基于IEC61850的实时系统仿真器接口

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1、基于IEEC6118500的实时系系统仿真真器接口口王 照，马文晓晓，高 飞ABB(中国)有限公公司集团团研究中中心, 北京朝朝阳区酒酒仙桥路路10号号恒通广广厦，11000016IEC6618550 BBASEED IINTEERFAACESS FOOR RREALL-TIIME SYSSTEMM SIIMULLATOORWANGG Zhhao，MA Wennxiaao，GGao FeiiCorpporaateRReseearcch,AABB (Chhinaa) Liimitted, UnniveersaalPllazaa, 110 JJiuxxiannqiaao LLu, Chaaoyaa

2、ng Disstriict, Beeijiing, 10000116ABSTTRACCT:Reaal-TTimee Syysteem SSimuulattor is thee keey mmethhod of tesstinng aand verrifiicattionn foor ppoweer ssysttem andd itts aautoomattionn syysteem, whiich cann bee ussed forr reeal-timme, dynnamiic aand cloose-looop ssimuulattionn off obbjecct ssysttem.

3、Thhis papper willl iintrroduuce thee innterrfaccebeetweeen RTSSS aand objjectt syysteem, theen bbrinngs forrwarrd tthreee nnew typpe oof iinteerfaacess, iinclludiing Virrtuaal IIED bassed intterffacee, PProccesss Leevell Trranssceiiverr baasedd innterrfacce aand Proocesss LLeveel ccommmuniicattionn

4、baasedd innterrfacce, andd thhe ttheiir iimpllemeentaatioon. Alsso, thiis ppapeer iintrroduucess thhe aautoomattic moddeliing of RTSSS aand itss maappiing to objjectt syysteem. Finallly, wiith inttrodduciing thee poossiiblee apppliicattionns, thiis ppapeer cconccluddes thaat nnew intterffacees aare

5、suiitabble forr thhe ttesttingg off cuurreent andd fuuturreobbjecct ssysttem.KEY WORRD:Reaal-TTimee Syysteem SSimuulattor;IECC618850; Innterrfacce; Prroceess Levvel Commmunnicaatioon; Modell摘要:实实时系统统仿真器器是电力力系统网网络和自自动化设设备测试试、验证的的重要手手段，可可以用于于对目标标系统进进行实时时、动态态和闭环环的仿真真。本文对对实时系系统仿真真器与目目标系统统的接口口方式进进行了介介绍，并

6、并在此基基础上，提提出了三三种新型型的接口口方式：基于虚虚拟IEED的接接口方式式、基于于过程层层收发器器的接口口方式和和基于直直接过程程层通信信的接口口方式，以以及三种种方式的的实现方方法。同同时，本本文介绍绍了自动动生成实实时系统统仿真器器模型文文件和对对应关系系。最后后，通过过对适用用范围的的介绍，本文认为新型接口方式适合现有及未来的目标系统的测试。关键词:实时系系统仿真真器；IIEC6618550；接接口；过程层层通信；模型1简介介随着电力力系统的的发展，系系统本身身和自动动化设备备也越来来越复杂杂。电力力系统的的设计、运运行和设设备的开开发都需需要辅助助工具（例例如系统统仿真工工具）

7、的的支持。经经过多年年的发展展，出现现了一些些主要的的实时系系统仿真真器，如如RTDDS11、AREENE、HYPPERSSIM等2。世界界上主要要的电力力设备制制造商（如如GE，AABB）、电电力公司司和科研研院所等等都采用用实时系系统仿真真技术来来进行科科研和研研发工作作3。传统上，实实时系统统仿真器器与目标标系统都都采用模模拟的方方式进行行连接，包包括I/O接口口卡和放放大器等等。这种种连接受受到硬件件设备的的限制3，存在在成本高高、连接接不灵活活等缺点点。本文将在在介绍实时时系统仿仿真器与与目标系系统的传传统接口口的基础础上，提提出三种种新型的的接口方方式，包包括虚拟拟IEDD的接口口

8、方式、过过程层收收发器的的接口方方式和直直接过程程层通信信的接口口方式。同时，本文针对新型接口方式，提出自动地生成模型文件和对应关系。通过分析这几种新型接口方式的优缺点，本文认为新型接口方式适合现有及未来的目标系统的测试。2实时时系统仿仿真器与与目标系系统的传传统接口口方式实时系统统仿真器器（Reeal-timme SSysttem Simmulaatorr，简称称RTSSS）可可以对目目标电力力系统进进行实时时、动态态和闭环环的仿真真。实时时系统仿仿真器可可以生成成仿真数数据，然然后通过过硬件接接口或软软件通信信的方式式传递给给目标系系统；目目标系统统接收到到实时系系统仿真真器的收收入，并并

