０ ｐ １ ０Ｍｂ ｓ以太 网接 口满 足带 宽要求 。
仿真 系统 包含 ４个重 要模 块 ： 理模 块 、 管 配置模
块、 组包模 块 和发送 模块 。
２１ 管理模 块 ． 管理 模块 的功 能主要 包括 ： 参数 文件 的新建 、 打 开、 保存 ． 自适 应 Ｃ ＯＭＭＴ ＡＤ Ｒ Ｅ文件 和 自定 义 文件 ２种格 式 。 例 的新 建 、 例 的修改 、 用 用 用例 的删 除 、 用
Ｉｃ ａ Ｐ ｕ：Ｃ Ｉ Ｅ —一ｄ ［］ ｅ Ｓｖ ｄ ： ＨＯ Ｃ ９ １ ｕ ０ ＝ ｆ Ｐ
Ｉ ＰＬＩ Ｔ Ｍ Ｃｌ ＯＣＴＥＴ ＴＲＩ Ｇ ． Ｓ Ｎ 一９ １ —
目， 以及 每个 ＭＵ 每个 时 间段 的额 定 相 电流 、 定 额
相 电压 、 定 中线 电流 、 额 额定 时延 、 保护用 相 电流 （ 幅
文献标 志码 ： Ｂ
文章 编号 ：０ ９ ０ ６ （０２ ０ — ０ ６ ０ １０ —６ ５２ １ ） １０４ ～ ３
近 年来 ．随着 Ｉ Ｃ６ ８ ０标 准 的研 究 和推广 以 Ｅ １ ５ 及 智能 变 电站 的建 设 ． 们对 智 能变 电站 的认 识 渐 人 渐 统 一 到 三层 架 构 上 ： 能 化 的 一 次设 备 、 智 网络 化 的二 次 设 备 和 自动 化 的运 行 管 理 系 统 采 样 Ｉ Ｃ Ｅ ６ ８ ０标准 的智 能变 电站 在逻 辑上 分为 三层 ．即过 １５ 程层 ． 间隔 层 和 站控 层 ． 目前 过 程层 的实 现 依 赖 于 电子式互 感器 和合并 单元 （ ＭＵ） 为此 ， 。 国际 电工 委 员 会 制 定 了 相 关 的 国际 标 准 Ｉ Ｃ ６ ０ ４ ／ Ｅ ０ ４ ７８和 ＩＣ Ｅ
１１ 物 理 层 ，
图 ２ ＡＰ ＤＵ结 构
ＭＵ 与 二 次设 备 的连 接 可 采用 光 纤传 输 系 统
考 虑并 解决 电磁兼 容性 的问题 。 可选 择 基 于铜 质 也
收 稿 日期 ：０ １ ８ ９ 修 回 日期 ： ０ １ ０ ８ ２ １ 一Ｏ —２ ： ２ １ —１ －０
根 据 Ｉ０肛 Ｃ ８ ２ — Ｓ ８ ５ １的 要 求 在 帧 前 增 加 了 １ 个 ＡＳ １ Ｎ． 标记 和长度 作为应 用协议 控制信 息 （ Ｐ Ｉ Ａ Ｃ）
的一 部分 。根据 ＡＳ １ 本 编码 规 则 。 个标 记 描 Ｎ． 基 这 述 了 １ ８ 位组 串并且 被定 义为 Ｏ ８ 。为 了保 证 个 位 ｘ０
辨率 达 到微秒 级 ．驱动 网卡按 照待发 送包 序列 中每
包对 应 的时 间标记直 接发 送包序 列 。控制 包体 系结 构 是 由 １ 核 心 的 包 过滤 驱 动 程 序 、 个 １个底 层 的动 态 连接 库 Ｐ ｃ ｅ． ｌ １ 高 层 的独 立 于 系统 的 函 ａｋ ｔ ｌ和 个 ｄ 数 库 Ｌｂ ｃｐ组 成 底层 的包捕 获驱 动 程序 为 １ ｉｐ ａ 个 协议 网络驱 动程 序 、通过 对 ＮＤ Ｓ中 函数 的调用 为 Ｉ ｗｉｄ ｗｓ ｎ ｏ 提供 类 似 于 Ｕ Ｘ 系统 下 Ｂ ｒｅ ｙＰ ｃ ｅ ＮＩ ｅｋ ｌ ａ ｋｔ ｅ Ｆｌ ｒ ｉｅ 的捕 获 和 发 送 原始 数 据 包 的能力 Ｐ ｃ ｅ．ｌ ｔ ａｋ ｔ ｌ ｄ 是 口 ． Ｐ Ｐ接 同时 有 １ 符合 Ｌｂ ｃｐ接 口的函数 库 。控 制包 通 过对 套 ｉ ａ ｐ 内核 的排 他性 占用 ．使 多任务 的操作 系统 只执行 发
便 利
采用 了 ＡＳ １ 采 样 值进 行 Ｂ Ｒ 编码 ．编 码 Ｎ． 对 Ｅ 格式 为 Ｔ ｖ Ｌ
１４ 应 用 层 ．
１ ＭＵ 相关 标 准
ＭＵ用 于连 接 电子 式互感 器 与保护 测控 等二 次
应用 协 议数 据 单元 （ Ｐ Ｕ） Ａ Ｄ 被递 交 到 传输 缓 冲 区以前 将若 干 个应 用 服务 数 据单 元 （ Ｄ 连接 成 ＡＳ Ｕ） １个 Ａ ＤＵ． ＤＵ结 构如 图 ２所 示 。被 连接 为 １ Ｐ ＡＰ 个 ＡＰ Ｕ 的 ＡＳ Ｄ ＤＵ 的数 目可 通过 配置参 数进 行定 义并 且 与采样速 率有 关
江
４ ６ ２１ ０２年 １月
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第３ 卷 第 １ １ 期
Ｊａ ｇ ｕＥ ｅ ｔｉａ ｎ ｉｅ ｒｎ ｉｎ ｓ ｌｃｒｃ ｌ ｇｎ ｅｉｇ Ｅ
智能变电站的合并单元仿真系统研究
张 祥 文 ， 文 贵 ， 洪 涛 缪 杨
（． １国网 电力 科学 研究 院 ， 江苏 南 京 ２ ０ ０ ；． １０ ３ ２国电南瑞 科技股 份有 限公 司 ， 江苏 南 京 ２ ０ ６ ） １０ １