一种合并单元模拟器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种合并单元模拟器，所述合并单元模拟器包含控制模块、命令解释与报文生成模块、数据通信模块。数据通信模块集成有光纤接口，可与变电站内通信网互联，进行信息的交互；控制模块通过数据通信模块接收来自仿真控制终端的仿真控制脚本包，缓存在本模块中，并根据仿真控制脚本包分解仿真控制脚本任务；命令解释与报文生成模块能在仿真控制脚本的控制下产生合并单元模拟器仿真报文；所述仿真报文通过数据通信模块输出到变电站站内通信网，从而模拟合并单元及其前级设备的行为；所述合并单元模拟器可以在仿真控制终端的对时命令控制下，完成所述合并单元模拟器的本地高精度时钟的对时工作。
【专利说明】一种合并单元模拟器【技术领域】
[0001]本发明属于变电站自动化设备及其仿真【技术领域】，具体涉及一种合并单元模拟器及合并单元模拟器中的本地高精度时钟同步对时方法和合并单元模拟器的仿真报文产生方法。
【背景技术】
[0002]智能变电站一体化监控系统由站控层、间隔层、过程层设备，以及网络和安全防护设备组成。站控层设备包括监控主机、数据通信网关机、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师工作站、PMU数据集中器和计划管理终端等；间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置、网络记录分析仪及稳控装置等；过程层设备包括合并单元、智能终端、智能组件等。 [0003]合并单元(Merging Unit,简称MU)是变电站过程层的关键设备,是对来自二次转换器的电流或电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可以是互感器的一个组成件，也可以是一个独立单元。合并单元在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。
[0004]合并单元实质上是一种信号处理设备，本身不具备信息产生的能力，在变电站监控系统、保护子站系统仿真、调试及测试中，目标系统往往是一个非完备的变电站系统，多数情况下需要一种能提供模拟合并单元及其前级设备行为的设备来完成整个变电站监控系统、保护子站系统仿真、调试及测试。
[0005]在专利号为CN201120320917.1的中国实用新型中，公开了一种用于智能变电站检测的合并单元模拟器。该合并单元模拟器包括母板、母板接口插头、接口驱动芯片、CPU模块、FPGA、存储时钟模块、激光收发器；存储时钟模块包括非易失性随机访问存储器(NVRAM)、闪存(FLASH)、实时时钟芯片(RTC)。该实用新型提供的合并单元模拟器，在信号输入后，合并单元形成采样值的核心模块由FPGA构成；合并单元模拟器具有运行稳定、耗费资源少、对采样值报文的时间标定精确、延时少的特点。
[0006]在专利号为CN201220730721.4的中国实用新型中，公开了一种模拟合并单元仿真设备。该模拟合并单元仿真设备包括数据处理模块、秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块；其中，数据处理模块分别与秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块相连接。该模拟实用新型提供的合并单元仿真设备为智能变电站混合仿真培训系统中的真实二次设备提供了符合IEC61859-9-2标准的数据源，易于安装调试，简省了配备电子式互感器的环节，投资低、故障率低、操作简单。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种合并单元模拟器(简称模拟器)，所述合并单元模拟器可以在仿真控制脚本包的控制下，产生合并单元模拟器仿真报文，从而模拟合并单元及其前级设备的行为；在仿真控制终端的对时命令控制下，完成所述合并单元模拟器的本地高精度时钟的对时工作；所述合并单元模拟器可以在变电站监控系统、保护子站系统的仿真、调试及测试中代替合并单元及其前级设备。