9、对输入入进行响响应，然然后反馈馈回实时时系统仿仿真器。实时系系统仿真真器接收收到目标标系统的的相应，并并进入下下一轮的的仿真。这这样，就就形成了了实时系系统仿真真器与目目标系统统的闭环环仿真。图 1 传统实实时系统统仿真器器及其与与目标系系统的接接口Fig 1 CConveentiionaal cconnnecttionnbettweeen rreall-tiime sysstemm simuulattor andd obbjecct ssysttem如图 1所示，实实时系统统仿真器器与目标标系统的的传统接接口方式式是通过过I/OO卡和放放大器等等硬件设设备实现现的11-24。实时时系统仿仿真

10、器可可以通过过开关量量接口卡卡或直接接用电缆缆来输入入和输出出开关量量信息，并并通过放放大器或或模拟量量接口卡卡输入和和输出模模拟量信信息。目标系统统是任何何需要被被仿真的的电力系系统，包包括一次次设备和和二次设设备。目目标系统统的输出出能够被被反馈到到实时系系统仿真真器；实实时系统统仿真器器能够对对目标系系统进行行响应，并并反馈回回目标系系统。这这样，就就形成了了闭环的的仿真过过程。传统的实实时系统统仿真器器与目标标系统的的接口方方式受到到硬件系系统的限限制，增增加开关关量或模模拟量接接口需要要适当增增加硬件件设备，如如实时系系统仿真真器的接接口卡和和发大器器。3. 实实时系统统仿真器器与目

11、标标系统的的新型接接口方式式3.1 新型接接口方式式的基础础IEC6618550标准准具有标标准的模模型、标标准的通通信和标标准的配配置，并并且定义义了过程程层的通通信55。过过程层的的通信主主要是一一次设备备和二次次设备之之间的通通信，包包括采样样值的传传送和开开关的状状态、位位置和控控制的通通信。IEC6618550标准准为实时时系统仿仿真器与与目标系系统的接接口提供供了新的的方式。一方面，利用IEC61850的模型定义，可以用软件模拟IED，该虚拟IED可以分别与实时系统仿真器和目标系统进行接口；另一方面，IEC61850的过程层通信可以直接作为实时系统仿真器与目标系统的接口。3.2虚虚

12、拟IEED的接接口方式式IEC6618550标准准定义了了标准的的模型，该该模型能能够被用用于设计计虚拟的的IEDD（智能能电子装装置），即即用软件件技术模模拟和再再现IEED。虚虚拟IEED具有有与物理理IEDD相同的的信息模模型，也也可以有有与物理理IEDD相同的的功能和和行为。由于虚拟拟IEDD具有物物理IEED的模模型和功功能；又又因为是是通过软软件实现现的，具具有修改改方便和和开放的特特点66-7，因此此在保证证性能的的前提下下，虚拟拟IEDD可以作作为实时时系统仿仿真器和和目标系系统的媒媒介。图 2 虚拟IIED的的接口方方式Fig 2 CConnnecttionns wwithh

13、 Viirtuual IEDDs如图 2所示，虚虚拟IEED的接接口方式式可以通通过以下下的步骤骤完成：1) 用户对目目标系统统包括虚虚拟IEED进行行配置。该该配置将将遵循IEEC6118500的配置置定义和和配置过过程，并并形成IIEC6618550所规规定的各各种配置置文件。2) 虚拟IEED进行行初始化化，并与与目标系系统进行行连接。虚虚拟IEED与目目标系统统的连接接和信息息的对应应通过步步骤1）的的配置文文件实现现。3) 实时系统统仿真器器通过步步骤1）生生成的配配置文件件自动生生成仿真真模型文件件。同时时，生成成实时系系统仿真真器与虚虚拟IEED之间间的连接接和信息息对应关关系。

