一种变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统及实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统及实现方法，系统包括：站控层模块、间隔层模块和过程层模块；站控层模块通过站控层网络与间隔层模块连接；过程层模块通过过程层网络与间隔层模块连接；过程层模块包括：过程层虚拟二次设备和/或真实过程层设备，间隔层模块包括：间隔层虚拟二次设备和/或真实间隔层设备，站控层模块包括：虚拟客户端和/或一体化监控系统、网络记录分析仪和同步对时装置；本发明专利技术提供的系统，能够为智能变电站改扩建二次设备提供系统性的检测调试环境，不仅能够有效提高检测调试效率，还能够减少现场带电调试的工作量和工作时间，提升改扩建工程的安全水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉电力自动化领域，具体涉及一种变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统及实现方法。
技术介绍
随着智能变电站全站信息数字化的推进，规约、模型的统一，接线的简化及接口标准化，变电站自动化系统的硬件回路将逐渐减少，以往大量的二次电缆连接模式演变成了虚端子、虚回路的配置。相比于传统变电站围绕着纸质图纸，智能变电站围绕着SCD文件，设计工作和系统集成工作将逐渐融合，设计可以直接提交出包含全站模型信息的SCD文件并提供给各设备厂商，供其直接导入，完全避免了原先对照图纸、依靠人力进行信息输入和现场接线的弊端，从而在工程实施这个关键环节体现智能变电站的魅力和价值，实现“最大化工厂工作量，最小化现场工作量”。另外，智能变电站中，电子式互感器、智能终端、交换机、状态监测系统、对时同步技术等大量新设备、新技术的应用，使变电站的信息传输方式和表现形式发生了变化，使得变电站内部的结构、接线方式都发生了巨大变化：(1)传统的电缆二次回路的被光纤和网络所代替；(2)交流电流、电压信号以及直流控制、位置、告警信号被SV、GOOSE所取代；(3)装置的功能及各装置间联接关系体现在全站SCD配置文件的模型及虚端子中；由于上述一系列的改变，智能变电站的检测调试模式也随之进行了调整，涉及的调试内容、调试方法也随着新设计、新设备和新技术的发展而发生变化，常规的模拟量和开关量输入、输出被数字形式的SV和GOOSE所取代，这给智能变电站的调试带来了挑战。我国自2009年开展智能变电站的发展建设以来，截至到2015年底已经建成投运1000多座智能变电站，随着智能变电站的不断发展建设，新建智能变电站的检测调试手段和调试方法也日益完善。但由于新建智能变电站建设规模较大，不少早期建成投运的智能变电站如今已面临着改扩建的需求，而目前已经投运的1000多座智能变电站也将逐步面临同样的问题。从当前智能变电站改扩建工程的施工现状来看看，改扩建工程因施工现场部分设备带电，施工现场复杂，由于当前实际开展的改扩建工程数量较少，且各自改扩建的内容也存在较大差异，因此现有工程中实际可借鉴的工程经验非常少。另外，与以往常规变电站扩建时电缆点对点联系的清晰可见不同，智能变电站扩建时，需要根据IEC61850标准，配置修改系统中使用的说明文档、设备的配置参数文档、系统数据、信息模型文档及系统和设备的配置文件等项目。每个IED装置ICD功能描述文件的增加或变动，都需同步更新全站SCD系统配置文件，然后导出IED配置描述文件(CID)进行下装，这给在运设备的文件配置带来了潜在的风险。面向通用对象的变电站事件(GenericObjectOrientedSubstationEvent，GOOSE)采用网络发布，待联调的改扩建设备与其他运行设备可能接入到同一台交换机，在安全措施隔离上无法实现断开光纤等直观的安措隔离点，这给调试带来了挑战，也增加了调试的难度和工作量。从当前已有的智能变电站改扩建调试的开展情况来看，这些改扩建工程的二次调试都在现场设备带电运行的情况下开展，安全性风险较大。也有具体工程的现场调试提及了建议采用虚拟设备来模拟SV或者GOOSE报文实现对现场信号的配置，但并未提及具体的功能或产品描述。虽然当前的数字化继电保护测试仪在一定程度上可以模拟SV和GOOSE报文，但往往只能针对单台设备进行测试。也有测试仪厂家通过增加多个端口的方式实现多路SV和GOOSE报文的模拟，但仍然是针对各自的保护测控设备，并未能够从系统角度构建仿真调试环境。更为重要的是，智能变电站改扩建仿真调试环境很大程度上需要开展新增设备与在运设备之间的关联调试，需要模拟在运设备与真实二次设备之间开展关联信号调试，而这是当前测试仪所不具备的。
技术实现思路
本专利技术提供一种变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统及实现方法，其目的是能够为智能变电站改扩建二次设备提供系统性的检测调试环境，实现对智能变电站改扩建工程二次设备的单体调试、系统调试以及联合仿真调试，不仅能够有效提高检测调试效率，还能够减少现场带电调试的工作量和工作时间，提升改扩建工程的安全水平。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种智能变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统，其改进之处在于，包括：站控层模块、间隔层模块和过程层模块；所述站控层模块通过站控层网络与所述间隔层模块连接；所述过程层模块通过过程层网络与所述间隔层模块连接；其中，所述过程层模块包括：过程层虚拟二次设备和/或真实过程层设备，所述间隔层模块包括：间隔层虚拟二次设备和/或真实间隔层设备，所述站控层模块包括：虚拟客户端和/或一体化监控系统、网络记录分析仪和同步对时装置。