一種基于opnet的智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能變電站內(nèi)過程層網(wǎng)絡(luò)的建模方法，在建立各種類型智能設(shè)備的基礎(chǔ)上，構(gòu)建完整的過程層網(wǎng)絡(luò)，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]基于IEC61850的智能變電站，由于構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化的信息傳輸與共享平臺(tái)，使得繼電保護(hù)、監(jiān)控、遙控操作等系統(tǒng)應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。智能變電站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)是各IED間的信息交互通道，網(wǎng)絡(luò)功能是否完善、性能指標(biāo)是否滿足要求，直接影響到變電站內(nèi)各應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)，因此網(wǎng)絡(luò)性能的分析評(píng)估是十分必要的?？紤]到變電站內(nèi)通信的復(fù)雜性，用數(shù)學(xué)建模的方法難以定量計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)性能指標(biāo)，因而通常采用直接現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試雖然結(jié)果準(zhǔn)確，然而由于現(xiàn)場(chǎng)能模擬的情況十分有限，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果也缺少系統(tǒng)性。特別是遇到異常情況時(shí)，很難從系統(tǒng)的角度分析查找缺陷，影響了測(cè)試的效率。而借助計(jì)算機(jī)建模仿真來輔助網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評(píng)測(cè)，具有選擇方案范圍廣、測(cè)試結(jié)果全面、實(shí)施成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種重要的研究方法。
[0003]IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提出了智能變電站的“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu):所謂“三層”，分別指變電站層、間隔層和過程層;所謂“兩網(wǎng)”，分別是指用于變電站層和間隔層通信的站控層網(wǎng)絡(luò)、以及用于間隔層和過程層通信的過程層網(wǎng)絡(luò)(間隔層設(shè)備間的通信通常也劃入過程層網(wǎng)絡(luò))。對(duì)于這兩種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸?shù)膱?bào)文，IEC61850-5規(guī)定了實(shí)時(shí)性和可靠性方面的要求。具體而言，快速報(bào)文和原始數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸延時(shí)應(yīng)在3ms以內(nèi)，中速報(bào)文傳輸延時(shí)應(yīng)在1ms以內(nèi)，慢速報(bào)文和文件傳輸報(bào)文則無(wú)具體傳輸時(shí)間要求，各報(bào)文均應(yīng)保證可靠傳輸。在工程應(yīng)用中，原始數(shù)據(jù)報(bào)文為SV報(bào)文，快速和中速報(bào)文為GOOSE報(bào)文，SV在過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸、GOOSE在過程層和站控層網(wǎng)絡(luò)(監(jiān)控聯(lián)閉鎖)傳輸。為了保證SV和GOOSE報(bào)文傳輸?shù)目焖傩?，過程層網(wǎng)絡(luò)只映射到傳統(tǒng)ISO七層網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用層、鏈路層和物理層;而站控層網(wǎng)絡(luò)由于無(wú)快速性要求，繼承了經(jīng)典TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0004]OPNET是目前業(yè)界公認(rèn)的優(yōu)秀的通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施、協(xié)議的仿真及建模工具，適用于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)建模仿真。當(dāng)前也有不少研究成果，提出了基于OPNET的智能變電站網(wǎng)絡(luò)的建模方法。文獻(xiàn)“秦川紅，王寧等.采用虛擬局域網(wǎng)的數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)通信仿真研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41(2): 126-131”提出了基于OPNET的智能變電站網(wǎng)絡(luò)VLAN設(shè)置方法，IED模型調(diào)用了OPNET的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信模型，通信過程用UDP通信協(xié)議模擬，但UDP是網(wǎng)絡(luò)層的通信協(xié)議，而且SV、G00SE報(bào)文通信過程中并不通過網(wǎng)絡(luò)層。文獻(xiàn)“黃明輝，邵向潮等.基于OPNET的智能變電站繼電保護(hù)建模與仿真[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33(5): 144-149.”提出了基于過程層網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)過程建模，但并未考慮到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)傳輸性能的影響，而且各個(gè)IED建模只是調(diào)用了OPNET的三層節(jié)點(diǎn)模型ethernet_s tat 1n，與現(xiàn)場(chǎng)的母差保護(hù)、變壓器保護(hù)結(jié)構(gòu)存在差異。文獻(xiàn)“陳志光，張延旭等.