陳久林，葛永高，蔣一泉，范立新

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

雖然現(xiàn)階段國內(nèi)針對變電站自動化系統(tǒng)研發(fā)了少量仿真測試裝置[1，2]，但是在功能上存在著比較大的局限性。多數(shù)仿真測試裝置只對單臺保護(hù)、測控裝置的功能和性能進(jìn)行測試，很少有仿真測試裝置能在實(shí)驗(yàn)室中對由大量裝置組成的變電站綜合自動化進(jìn)行系統(tǒng)級的功能和性能檢測?？傊?，受到測試手段的限制，國內(nèi)外關(guān)于變電站的檢測仍主要集中在對特定功能的驗(yàn)證和小規(guī)模的互聯(lián)互通，系統(tǒng)級的測試目前尚未開展。因此，有必要研發(fā)能夠客觀反映整個(gè)變電站綜合自動化系統(tǒng)功能和性能的仿真測試硬件與軟件，建立系統(tǒng)測試環(huán)境，對變電站綜合自動化系統(tǒng)整體性能進(jìn)行測試。變電站綜合自動化仿真測試系統(tǒng)中保護(hù)動作事件由保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)上送，因此，繼電保護(hù)模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)是變電站自動化仿真測試系統(tǒng)的組成部分[3，4]，它與基于PLC模塊的變電站自動化仿真測試系統(tǒng)一起完成對常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)級測試工作[5]。另外保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)還可以作為保護(hù)功能測試系統(tǒng)的重要組成部分，或者用來實(shí)現(xiàn)某種保護(hù)功能[6]。本文針對繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)研究進(jìn)行介紹。

1 繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)概述

繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過單個(gè)裝置模擬在電網(wǎng)正常運(yùn)行或事故狀態(tài)下，大量保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交互，發(fā)送批量可設(shè)定的變化遙信、事件信息、梯度遙測至監(jiān)控系統(tǒng)，從而達(dá)到變電站綜合自動化系統(tǒng)整體性能測試及重現(xiàn)事故發(fā)生現(xiàn)場的目的。繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：模擬報(bào)文發(fā)送裝置（以下稱“模擬裝置”）、后臺、遠(yuǎn)程硬件配置工作、被測系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖1所示。

后臺通過以太網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)口直連的方式連接至模擬裝置，控制模擬裝置的運(yùn)行狀態(tài)以及模擬數(shù)據(jù)的發(fā)送節(jié)奏；被測試系統(tǒng)可以采用串口或以太網(wǎng)絡(luò)方式連接至模擬裝置，模擬裝置可同時(shí)模擬多個(gè)變電站綜合自動化主站或子站設(shè)備（以下稱“模擬設(shè)備”）向被測系統(tǒng)發(fā)送模擬數(shù)據(jù)報(bào)文；遠(yuǎn)程硬件配置軟件可配置模擬裝置硬件的相關(guān)屬性。

2 繼電保護(hù)報(bào)文模擬裝置

2.1 模擬裝置硬件

（1）CPU采用IXP4225芯片，64 MB容量的SDRAM，采用嵌入式WinCE操作系統(tǒng)。

（2）4個(gè)網(wǎng)口，1個(gè)串口物理接口。

（3）模擬裝置可同時(shí)模擬多個(gè)變電站綜合自動化系統(tǒng)主站和子站設(shè)備，通過協(xié)議基類可方便擴(kuò)展網(wǎng)口、串口類協(xié)議。

（4）模擬裝置可以一批次接收后臺1000 個(gè)信號（包括遙信變位、SOE、梯度遙測）的觸發(fā)。

（5）提供遠(yuǎn)程配置軟件，用戶可方便地遠(yuǎn)程配置硬件以及程序調(diào)試。

2.2 模擬裝置軟件

繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)裝置內(nèi)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中包含的模塊如下。

（1）配置數(shù)據(jù)載入：后臺下發(fā)配置數(shù)據(jù)，模擬裝置解析數(shù)據(jù)后，按“通信接口→模擬設(shè)備→協(xié)議”模式創(chuàng)建通信架構(gòu)。

（2）主通信流程：通信架構(gòu)創(chuàng)建后，生成以通信接口為核心的通信流程。

（3）與上位機(jī)通信部分：模擬裝置與后臺制定了統(tǒng)一的通信協(xié)議，通過此協(xié)議，后臺可發(fā)送模擬數(shù)據(jù)命令至模擬裝置，同時(shí)模擬裝置需將模擬數(shù)據(jù)信息反饋給后臺。