14、4) 实时系统统仿真器器通过步步骤3）生生成的仿仿真模型型文件进进行系统统仿真，并并通过虚虚拟IEED将仿仿真结果果传送给给目标系系统；目目标系统统对仿真真结果进进行响应应，并通通过虚拟拟IEDD反馈回回实时系系统仿真真器，从从而形成成闭环的的仿真环环境。虚拟IEED的接接口方式式不受物物理IEED数目目的限制制，对于于包含多多个IEED的自自动化系系统的测测试尤其其适合。这种接口方式适合的目标系统是自动化系统本身，例如馈线自动化系统等，主要是测试自动化系统的功能和逻辑。这种接口方式受到虚拟IED性能的影响，如实时性等。因此在使用这种接口方式的时候，需要首先确定虚拟IED的性能能够满足系统测试

15、的需要。3.3 过程层层收发器器的接口口方式IEC6618550标准准的过程程层通信信可以作作为实时时系统仿仿真器与与目标系系统的另另一种接接口方式式。可以以根据IIEC6618550实现现一种实实时系统统仿真器器与过程程层通信信的接口口模块，称称为过程程层收发发器。过过程收发发器是一一种多对对多的通通信模块块。图 3 过程层层收发器器的接口口方式Fig 3 CConnnecttionns wwithh Prroceess Levvel Traanscceivver如图 3所示，过过程层收收发器承承担网关关（Gaatewway）的的功能。实实时系统统仿真器器与过程程层收发发器之间间采用通通信或

16、硬硬件的连连接方式式，目标标系统与与过程层层收发器器之间采采用IEEC6118500标准的的过程层层通信。采用过程程层收发发器的接接口方式式可以通通过以下下的步骤骤实现：1) 用户对目目标系统统进行配配置。该该配置将将遵循IEEC6118500的配置置定义和和配置过过程，并并形成IIEC6618550所规规定的各各种配置置文件。2) 过程层收收发器进进行初始始化，并并与目标标系统进进行连接接。过程程层收发发器与目目标系统统的连接接和信息息的对应应通过步步骤1）的的配置文文件实现现。3) 实时系统统仿真器器通过步步骤1）生生成的配配置文件件自动生生成仿真真模型文文件。同同时，生生成实时时系统仿仿

17、真器与与目标系系统之间间的连接接和信息息对应关关系。4) 实时系统统仿真器器通过步步骤3）生生成的仿仿真模型型文件进进行系统统仿真，并并通过过过程层收收发器将将仿真结结果传送送给目标标系统；目标系系统对仿仿真结果果进行响响应，并并通过过过程层收收发器反反馈回实实时系统统仿真器器，从而而形成闭闭环的仿仿真环境境。过程层收收发器的的接口方方式比较较适合不不改变实实时系统统仿真器器，而需需要与支支持过程程层通信信的目标标系统进进行接口口的过渡渡阶段。这这种接口口方式适适合的目目标系统统可以是是IEDD，也可可以是包包括IEED的自自动化系系统，可可以使对对通信的的测试，也也可以是是对IEED或自自动

18、化系系统功能能和逻辑辑的测试试。如果果过程层层收发器器与实时时系统仿仿真器通通过通信信进行信信息交换换，也可可以不受受硬件系系统的限限制。与与虚拟IIED 的接口口方式类类似，过过程层收收发器的的性能同同样会成成为整个个系统的的瓶颈之之一。因因此在使使用这种种方式前前，同样样首先要要确定过过程层收收发器的的性能是是否能够够满足信信息交换换的需要要。当然然，这个个问题可可以通过过使用多多个过程程层收发发器来解解决。3.4 直接过过程层通通信的接接口方式式过程层收收发器的的接口方方式是一一种过渡渡方式。如如果能够够修改实实时系统统仿真器器以支持持过程层层通信，就就可以形形成一种种新的接接口方式式，

19、即直直接过程程层通信信的接口口方式。如图 4所示，直直接过程程层通信信的接口口方式是是过程层层收发器器接口方方式的一一种升级级，它直直接支持持IECC618850的的过程层层通信8，而而无需任任何额外外的转换换模块。直直接过程程层的接接口方式式可以通通过以下下的步骤骤实现：1) 用户对目目标系统统进行配配置。该该配置将将遵循IIEC6618550的配配置定义义和配置置过程，并并形成IIEC6618550所规规定的各各种配置置文件。2) 实时系统统仿真器器通过步步骤1）生生成的配配置文件件自动生生成仿真真模型文文件。同同时，生生成实时时系统仿仿真器与与目标系系统之间间的连接接和信息息对应关关系。