[0008]为实现上述目的，本发明采用下述的技术方案:
一种合并单元模拟器，包含:控制模块、数据通信模块、命令解释与报文生成模块，使用仿真控制脚本包来进行所述合并单元模拟器的运行控制。
[0009]此外，所述控制模块，至少提供以下功能:获取仿真控制脚本包、存储仿真控制脚本包、分离仿真控制脚本包、配置所述命令解释与报文生成模块的参数或脚本、控制模拟过程。
[0010]此外，所述仿真控制脚本包为包含一个主控制脚本文件和至少一个合并单元模拟器仿真报文内容控制文件的电子文件集合。
[0011]此外，所述数据通信模块集成有至少一个光纤接口，光纤接口可与变电站内通信网互联，进行报文的发送和仿真控制脚本包的接收。
[0012]此外，所述命令解释与报文生成模块集成有至少一个本地高精度时钟，时钟对时在每次接收同步对时开始脚本时进行。
[0013]此外，所述命令解释与报文生成模块产生的合并单元仿真报文为满足IEC61850协议的仿真报文，所述合并单元仿真报文通过数据通信模块输出。
[0014]此外，所述命令解释与报文生成模块是基于指定语言的解释执行器，所述脚本使用该指定语言描述，所述指定语言至少包含:工具命令语言(TCL)。
[0015]此外，所述合并单元模拟器中的高精度时钟同步对时方法，包含两个方面的同步对时方法:合并单元模拟器端的对时方法和仿真控制终端的对时方法；
合并单元模拟器端的对时方法包含以下步骤:
合并单元模拟器检查是否收到同步对时开始脚本；
合并单元模拟器在收到同步对时开始脚本的情况下，启动本合并单元模拟器的对时工
作；
合并单元模拟器进行与对时服务器的对时交互；
合并单元模拟器检查是否收到同步对时终止脚本；
合并单元模拟器在收到同步对时终止脚本的情况下，结束本合并单元模拟器的对时工
作；
仿真控制终端的对时方法包含以下步骤:
仿真控制终端网络向所有合并单元模拟器发送包含同步对时开始脚本的仿真控制脚本包；
仿真控制终端检查所有合并单元模拟器是否已启动对时工作；
在所有模拟器已启动对时工作的情况下，仿真控制终端逐个检查合并单元模拟器是否已对时精度达标；
仿真控制终端通过网络向对时精度达标合并单元模拟器发送包含同步对时终止脚本的仿真控制脚本包；
仿真控制终端置检查所有合并单元模拟器是否已完成对时工作；
在所有合并单元模拟器已完成对时工作的情况下，结束流程。[0016]此外，所述合并单元模拟器的仿真报文产生方法，包含以下步骤:
利用仿真控制终端通过网络向合并单元模拟器发送至少一个仿真控制脚本包；
控制模块通过数据通信模块接收并存储仿真控制脚本包；
控制模块根据仿真控制脚本包分解仿真控制脚本任务并对命令解释与报文生成模块进行配置；
控制模块检查本模拟器的对时工作情况，在对时工作完成的情况下，执行以下步骤；
命令解释与报文生成模块解释执行仿真控制脚本并生成仿真报文；
仿真报文通过数据通信模块进行发送。
[0017]本发明提供的优选技术方案中，所述仿真控制脚本包为tar文件格式。
[0018]本发明提供的第二优选技术方案中，所述仿真控制脚本包为zip文件格式。
[0019]本发明提供的第三优选技术方案中，所使用的主控制脚本文件为电子文本文件格式。
[0020]本发明提供的第四优选技术方案中，所使用的主控制脚本文件包含但不限于如下命令:开始对时，结束对时，开始模拟，结束模拟，开始模拟条件，结束模拟条件。
[0021]本发明提供的第五优选技术方案中，所使用的合并单元模拟器仿真报文内容控制文件为电子文本文件格式。
[0022]本发明提供的第六优选技术方案中，所使用的合并单元模拟器仿真报文内容控制文件为电子文件包格式。
[0023]本发明提供的第七优选技术方案中，所使用的主控制脚本文件和合并单元模拟器仿真报文内容控制文件依靠文件名来识别。
[0024]本发明提供的第八优选技术方案中，所使用的主控制脚本文件和合并单元模拟器仿真报文内容控制文件依靠文件内容来识别。