變電站過程層網(wǎng)絡(luò)特定通信服務(wù)映射(SCSM)及其對(duì)實(shí)時(shí)性的影響分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40(21): 96-101.”的分析也是基于OPNET自身的ethernet_stat1n模型而展開的，不能準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)的IED。因此到目前為止，仍缺少一種針對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)、符合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐的建模方法，進(jìn)而影響了對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)性能的準(zhǔn)確評(píng)估。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種基于OPNET仿真軟件的智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)建模方法，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種既符合過程層網(wǎng)絡(luò)的傳輸特點(diǎn)、又兼顧實(shí)際工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)建模方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種基于OPNET的智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)建模方法，包括如下步驟:
步驟I)、建立OPNET環(huán)境中智能變電站中各類IED(Intelligent Electronic Device，智能電子設(shè)備)的仿真模型，包括建立合并單元仿真模型、建立智能終端仿真模型、建立保護(hù)裝置仿真模型和建立測(cè)控裝置仿真模型，其中保護(hù)裝置分為線路保護(hù)、主變保護(hù)和母線保護(hù)；
步驟2)、利用滿足分布規(guī)律的隨機(jī)數(shù)來模擬智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流；
步驟3)、根據(jù)建立的IED仿真模型，用100M帶寬的鏈路連接，以設(shè)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)。
[0008]作為優(yōu)選，步驟I)所述的建立合并單元的仿真模型，功能是發(fā)送固定周期的數(shù)據(jù)包，且發(fā)送速率和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度可設(shè)，由OPNET中的ethernet_stat1n模型派生而來，映射到ISO七層網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用層、鏈路層和物理層，其中，應(yīng)用層包含數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊，鏈路層包含MAC模塊、鏈路層與應(yīng)用層的接口模塊，物理層包含數(shù)據(jù)發(fā)送口和數(shù)據(jù)接收
□ O
[0009]作為優(yōu)選，為了符合實(shí)際應(yīng)用，合并單元仿真模型設(shè)定兩個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送口，一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)組建，一個(gè)用于裝置直接采樣，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊參數(shù)根據(jù)實(shí)際需要可靈活設(shè)置，MAC模塊中可設(shè)定數(shù)據(jù)發(fā)送的目的地址。
[0010]作為優(yōu)選，步驟I)所述的建立智能終端的仿真模型，功能是發(fā)送和接收GOOSE數(shù)據(jù)包，由OPNET中的ethernet_stat1n模型派生而來，在原模型基礎(chǔ)上，增加一個(gè)數(shù)據(jù)源，產(chǎn)生包含0N/0FF兩種狀態(tài)流量的報(bào)文，ON狀態(tài)持續(xù)時(shí)間滿足Pareto分布，OFF狀態(tài)持續(xù)時(shí)間滿足Exponet ial分布，且具體參數(shù)可設(shè);ethernet_stat 1n模型中的數(shù)據(jù)源用于發(fā)送持續(xù)的心跳報(bào)文和隨機(jī)報(bào)文，分布參數(shù)可設(shè)，兩個(gè)數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)疊加后發(fā)送至MAC層，智能終端的仿真模型其余部分繼承原ethernet_stat1n模型結(jié)構(gòu)。
[0011]作為優(yōu)選，步驟I)所述的建立線路保護(hù)的仿真模型，功能是接收來自合并單元的SV報(bào)文，與智能終端、其他保護(hù)/測(cè)控裝置之間交互GOOSE報(bào)文，同時(shí)也與站控層交換機(jī)、測(cè)控裝置交換MMS報(bào)文，由OPNET內(nèi)部模型workstat1n派生而成的,workstat1n模型按照經(jīng)典的TCP/IP協(xié)議而建，包含了應(yīng)用層、TCP傳輸層、IP網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層這五層結(jié)構(gòu)，繼承這部分結(jié)構(gòu)，并把該部分的物理接口定義為站控層網(wǎng)絡(luò)接口，交換MMS報(bào)文;在此基礎(chǔ)上，增加SV報(bào)文接收模型和G00SE報(bào)文交互模型，SV報(bào)文的接收模型，在所述的合并單元模型基礎(chǔ)上，刪除數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，保留其余模塊即可，該模型的接口定義為過程層網(wǎng)絡(luò)的SV接口 ；G00SE報(bào)文交互模型則與所述的智能終端結(jié)構(gòu)一致，定義該接口為過程層網(wǎng)絡(luò)的G00SE接口。因此，線路保護(hù)模型中共包含三組接口，分別交互SV、GOOSE和MMS報(bào)文。
[0012]作為優(yōu)選，步驟I)所述的主變保護(hù)的仿真模型，功能是接收來自變壓器各側(cè)合并單元的SV報(bào)文，與變壓器各側(cè)的智能終端、其他保護(hù)/測(cè)控裝置之間交互GOOSE報(bào)文，同時(shí)也