20、3) 实时系统统仿真器器通过步步骤2）生成成的仿真真模型文文件进行行系统仿仿真，并并通过过过程层通通信将仿仿真结果果传送给给目标系系统；目目标系统统对仿真真结果进进行响应应，并通通过过程程层通信信反馈回回实时系系统仿真真器，从从而形成成闭环的的仿真环环境。图 4 直接过过程层通通信的接接口方式式Fig 4 CConnnecttionn wiith dirrectt prroceess levvel commmunnicaatioon直接过程程层通信信的接口口方式是是一种完完全基于于通信的的接口方方式。这这种接口口方式不不仅不受受硬件的的限制，而而且是完完全支持持采用IIEC6618550过程程

21、层通信信的目标标系统的的测试。这种接口方式的目标系统可以是IED，也可以包括多个IED的自动化系统；测试的内容可以是通信，也可以是IED或自动化系统的功能和逻辑。4自动动生成模模型文件件和对应应关系在实时系系统仿真真器的使使用过程程中，都都需要生生成仿真真模型文文件，同同时也需需要制定定实时系系统仿真真器与目目标系统统之间的的对应关关系。这这些模型型文件和和对应关关系可以以手动生生成，但但手动的的方式往往往效率率比较低低，同时时需要很很难保证证准确性性。而采采用自动动生成的的方式则则可以避避免上述述缺点，以以达到提提高效率率和准确确性的目目的。图 5 自动生生成仿真真模型文文件和对对应关系系F

22、ig 5 AAutoomattic moodellingg annd mmapppingg如图 5所示，自自动生成成仿真模模型文件件就是通通过目标标系统的的配置文文件来自自动生成成实时系系统仿真真器的模模型文件件；而由由于模型型文件是是通过目目标系统统的配置置文件自自动生成成的，那那么实时时系统仿仿真器的的模型与与目标系系统的对对应关系系也可以以作为副副产品自自动生成成。系统仿真真器的模模型与目目标系统统的对应应关系就就是实时时系统仿仿真器与与目标系系统之间间的映射射，用于于不同模模型或不不同规约约之间的的转换，包包括实时时系统仿仿真器模模型的索索引、类类型，目目标系统统模型的的索引、类类型，

23、以以及该对对应关系系是否用用于通信信过程等等。自动生成成模型文文件和对对应关系系的过程程仍然需需要用户户的手动动参与，一一方面，目目标系统统配置文文件的信信息并不不需要全全部与实实时系统统仿真器器进行交交换，需需要测试试人员进进行手动动的筛选选；另一一方面，目目标系统统的IEEC6118500配置文文件主要要是二次次系统的的信息，而而实时系系统仿真真器的模模型文件件则包含含了大量量的一次次系统信信息，因因此也需需要测试试人员进进行手动动的配置置一次系系统的过过程。5适用用范围传统的的实时系系统仿真真器由于于受到接接入装置置的限制制，往往往应用于于对有限限的装置置或系统统的仿真真。本文文提出的的

24、新型接接口方式式可以突突破对接接入装置置数量的的限制，从从而可以以使得实实时系统统仿真器器可以用用于更大大范围系系统的仿仿真和测测试工作作。例如如，新型型接口方方式可以以用于仿仿真分布布式的馈馈线自动动化系统统。采用新新型接口口的实时时系统仿仿真器可可以用于于以下的的应用：1）新新型自动动化系统统（包括括分布式式自动化化系统）的研究和开发，特别是智能电网、数字化变电站等新型自动化系统；2）自动化系统的出厂测试和现场验收，尤其是那些需要和一次系统实时进行交互的系统。6结论论本文介绍绍了三种种实时系系统仿真真器与目目标系统统的接口口方式，包包括虚拟拟IEDD的接口口方式、过过程层收收发器的的接口方

25、方式和直直接过程程层通信信的接口口方式。这这几种接接口方式式都有各各自适合合应用情情况，同同时可以以突破传传统接口口方式的的硬件限限制。同同时，本本文介绍绍了自动动生成仿仿真模型型文件和和对应关关系的办办法。通通过对接接口方式式，自动生生成配置置和适用用范围的的分析，本本文认为为新的接接口方式式具有不不受硬件件限制，接接口灵活活的特点点，结合合自动生生成配置置的过程程，适合合现有及及未来支支持IEEC6118500过程层层通信的的目标系系统的测测试。参考文献献1. 叶林，杨杨仁刚等等，“电力系系统实时时数字仿仿真器RRTDSS”，电工工技术杂杂志，220044年第77期，449-552页2.

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