EC61850报文，或将虚拟过程总线流向实体电力自动化设备的IEC61850报文格式转换成该实体电力自动化设备自定义的报文格式；另一个是实现GOOSE报文不间隔发送机制，没有严格遵循IEC61850标准的实体电力自动化设备发送开关状态或控制命令报文时，并没有采用GOOSE报文的“心跳”发送机制，因此，对于实体电力自动化设备发出的开关状态或控制命令报文时，除了需将自定义的报文转换成GOOSE报文，还需实现GOOSE报文的“心跳”发送机制；而从虚拟过程总线进入实体电力自动化设备的GOOSE的同一系列的“心跳”报文，只对第一个报文转换成实体电力自动化设备自定义的报文后发送给该实体电力自动化设备，其余同一系列的“心跳”报文不发送到该实体电力自动化设备。
[0059]实体电力自动化设备发到虚拟过程总线的报文定义为上行报文，经虚拟过程总线流向实体电力自动化设备的报文定义为下行报文；IEC61850报文数据层以接收到报文为触发事件，分别对上行报文和下行报文进行对应的处理；
[0060]上行报文的处理如图2所示，包括:
[0061]a)若该报文为IEC61850报文，进入步骤c);否则，将该报文转换成IEC61850报文，进入步骤b);
[0062]b)若转换后的报文为GOOSE报文，则触发GOOSE “心跳”报文发送机制，进入步骤C)，否则，直接进入步骤c);
[0063]c)该报文进入虚拟总线具体实现层；
[0064]下行报文的处理如图3所示，包括:
[0065]a)若报文接收设备遵循IEC61850标准，进入步骤d);否则，进入步骤b);
[0066]b)若该报文为GOOSE报文，则进入步骤c);否则，将该报文转换成接收设备自定义报文，进入步骤d);
[0067]c)若该报文为GOOSE同一系列的第一个报文，将该报文转换成接收设备自定义报文，进入步骤d);否则，直接丢弃该报文；
[0068]d)该报文进入网络硬件驱动层。
[0069]所述虚拟总线具体实现层是整个虚拟过程总线实验系统的核心，用于与实体电力自动化设备进行交互，以及提供虚拟元器件、报文转发与处理以及图形化显示与分析功能；所述虚拟元器件包括虚拟电力自动化设备和虚拟交换机，所述虚拟电力自动化设备包括用户自定义接口和系统内置接口两种实现方法，其中用户自定义接口根据用户需要编程实现所需的电力自动化设备功能，系统内置接口是事先编好程序内置在系统中的一些常规电力自动化设备功能，用户根据自身需要选择不同的功能的电力自动化设备直接进行调用；所述虚拟交换机用于模拟网络交换机，对于运行在虚拟总线具体实现层中的各种实体电力自动化设备和虚拟电力自动化设备，能实时地进行数据传输。
[0070]报文转发与处理是整个虚拟总线具体实现层的关键，如图4所示，主要包括:
[0071]a)报文进入虚拟过程总线，其作为事件核心，触发虚拟过程总线处理事件；
[0072]b)将该报文存储到虚拟过程总线报文存储器，供报文的解析、显示等进一步处理时调用；
[0073]c)根据进入虚拟过程总线的报文(即所接收报文)目的地址，将所接收报文发送到对应的电力自动化设备中，对于GOOSE和SMV等多播报文，往往有多个接收电力自动化设备，判断报文的接收方(接收电力自动化设备)，若接收方包含虚拟电力自动化设备，调用该虚拟电力自动化设备的报文处理程序，进入步骤d);否则，直接进入步骤d);
[0074]d)若接收方包含实体电力自动化设备，该报文进入IEC61850报文数据层，由其做相关的处理后，通过对应的网络接口传递到实体电力自动化设备中，进入步骤e)，否则，直接进入步骤e)；
[0075]e)对该报文进行图形化显示与分析。
[0076]虚拟过程总线的配置和运行情况，需要以图形化的方式直观地展现，方便虚拟过程总线实验运行和分析；图形化界面包括虚拟过程总线系统的应用配置，包括根据需要选择所需的虚拟交换机、各类虚拟自动化设备等虚拟元器件，并对相关的虚拟元器件进行功能选择、网络地址配置等操作，报文解析分析及显示调用存储在虚拟过程总线存储器中的报文，实现报文深度分析功能，包括采用列表的方式集中显示报文的时间、类型等基础信息；G00SE和SMV报文的归类和按序组织功能；点击每条报文可显示报文ACSI码对应的具体含义；分析GOOSE和SMV报文是否存在中断、重复、错序和不同步等异常情况；通过GOOSE报文的具体内容分析智能电子设备的开关状态和动作等运行情况；通过SMV报文的电气量数值分析电力系统的电流和电压等具体信息。具体的虚拟过程总线系统图形化显示如图5所示。
[0077]综上所述，本发明系统既能兼容与PC机进行信息交换的合并单元、智能开关、智能电子设备等实体电力设备，又能以软件形式生成虚拟合并单元、虚拟智能开关、虚拟智能电子设备等虚拟电力设备，并模拟该虚拟电力设备所对应的实体电力设备的过程总线功能，并以图形化界面直观地呈现过程总线的报文流动和分析情况。
[0078]以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
【主权项】