[0025]本发明提供的第九优选技术方案中，所使用的主控制脚本文件和合并单元模拟器仿真报文内容控制文件依靠文件名和文件内容来识别。
[0026]本发明提供的第十优选技术方案中，所述命令解释与报文生成模块产生的满足IEC61850协议的仿真报文为SMV和GOOSE格式。
[0027]本发明提供的第十一优选技术方案中，所述数据通信模块集成的光纤接口为一个。
[0028]本发明提供的第十二优选技术方案中，所述数据通信模块集成的光纤接口使用ST型式接口。
[0029]本发明提供的第十三优选技术方案中，所述合并单元模拟器中的高精度时钟同步对时方法为，在接收同步对时开始脚本后，使用简单网络时间协议SNTP (Simple NetworkTime Protocol)进行同步对时。
[0030]本发明提供的第十四优选技术方案中，所述合并单元模拟器中的高精度时钟同步对时方法为，在接收同步对时开始脚本后，使用网络时间协议NTP (Network TimeProtocol)进行同步对时。
[0031]本发明提供的第十五优选技术方案中，所述合并单元模拟器中的高精度时钟同步对时方法为，在接收同步对时开始脚本后，使用精确时钟同步协议PTP (Precision TimeProtocol)进行同步对时。[0032]本发明提供的第十六优选技术方案中，所述的合并单元模拟器仿真报文产生工作和本地高精度时钟同步工作是互斥的。
[0033]与现有技术相比，本发明具有如下的显著效果:
(I)仿真控制脚本包为包含一个主控制脚本文件和至少一个合并单元模拟器仿真报文内容控制文件的电子文件集合，仅通过发送一个电子文件包即可启动合并单元模拟器的对时和模拟过程，简化了人员操作的步骤，提高了发送仿真控制命令的可靠性。
[0034](2)在对合并单元进行模拟的同时简化了模拟对象繁杂的接口，最少只使用一个外部接口就可完成合并单元模拟器的数据输入和输出，使快速生产和部署本发明提供的合并单元模拟器的成为可能。
[0035](3)本发明所述的合并单元模拟器，用于模拟合并单元上级互感器的信号产生及合并单元的报文产生和通信行为，对变电站监控系统、保护子站系统进行仿真、调试及测试，降低了变电站监控系统、保护子站系统仿真、调试及测试的复杂度，同时降低了环境支持设备的依赖度。
[0036](4)本发明所述的合并单元模拟器仿真报文产生工作和本地高精度时钟同步工作是互斥的，即合并单元模拟器仿真报文产生工作在本地高精度时钟已同步的状态下才开始工作，本地高精度时钟同步工作在仿真报文产生工作停止的状态下才可以开始，避免了在仿真过程中突然改变时钟带来的数据混乱。
[0037](5)本发明所述的合并单元模拟器，其仿真报文的内容间接使用仿真控制脚本包来描述，避免了任何其它硬件设备模数转换导致的仿真数据误差，同时也降低了设备的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为本发明提供的合并单元模拟器结构示意图；
图2为本发明提供的合并单元模拟器安装运行示意图；
图3为本发明提供的合并单元模拟器的仿真报文产生方法流程图；
图4为本发明提供的合并单元模拟器端的合并单元模拟器时钟同步对时方法流程图； 图5为本发明提供的仿真控制终端的合并单元模拟器时钟同步对时方法流程图；
图6为本发明提供的合并单元模拟器所使用的仿真控制脚本包文件结构示意图；
图7为本发明提供的合并单元模拟器所使用的主控制脚本文件示意图；
图8为本发明提供的合并单元模拟器所使用的模拟器仿真报文内容控制文件示意图。
【具体实施方式】
[0039]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0040]本发明所提供的合并单元模拟器集成了合并单元及其前级设备的关键功能，遵照IEC61850-9-2标准，能够模拟过程层合并单元发出通信报文，将仿真控制脚本包所描述的设备电气暂态特征实时转化为通信信号发送，为间隔层设备提供真实可靠的仿真数据源，并且满足合并单元的关键技术指标要求，实现了对真实合并单元的模拟。