优选的，所述过程层虚拟二次设备，用于解析所述真实过程层设备的ICD文件，模拟所述真实过程层设备的SV、GOOSE报文的实时传输；所述间隔层虚拟二次设备，用于解析所述真实间隔层设备的ICD文件，模拟传输所述真实间隔层设备的MMS报文，并模拟发送和接收所述真实间隔层设备的GOOSE报文和SV报文；所述虚拟客户端，用于模拟所述一体化监控系统实现与所述真实间隔层设备之间发送和接收MMS报文。优选的，所述真实过程层设备包括：合并单元和智能终端，所述真实间隔层设备包括：继电保护装置和测控装置。进一步的，分别将所述真实过程层设备和所述真实间隔层设备的ICD文件作为硬件构架的运行驱动，构建所述过程层虚拟二次设备和所述间隔层虚拟二次设备，其中，所述硬件构架基于Vxworks嵌入式操作系统，采用FPGA+PowerPC相结合的硬件架构，并支持IRIG-B和IEEE1588对时；所述硬件构架配置光纤以太网通信接口和RJ45以太网通信接口，且均为100M带宽；所述硬件构架采用SD卡扩展硬件平台的文件存储空间，用于存放ICD文件。进一步的，采用仿真软件解析所述真实间隔层设备的ICD文件构建所述间隔层虚拟二次设备。优选的，所述过程层网络配置单独的过程层交换机，用于接入待测试过程层设备和/或待测试间隔层设备，其中，所述待测试过程层设备包括：真实待测试过程层设备和/或待测试过程层虚拟二次设备，且所述待测试过程层虚拟二次设备模拟运行待测试过程层设备的ICD文件，所述待测试间隔层设备包括：真实待测试间隔层设备和/或待测试间隔层虚拟二次设备，且所述待测试间隔层虚拟二次设备模拟运行待测试间隔层设备的ICD文件；所述站控层网络配置单独的站控层交换机，用于接入待测试间隔层设备，其中，所述待测试间隔层设备包括：真实待测试间隔层设备和/或待测试间隔层虚拟二次设备，且所述待测试间隔层虚拟二次设备模拟运行待测试间隔层设备的ICD文件。一种变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统实现方法，其改进之处在于，所述方法包括：通过站控层网络将站控层模块与间隔层模块连接；通过过程层网络将过程层模块与间隔层模块连接；配置与所述站控层网络级联的单独的站控层交换机，将所述站控层交换机与站控层网络连接；配置与所述过程层网络级联的单独的过程层交换机，将所述过程层交换机与过程层网络连接；将待测试间隔层设备和/或待测试过程层设备接入所述过程层交换机，对所述待测试间隔层设备和/或待测试过程层设备进行测试；将待测试间隔层设备接入所述站控层交换机，对所述待测试间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统，其特征在于，所述系统包括：站控层模块、间隔层模块和过程层模块；所述站控层模块通过站控层网络与所述间隔层模块连接；所述过程层模块通过过程层网络与所述间隔层模块连接；其中，所述过程层模块包括：过程层虚拟二次设备和/或真实过程层设备，所述间隔层模块包括：间隔层虚拟二次设备和/或真实间隔层设备，所述站控层模块包括：虚拟客户端和/或一体化监控系统、网络记录分析仪和同步对时装置。

【技术特征摘要】
1.一种智能变电站改扩建工程二次设备仿真调试系统，其特征在于，所述系统包括：站控层模块、间隔层模块和过程层模块；所述站控层模块通过站控层网络与所述间隔层模块连接；所述过程层模块通过过程层网络与所述间隔层模块连接；其中，所述过程层模块包括：过程层虚拟二次设备和/或真实过程层设备，所述间隔层模块包括：间隔层虚拟二次设备和/或真实间隔层设备，所述站控层模块包括：虚拟客户端和/或一体化监控系统、网络记录分析仪和同步对时装置。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程层虚拟二次设备，用于解析所述真实过程层设备的ICD文件，模拟所述真实过程层设备的SV、GOOSE报文的实时传输；所述间隔层虚拟二次设备，用于解析所述真实间隔层设备的ICD文件，模拟传输所述真实间隔层设备的MMS报文，并模拟发送和接收所述真实间隔层设备的GOOSE报文和SV报文；所述虚拟客户端，用于模拟所述一体化监控系统实现与所述真实间隔层设备之间发送和接收MMS报文。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述真实过程层设备包括：合并单元和智能终端，所述真实间隔层设备包括：继电保护装置和测控装置。4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，分别将所述真实过程层设备和所述真实间隔层设备的ICD文件作为硬件构架的运行驱动，构建所述过程层虚拟二次设备和所述间隔层虚拟二次设备，其中，所述硬件构架基于Vxworks嵌入式操作系统，采用FPGA+PowerPC相结合的硬件架构，并支持IRIG-B和IEEE1588对时；所述硬件构架配置光纤以太网通信接口和RJ45以太网通信接口，且均为100M带宽；所述硬件构架采用SD卡扩展硬件平台的文件存储空间，用于存放ICD文件。5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，采用仿真软件解析所述真实间隔层设备的ICD文件构建所述间隔层虚拟二次设备。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程层网络配置单独的过程层交换机，用于接入待测试过程层设备和/或待测试间隔层设备，其中，所述待测试过程层设备包括：真实待测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊陈，倪益民，赵国庆，袁浩，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32