（4）模擬數(shù)據(jù)：模擬裝置接收到后臺的模擬數(shù)據(jù)命令后，將模擬數(shù)據(jù)分解，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給對應(yīng)的模擬設(shè)備，模擬設(shè)備經(jīng)過各自協(xié)議進(jìn)行解析后，發(fā)送報(bào)文至各個(gè)通信接口。

3 后臺系統(tǒng)

后臺系統(tǒng)的主要功能有：

（1）數(shù)據(jù)配置、數(shù)值顯示：提供友好的人機(jī)配置界面，數(shù)據(jù)可復(fù)制、粘貼，并能進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出操作；用戶可以刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2）模擬數(shù)據(jù)部分：提供統(tǒng)一的模擬數(shù)據(jù)配置界面，用戶可方便地配置遙信變位、SOE、梯度遙測、遙控等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)下發(fā)到模擬裝置。

（3）模擬裝置通信控制：通過TCP鏈路方式與模擬裝置進(jìn)行通信，控制模擬裝置運(yùn)行狀態(tài)以及模擬數(shù)據(jù)的觸發(fā)。

（4）告警輸出：采用UDP服務(wù)端方式實(shí)現(xiàn)告警進(jìn)程，告警信息以UDP客戶端方式向告警UDP端發(fā)送數(shù)據(jù)，利于多進(jìn)程的告警信息輸出。

（5）歷史數(shù)據(jù)查詢：提供歷史數(shù)據(jù)查詢以及導(dǎo)出功能。

軟件的功能模塊關(guān)系如圖3所示，“模擬數(shù)據(jù)窗體”組織模擬數(shù)據(jù)向“下位機(jī)通信接口”發(fā)送相關(guān)命令，通信接口接收到數(shù)據(jù)命令后通過協(xié)議向下位機(jī)發(fā)送指令。

數(shù)據(jù)配置通過鏈表的操作進(jìn)行配置。內(nèi)存數(shù)據(jù)將被存放在鏈表中，程序中一切配置數(shù)據(jù)的引用都從鏈表中獲取，當(dāng)讀、寫鏈表時(shí)，鏈表將自動進(jìn)行互斥處理。

4 技術(shù)要點(diǎn)

4.1 數(shù)據(jù)存儲采用雙向鏈表

后臺配置數(shù)據(jù)存儲使用了雙向鏈表技術(shù)，程序模塊調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)，直接利用鏈表指針進(jìn)行對數(shù)據(jù)的訪問，從而降低了系統(tǒng)對內(nèi)存的開銷，提高了數(shù)據(jù)調(diào)用的相應(yīng)速度。鏈表類為CTreeList，該類負(fù)責(zé)對整個(gè)鏈表進(jìn)行讀寫操作。

由于程序不同模塊都有可能操作節(jié)點(diǎn)，因此需做好互斥處理，如通信接口的訪問需采用Wait CommMutex()和ReleaseCommMutex()進(jìn)行互斥的控制，如圖4所示。

4.2 同類型數(shù)據(jù)統(tǒng)一界面配置

后臺軟件按“通信接口→設(shè)備→通信協(xié)議”的層次統(tǒng)一部署配置界面，每種類型的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一類型的數(shù)據(jù)界面（MDI的View窗體）中，從而有利于用戶配置時(shí)的比較和修改，用戶可以方便地復(fù)制同一類型的數(shù)據(jù)，使配置數(shù)據(jù)時(shí)快捷方便。

數(shù)據(jù)界面配置安排在CSimulateDevView類中實(shí)現(xiàn)，此類中負(fù)責(zé)用戶配置數(shù)據(jù)的人機(jī)界面對話，CSimulateDevDoc負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)鏈表讀/寫操作。主界面中，“配置庫”包括通信接口表、設(shè)備表、協(xié)議表，“實(shí)時(shí)表”包括具體設(shè)備的遙信表、遙測表、遙控表。當(dāng)雙擊某個(gè)節(jié)點(diǎn)即可打開該節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的配置窗體。

4.3 FTP方式下載配置文件

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置完成后，先進(jìn)行編譯，編譯形成的文件在可執(zhí)行文件同層次目錄的“downdata”目錄下，該目錄下的文件需要傳輸?shù)较挛粰C(jī)，以供下位機(jī)在啟動通信主流程時(shí)讀取配置，軟件因此設(shè)計(jì)了FTP下載文件功能，用戶點(diǎn)擊菜單的“下載”按鈕，即可完成文件下載。程序中CFtpClient為FTP的封裝類，該類中包含F(xiàn)TP的鏈接、斷開、設(shè)置目錄、刪除目錄、下載目錄共5個(gè)函數(shù)。