[0041]图1为本发明提供的合并单元模拟器结构示意图。[0042]该合并单元模拟器是由控制模块102、数据通信模块103、命令解释与报文生成模块101、电源模块104组成。其中，数据通信模块103集成有光纤接口，可与变电站内通信网106互联，进行信息的交互；命令解释与报文生成模块101能产生合并单元模拟器仿真报文；所述仿真报文通过数据通信模块103输出到变电站站内通信网106 ;控制模块102通过数据通信模块103接收来自仿真控制终端105的仿真控制脚本包，缓存在本模块中，并根据仿真控制脚本包分解仿真控制脚本任务。
[0043]图2为本发明提供的合并单元模拟器安装运行示意图。
[0044]仿真控制终端201通过RJ45接口与变电站内通信网202连接，各合并单元模拟器通过数据通信模块与变电站内通信网202连接，仿真控制终端201与各合并单元模拟器均可通信。
[0045]图3为本发明提供的合并单元模拟器的仿真报文产生方法流程图。
[0046]在步骤301中，仿真控制终端通过网络向合并单元模拟器发送仿真控制脚本包。
[0047]在步骤302中，控制模块通过数据通信模块接收仿真控制脚本包。
[0048]在步骤303中控制模块存储仿真控制脚本包。
[0049]在步骤304中，控制模块根据仿真控制脚本包分解仿真控制脚本任务并对命令解释与报文生成模块进行配置。
[0050]在步骤305中，命令解释与报文生成模块解释执行仿真控制脚本。
[0051]在步骤306中，命令解释与报文生成模块生成仿真报文。
[0052]在步骤307中，仿真报文通过数据通信模块进行发送。
[0053]图4为本发明提供的合并单元模拟器端的合并单元模拟器时钟同步对时方法流程图。
[0054]在步骤401中，合并单元模拟器检查是否收到同步对时开始脚本，若否，继续步骤401，若是，进行步骤402。
[0055]在步骤402中，合并单元模拟器启动本模拟器的对时工作。
[0056]在步骤403中，合并单元模拟器进行与对时服务器的对时交互。
[0057]在步骤404中，合并单元模拟器检查是否收到同步对时终止脚本，若否，继续步骤403，若是，进行步骤405。
[0058]在步骤405中，合并单元模拟器结束本模拟器的对时工作。
[0059]图5为本发明提供的仿真控制终端的合并单元模拟器时钟同步对时方法流程图。
[0060]在步骤501中，仿真控制终端置已同步模拟器数量m为O。
[0061]在步骤502中，仿真控制终端置已模拟器变量i为O。
[0062]在步骤503中，仿真控制终端通过循环向所有模拟器发送包含同步对时开始脚本的仿真控制脚本包。
[0063]在步骤504中，仿真控制终端通过循环检查所有模拟器是否已启动对时工作，若否，继续步骤503，若是，进行步骤505。
[0064]在步骤505中，仿真控制终端选择未同步模拟器i。
[0065]在步骤506中，仿真控制终端检查模拟器i是否已对时精度达标，若否，继续步骤505，若是，进行步骤507。
[0066]在步骤507中，仿真控制终端置已同步模拟器数量m加I。[0067]在步骤508中，仿真控制终端通过网络向模拟器i发送包含同步对时终止脚本的仿真控制脚本包。
[0068]在步骤509中，仿真控制终端置通过循环检查所有模拟器是否已完成对时工作，若否，继续步骤505，若是，结束流程。
[0069]图6为本发明提供的合并单元模拟器所使用的仿真控制脚本包文件结构示意图。
[0070]其中文件名为main, tcl的文件601，为主控制脚本文件，文件名为ctrl_0.tcl的文件602和文件名为ctrl_l.tcl的文件603均为模拟器仿真报文内容控制文件。
[0071]图7提供了一个主控制脚本文件实例，该实例表明模拟器仿真报文是由两个模拟器仿真报文内容控制文件来进行模拟的控制，且目前处于模拟状态。
[0072]图8提供了模拟器仿真报文内容控制文件实例，对要模拟的互感器三相电压、电流、模拟状态、所使用得模拟库进行了必要的配置。
