調(diào)度自動(dòng)化數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張東奇

摘 要：對(duì)于現(xiàn)在調(diào)度自動(dòng)化數(shù)字物理混合系統(tǒng)的要求，本文對(duì)次提供了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，可以滿足其需求。

關(guān)鍵詞：調(diào)度自動(dòng)化；數(shù)字物理；仿真培訓(xùn)

隨著國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)的加快，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化，是電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有力保障。目前，調(diào)度自動(dòng)化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是以電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提供培訓(xùn)人員[1]。然而，當(dāng)它們被改編成模擬主界面進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)工作時(shí)，也需要投入大量的時(shí)間和精力來(lái)熟悉實(shí)際操作，應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)。因此，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行，結(jié)合實(shí)際需要的混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)由此出現(xiàn)。

在這種混合仿真系統(tǒng)中，仿真網(wǎng)格通信功能部分和實(shí)際調(diào)度主調(diào)度問(wèn)題已成為一個(gè)非常重要的部分。其可靠性、實(shí)用性和效率需要得到滿足標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹了遠(yuǎn)程終端解決方案，基于混合自動(dòng)站的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEC60870-5-104仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際工程中的應(yīng)用試驗(yàn)。

一、主要技術(shù)

調(diào)度自動(dòng)化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)主要由混合核心網(wǎng)絡(luò)仿真模塊、通信模塊、實(shí)時(shí)主站系統(tǒng)三部分組成。仿真終端主要是指通信模塊、IEC 104通信協(xié)議的設(shè)計(jì)功能。通訊方式：IE C 104通信模塊作為從站（服務(wù)器），作為主站的主調(diào)度端（客戶端），二者運(yùn)用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口物理鏈路。

（一）仿真模塊以及通信模塊數(shù)據(jù)交換

仿真系統(tǒng)要求高實(shí)時(shí)性和高效率的數(shù)據(jù)通信模塊，對(duì)仿真系統(tǒng)提出了更高的要求。電力系統(tǒng)仿真可能涉及自變電站仿真，對(duì)于仿真系統(tǒng)大規(guī)模數(shù)據(jù)的問(wèn)題，考慮使用共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行請(qǐng)求間數(shù)據(jù)交換的過(guò)程。

目前，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是OSI PI的主要市場(chǎng)，呈分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，價(jià)格比較貴，不適合訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測(cè)試網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，不能滿足設(shè)計(jì)要求。因此，選擇模式識(shí)別，在共享內(nèi)存隊(duì)列中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

通信模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)視上行隊(duì)列、下行隊(duì)列，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的仿真模塊和104個(gè)通信程序。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，遙控和遙測(cè)站傳輸、遠(yuǎn)程遙測(cè)、位移實(shí)時(shí)調(diào)度仿真系統(tǒng)，對(duì)于時(shí)間和SOE信息，只需接收遠(yuǎn)程控制預(yù)調(diào)度主站發(fā)出遠(yuǎn)程命令執(zhí)行。因此，在IE仿真系統(tǒng)的指導(dǎo)下，C104通信模塊為下行。

（二）調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)以及通信模塊通信

在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，區(qū)域電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)的趨勢(shì)往往需要。根據(jù)電網(wǎng)規(guī)模的不同需求，模擬和白色的RTU裝置，有幾十個(gè)站跟一個(gè)或多個(gè)通信站通信。因此，如果在變電站直接使用104種通信方式。在一個(gè)過(guò)程或RTU通信處理能力是所有設(shè)備的需求將相當(dāng)大的提高，從而增加了系統(tǒng)的硬件成本。

本設(shè)計(jì)采用了編程和多線程技術(shù)，大大降低了系統(tǒng)資源的利用率。在通信終端設(shè)備的通信過(guò)程中的服務(wù)器通信模塊，每個(gè)線程模擬一個(gè)站或站。RTU站設(shè)備之間的端口的設(shè)置及使用請(qǐng)求線程工廠端口號(hào)識(shí)別。在初始化階段從配置文件中讀取的站點(diǎn)列表信息。

在交流的過(guò)程中，IEC協(xié)議提供104和4連接超時(shí)，T（CTCP連接超時(shí)）對(duì)測(cè)試過(guò)程的格式結(jié)束的開(kāi)始；（TZ）從等待超時(shí)響應(yīng)（RTU）在消息發(fā)送信息或更改，P端調(diào)用消息超時(shí)站到后返回的時(shí)間（T3）；從站和終點(diǎn)站問(wèn)沒(méi)有實(shí)際的數(shù)據(jù)交換時(shí)間，任何一端的測(cè)試過(guò)程時(shí)的最大時(shí)間間隔格式Q。

在仿真過(guò)程中，非生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性、可靠性和效率的平衡，可能需要松弛的量。因此，，加入重聯(lián)機(jī)制，并在交流的過(guò)程中，從站（RTU）確定響應(yīng)消息。為了提高處理系統(tǒng)的效率，減少線程在進(jìn)程中的負(fù)擔(dān)。因此，只需要考慮T3超時(shí)，沒(méi)有收到任何站里面T3消息（RTU），主動(dòng)發(fā)送測(cè)試消息的格式和中斷的保護(hù)環(huán)節(jié)結(jié)束。

二、實(shí)際應(yīng)用于測(cè)試

當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，第一站端口配置信息從程序進(jìn)入，端口信息創(chuàng)建一個(gè)線程，讀取對(duì)應(yīng)的端口站。然后根據(jù)通信鏈路初始化、監(jiān)控主站的TCP連接請(qǐng)求，TCP連接請(qǐng)求的網(wǎng)站[2]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置接收和回答請(qǐng)求啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)通信。呼叫和響應(yīng)報(bào)告。然后改為正常通信，遙測(cè)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)報(bào)告，并接收遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程命令。

本設(shè)計(jì)采用IEC 104協(xié)議，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)和實(shí)際的調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證。主要控制廠商調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，該程序根據(jù)通信程序進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試包括建立通信連接、遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)遙控遙測(cè)。

修改站數(shù)、配置文件、啟動(dòng)通信程序和主站建立連接，然后插上電纜使程序重新連接，掌握基站的信道狀態(tài)并記錄結(jié)果和連接。

在站數(shù)不同的情況下，增加各站遙測(cè)/遙控點(diǎn)的數(shù)量，啟動(dòng)通信程序，建立與主站的連接，然后檢查遙測(cè)/遙測(cè)值是否正確。在不同站數(shù)情況下，主通信程序開(kāi)始建立連接，20個(gè)遙控單元隨機(jī)選擇切換到遠(yuǎn)程操作進(jìn)行3次測(cè)試。在不同的工廠條件下，選擇主通信程序和開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程操作之間的連接。我們可以得出結(jié)論，該方案完全可以滿足調(diào)度和動(dòng)態(tài)混合仿真系統(tǒng)的實(shí)際需要。

三、結(jié)束語(yǔ)

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在終端站調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。最廣泛使用的IE 104協(xié)議，提出了一個(gè)可靠、有效和實(shí)用的培訓(xùn)系統(tǒng)，信息流仿真和數(shù)據(jù)通信。利用現(xiàn)有共享內(nèi)存，模擬多終端和遠(yuǎn)程控制站調(diào)度通信端口識(shí)別，建立物理鏈路單端口網(wǎng)絡(luò)。與電網(wǎng)調(diào)度仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案無(wú)縫連接，滿足調(diào)度自動(dòng)化專業(yè)人員需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏晨.數(shù)字物理混合仿真技術(shù)在培訓(xùn)變電站的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（15）：118-119.

[2]張鎮(zhèn).220kV變電站繼電保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2015.