基于IEC 61850的在线监测装置通信仿真系统开发与应用
翟瑞聪，谢善益，范 颖，周 刚
【摘 要】摘要：为了对电力设备在线监测系统进行互操作测试和雪崩测试，提出了基于IEC 61850在线监测装置通信仿真系统的实现方法。该系统通过加载在线监测装置的SCL信息模型描述文件，模拟出间隔层各类型在线监测装置的数据通信行为，实现对站控层系统进行模拟仿真测试。实践证明，在线监测装置通信仿真系统在质量检测和工程调试上不仅缩短了测试周期，而且降低了测试难度。
【期刊名称】电力系统保护与控制 【年(卷),期】2016(044)008 【总页数】5
【关键词】IEC 61850；在线监测；MMS通信；仿真系统；互操作测试；雪崩测试
0 引言
随着电力设备在线监测技术的迅猛发展[1-4]，IEC 61850标准[5-7]已广泛应用于在线监测系统的网络化通信和信息共享，有效解决了在线监测装置种类繁多、信息模型和数据传输形式不一致等问题，实现了变电站各个层级的在线监测装置之间的互联互通和即插即用[8]。
在工程实施和系统测试过程中，发现在线监测装置运行方式多样、数据规模较大，造成了变电站站控层在线监测系统或设备的调试工作量大、复杂度高、效率低等问题。测试工作中采用仿真形式的IEC 61850服务端软件[9]替代实际的在线监测装置，可有效解决上述难题。但传统的IEC 61850服务端软件存在不
足：(a) 仅能模拟出部分通用的MMS通信服务和固定的监测数据，无法根据不同的装置类型形成不同的监测数据和谱图文件；(b) 缺少在线监测历史数据的访问功能，造成通信模型测试缺乏全面性；(c) 不能同时模拟多个在线监测装置，导致雪崩测试难以开展。
因此，本文提出了一种基于IEC 61850在线监测装置通信仿真系统的实现方法，实现对在线监测系统或设备全面的、高效的模拟仿真测试，简化调试流程，缩短工程周期。
1 系统顶层构思
基于IEC 61850在线监测装置通信仿真系统主要应用于电力设备在线监测系统的IEC 61850客户端通信测试，比如监测子系统、状态监测网关、综合处理单元及其他IEC 61850客户端。
为操作方便和节省硬件资源，系统应同时具备单机独立运行和联机集群运行两种模式，即根据硬件资源实际情况，系统可灵活部署在单台PC机或多台PC机上，通过运行策略配置同时进行多台在线监测装置的通信仿真。系统由系统操作台、装置仿真器和仿真数据库3部分组成，如图1所示。其中，系统操作台作为系统集中式管理控制的核心模块，能灵活配置仿真策略和管理各个装置仿真器；装置仿真器根据系统操作台设定的运行参数启动，并从仿真数据库中提取仿真配置信息和SCL模型文件，从而模拟出不同类型的在线监测装置仿真实例，每个仿真实例视为一台在线监测仿真装置与IEC 61850客户端进行通信；仿真数据库作为系统的存储介质，用于存放仿真配置信息、SCL模型文件、仿真历史数据等。
2 系统功能需求分析
在线监测装置通信仿真系统的功能需求主要包括通信行为模拟、装置仿真实例并行和人机界面3部分。
(1) 通信行为模拟。在线监测装置通信仿真系统需模拟在线监测装置的通信行为包括遥信和遥测数据上送、定值操作、谱图文件传输、历史数据读取等。其中，遥信和遥测数据由系统配置的数据仿真策略自动生成，策略包括步进变化、随机变化和真实数据回放，同时运行在测试运行过程中手动修改实时值；对于定值操作的模拟，系统根据SCL模型文件的定值配置信息启动定值状态机，并实时响应IEC 61850客户端的定值操作请求；谱图文件传输行为只对油气在线监测、局部放电在线监测和断路器机械特性在线监测等具有谱图生成功能的装置进行仿真，系统根据SCL模型文件的谱图建模信息和谱图仿真策略启动谱图文件生成程序，仿真实例截取当前的数据断面生成相应的谱图文件，并立即产生谱图文件完成信号以通知IEC 61850客户端；为检验IEC 61850客户端的历史数据读取功能，系统对遥信和遥测数据的数值、品质、时标采用数据变化策略进行历史存储，并以MMS日志服务[10]实时响应IEC 61850客户端的历史数据读取请求。
(2) 装置仿真实例并行。系统要求在同一台PC机上能够同时模拟出多个不同类型的在线监测装置仿真实例，并根据系统预设的IP地址列表为每个仿真实例分配独立的IP地址。每个仿真实例扮演一个IEC61850服务端角色，实现与多个IEC 61850客户端进行通信，支持的MMS服务包括关联、目录、数据读写、数据集、报告、日志、文件传输、定值、替代等。
(3) 人机界面。系统应具有界面友好、操作简便的人机交互接口，包括：a)能统一配置、启动和关闭多个在线监测装置仿真实例；b)能对每个仿真实例的数据
基于IEC 61850的在线监测装置通信仿真系统开发与应用