1.一种虚拟过程总线实验系统，其特征在于:所述系统通过在PC机上用软件方式实现过程总线及其相关设备的功能，包括网络物理层、网络硬件驱动层、IEC61850报文数据层以及虚拟总线具体实现层；其中: 所述网络物理层，用于实现PC机与实体电力自动化设备之间通信网络的物理连接； 所述网络硬件驱动层，用于实现PC机与实体电力自动化设备之间的报文交换； 所述IEC61850报文数据层，用于实现报文格式的转换，以及实现GOOSE报文不间隔发送机制； 所述虚拟总线具体实现层，用于与实体电力自动化设备进行交互，以及提供虚拟元器件、报文转发与处理以及图形化显示与分析功能。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟过程总线实验系统，其特征在于:所述网络物理层在PC机上配备与实体电力自动化设备对应的网络适配器。
3.根据权利要求2所述的一种虚拟过程总线实验系统，其特征在于:所述网络适配器包括CAN适配器、RS485适配器、RS422适配器和以太网适配器。
4.根据权利要求2所述的一种虚拟过程总线实验系统，其特征在于:所述网络硬件驱动层，具体如下: 用于在网络物理层基础上，实现网络适配器对应的驱动软件，使得PC机与实体电力自动化设备交换网络报文，实现信息互换。
5.根据权利要求1所述的一种虚拟过程总线实验系统，其特征在于:所述IEC61850报文数据层中实现报文格式的转换，具体如下: 将进入虚拟过程总线的报文格式全部统一成IEC61850报文，或将虚拟过程总线流向实体电力自动化设备的IEC61850报文格式转换成该实体电力自动化设备自定义的报文格式。
6.根据权利要求1所述的一种虚拟过程总线实验系统，其特征在于:所述虚拟元器件包括虚拟电力自动化设备和虚拟交换机，所述虚拟电力自动化设备包括用户自定义接口和系统内置接口两种实现方法，其中用户自定义接口根据用户需要编程实现所需的电力自动化设备功能，系统内置接口是事先编好程序内置在系统中的一些常规电力自动化设备功能，用户根据自身需要选择不同的功能的电力自动化设备直接进行调用；所述虚拟交换机用于模拟网络交换机，对于运行在虚拟总线具体实现层中的各种实体电力自动化设备和虚拟电力自动化设备，能实时地进行数据传输。
7.一种基于权利要求1所述虚拟过程总线实验系统的实现方法，其特征在于所述方法包括: 通过网络物理层实现PC机与实体电力自动化设备之间通信网络的物理连接； 通过网络硬件驱动层实现PC机与实体电力自动化设备之间的报文交换； 通过IEC61850报文数据层实现报文格式的转换以及实现GOOSE报文不间隔发送机制; 通过虚拟总线具体实现层与实体电力自动化设备进行交互，以及提供虚拟元器件、报文转发与处理以及图形化显示与分析功能。
8.根据权利要求7所述虚拟过程总线实验系统的实现方法，其特征在于:所述通过IEC61850报文数据层实现报文格式的转换以及实现GOOSE报文不间隔发送机制是IEC61850报文数据层以接收到报文为触发事件，分别对上行报文和下行报文进行对应的处理； 对于上行报文，即实体电力自动化设备发到虚拟过程总线的报文，具体处理如下: a)若该报文为IEC61850报文，进入步骤c);否则，将该报文转换成IEC61850报文，进入步骤b)； b)若转换后的报文为GOOSE报文，则触发GOOSE“心跳”报文发送机制，进入步骤c)，否则，直接进入步骤c); c)该报文进入虚拟总线具体实现层； 对于下行报文，即经虚拟过程总线流向实体电力自动化设备的报文，具体处理如下: a)若报文接收设备遵循IEC61850标准，进入步骤d);否则，进入步骤b); b)若该报文为GOOSE报文，则进入步骤c);否则，将该报文转换成接收设备自定义报文，进入步骤d)； c)若该报文为GOOSE同一系列的第一个报文，将该报文转换成接收设备自定义报文，进入步骤d);否则，直接丢弃该报文； d)该报文进入网络硬件驱动层。
9.根据权利要求7所述虚拟过程总线实验系统的实现方法，其特征在于:所述通过虚拟总线具体实现层对报文转发与处理，具体如下: a)报文进入虚拟过程总线； b)将该报文存储到虚拟过程总线报文存储器； c)根据进入虚拟过程总线的报文目的地址，判断报文的接收方，若接收方包含虚拟电力自动化设备，调用该虚拟电力自动化设备的报文处理程序，进入步骤d);否则，直接进入步骤d)； d)若接收方包含实体电力自动化设备，该报文进入IEC61850报文数据层，进入步骤e)，否则，直接进入步骤e); e)对该报文进行图形化显示与分析。
【专利摘要】本发明公开了一种虚拟过程总线实验系统及方法，所述系统通过在PC机上用软件方式实现过程总线及其相关设备的功能，包括：网络物理层，用于实现PC机与实体电力自动化设备之间通信网络的物理连接；网络硬件驱动层，用于实现PC机与实体电力自动化设备之间的报文交换；IEC61850报文数据层，用于实现报文格式的转换，以及实现GOOSE报文不间隔发送机制；虚拟总线具体实现层，用于与实体电力自动化设备进行交互，以及提供虚拟元器件、报文转发与处理以及图形化显示与分析功能。本发明既能兼容与PC机进行信息交换的实体电力设备，又能以软件形式生成虚拟电力设备，并模拟该虚拟电力设备所对应的实体电力设备的过程总线功能。
【IPC分类】H04L12-40
【公开号】CN104767662
【申请号】CN201510112505
【发明人】王智东, 黄敏, 童晋方, 石泉, 林培霞
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月13日