4.4 主通信架構(gòu)

目前國內(nèi)大多數(shù)廠家的通信管理單元設(shè)計(jì)都采用“協(xié)議→通信接口→設(shè)備”的架構(gòu)模式，每個(gè)通信接口對應(yīng)一個(gè)協(xié)議，此類設(shè)計(jì)存在的一個(gè)問題就是當(dāng)一個(gè)通信接口下存在不同協(xié)議的設(shè)備時(shí)（總線式通信模式時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)），通信管理單元將不能實(shí)現(xiàn)此功能，只能重新開辟一個(gè)新的通信接口給不同類型協(xié)議的設(shè)備。模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)的裝置內(nèi)程序按“通信接口（Comm）→設(shè)備（Term）→協(xié)議（Protocol）”的層次搭建通信架構(gòu)，真實(shí)反映現(xiàn)場通信層次，如某通信接口下掛了M個(gè)設(shè)備，則在后臺配置中配置該通信接口后，只需將這些設(shè)備屬性中填寫從屬于該通信接口下即可；同一通信接口下的各個(gè)設(shè)備可采用不同的通信協(xié)議，通信協(xié)議與通信接口具有無關(guān)性。通信配置架構(gòu)見圖5。

4.5 下位機(jī)模擬數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)

首先上位機(jī)發(fā)出啟動指令，下位機(jī)接收到命令后，解析模擬數(shù)據(jù)，派發(fā)模擬數(shù)據(jù)至目標(biāo)模擬設(shè)備，再由模擬設(shè)備解析模擬數(shù)據(jù)，通過設(shè)備協(xié)議生成相應(yīng)的報(bào)文傳輸給主站，如圖6所示。

4.6 硬件裝置遠(yuǎn)程調(diào)試和配置

為更好地服務(wù)于開發(fā)人員以及應(yīng)用人員對硬件裝置的配置，在開發(fā)硬件的同時(shí)開發(fā)了遠(yuǎn)程調(diào)試工具。用戶可通過PC連接到裝置，配置軟件可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置硬件接口參數(shù)、下載系統(tǒng)BIOS和Firm Ware、設(shè)置裝置為程序調(diào)試模式。

5 繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行

繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件通過測試表明，模擬裝置能及時(shí)響應(yīng)模擬數(shù)據(jù)的發(fā)生，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)能規(guī)?；?、順序性向主站發(fā)送模擬信號，能有效檢測主站有無信號丟失，同時(shí)模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地模擬出變電站事故時(shí)順序發(fā)生信號，系統(tǒng)能夠保存模擬信號的配置和模擬信號輸出結(jié)果，用戶再次使用時(shí)只需要將模擬數(shù)據(jù)配置導(dǎo)入即可再次模擬信號的發(fā)生，同時(shí)也可以按時(shí)間檢索模擬數(shù)據(jù)歷史。

6 結(jié)束語

繼電保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)的研發(fā)成功為檢測變電站綜合自動化系統(tǒng)性能提供了很好的檢測平臺，同時(shí)為后期分析變電站事故時(shí)提供了很好的分析工具。

若在保護(hù)報(bào)文模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)硬件中增加開關(guān)量硬節(jié)點(diǎn)和光敏傳感器，則可檢測綜合自動化系統(tǒng)開關(guān)量變化至后臺的反應(yīng)時(shí)間；增加輔助無線模塊，在無線模塊中設(shè)計(jì)多組開入、開出量，使之能直接接入二次設(shè)備，這樣則能不通過實(shí)際的開關(guān)操作檢測二次設(shè)備的開入、開出情況，從而能檢測綜合自動化系統(tǒng)備投、順控等邏輯操作。

[1] 李書臣，田慧欣．基于實(shí)時(shí)仿真技術(shù)變電站自動化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案[J].青年科學(xué)，2010（6）：269-270．

[2] 黃曙，梁曉兵，高新華，等.變電站自動化系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].繼電器，2007，35（4）：49-52．

[3] 莫峻，譚建成.變電站過程總線采樣值傳輸仿真系統(tǒng)[J].電力自動化設(shè)備，2010，30（5）：101-103．

[4] 諶爭鳴，陳輝，陳衛(wèi)，等.全數(shù)字化繼電保護(hù)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電力自動化設(shè)備，2009，29（5）：109-112．

[5] 鄧潔清，袁宇波.基于PLC模塊的變電站自動化測試仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（24）：157-160．

[6] 石劍華，黃文韜．基于GOOSE報(bào)文的簡易母線保護(hù)的應(yīng)用[J].廣西電力，2010，23（1）：45-48．