[0073]虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种合并单元模拟器，其特征在于，所述合并单元模拟器包含控制模块、数据通信模块、命令解释与报文生成模块，使用仿真控制脚本包来进行所述合并单元模拟器的运行控制。
2.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述控制模块，至少提供以下功能:获取仿真控制脚本包、存储仿真控制脚本包、分离仿真控制脚本包、配置所述命令解释与报文生成模块的参数或脚本、控制模拟过程。
3.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述仿真控制脚本包为包含一个主控制脚本文件和至少一个合并单元模拟器仿真报文内容控制文件的电子文件集合。
4.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述数据通信模块集成有至少一个光纤接口，光纤接口可与变电站内通信网互联，进行合并单元仿真报文的发送和仿真控制脚本包的接收。
5.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述命令解释与报文生成模块集成有至少一个本地高精度时钟，时钟对时在每次接收同步对时开始脚本时进行，在接收同步对时终止脚本后结束。
6.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述命令解释与报文生成模块产生的合并单元仿真报文为满足IEC61850协议的仿真报文，所述命令解释与报文生成模块产生的合并单元仿真报文通过数据通信模块输出。
7.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述命令解释与报文生成模块是基于指定语言的解释执行器，所述仿真控制脚本包中的脚本使用该指定语言描述，所述指定语言至少包含:工具命令语言(TCL)。
8.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述合并单元模拟器中的本地高精度时钟同步对时方法，包含两个方`面的同步对时方法:合并单元模拟器端的对时方法和仿真控制终端的对时方法； 合并单元模拟器端的对时方法包含以下步骤: 合并单元模拟器检查是否收到同步对时开始脚本； 合并单元模拟器在收到同步对时开始脚本的情况下，启动本合并单元模拟器的对时工作； 合并单元模拟器进行与对时服务器的对时交互； 合并单元模拟器检查是否收到同步对时终止脚本； 合并单元模拟器在收到同步对时终止脚本的情况下，结束本合并单元模拟器的对时工作； 仿真控制终端的对时方法包含以下步骤: 仿真控制终端网络向所有合并单元模拟器发送包含同步对时开始脚本的仿真控制脚本包； 仿真控制终端检查所有合并单元模拟器是否已启动对时工作； 在所有模拟器已启动对时工作的情况下，仿真控制终端逐个检查合并单元模拟器是否已对时精度达标； 仿真控制终端通过网络向对时精度达标合并单元模拟器发送包含同步对时终止脚本的仿真控制脚本包；仿真控制终端置检查所有合并单元模拟器是否已完成对时工作； 在所有合并单元模拟器已完成对时工作的情况下，结束流程。
9.根据权利要求1所述的合并单元模拟器，其特征在于，所述合并单元模拟器的仿真报文产生方法，包含以下步骤: 利用仿真控制终端通过网络向合并单元模拟器发送至少一个仿真控制脚本包； 控制模块通过数据通信模块接收并存储仿真控制脚本包； 控制模块根据仿真控制脚本包分解仿真控制脚本任务并对命令解释与报文生成模块进行配置； 控制模块检查本模拟器的对时工作情况，在对时工作完成的情况下，执行以下步骤； 命令解释与报文生成模块解释执行仿真控制脚本并生成仿真报文； 仿真报文通过 数据通信模块进行发送。
【文档编号】G05B23/02GK103760775SQ201310736991
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月29日 优先权日:2013年12月29日
【发明者】朱卫红, 潘科, 李曼红, 陈琳 申请人:贵州微科网能科技有限公司