一种用于电力系统闭环仿真的通信接口装置及方法

技术领域

本发明涉及信息通信技术领域，并且更具体地，涉及一种用于电力系统闭环仿真的通信接口装置及方法。

背景技术

电力系统仿真是了解电力系统特性的重要手段，被广泛应用于生产、研发、教学等各个领域。电力系统仿真大致经过了物理仿真、数字物理混合仿真和全数字仿真三个阶段，其中数字仿真基于现代计算机技术和信息技术，建模灵活方便，仿真规模大，性价比高，而且占地面积小，可扩展性好，是当前电力系统仿真的主要发展方向。

处在研发阶段和入网测试阶段的新设备，人们希望把它们接入系统中校验实际特性，但实际电网不可能轻易接入未经过严格校验的设备，鉴于此，把这些设备先接入成熟的仿真系统中闭环仿真进行实际特性校验成为一种较好的检测手段。各主流仿真平台纷纷开发了相应的平台接口，如物理接口、数字接口、数模接口等，用来接入相应某一类实际设备。电力系统数字实时仿真系统通常由数字仿真计算平台、接口装置等模块组成。计算平台包括多个计算核心(一般为多台高性能服务器或多个DSP芯片)，多个计算核心间通过数据总线或高速网络互联，基于并行计算实现电力系统的实时仿真计算；接口装置是数字仿真计算平台和外部设备/系统之间的数据交互接口，主要完成电力数据的数值处理、数据传输、时钟同步等。

近年来，电力系统数字实时仿真系统的应用日益广泛，得到绝大多数使用者的认可，使用电力系统实时仿真系统对外接外部设备/系统进行闭环测试的需求越来越多，随着计算机技术和通信技术的进步和广泛应用，很多电力设备/系统已经从原始的硬接线连接方式变成了通信连接方式，且不同设备和系统往往采用不同的通信协议，这就要求电力系统数字实时仿真系统支持多通信协议连接能力。

发明内容

针对上述问题本发明提出了一种用于电力系统闭环仿真的通信接口装置，包括：

通信数据建模单元，所述通信数据建模模块用于完成通信数据建模和通信方案管理，具体包括：

读取外部设备的配置文件并解析文件，获取待测设备的待通信变量，定义仿真侧变量和通信链路，对外部变量和仿真侧变量进行智能匹配，建立通信数据复合模型库，选取部分通信数据复合模型形成通信方案文件；

所述通信方案文件供通信接口箱使用；

通信接口箱，所述通信接口箱用于完成数值计算和多通信协议之间的报文格式转换，具体包括：

接收电力仿真服务器数据，根据通信方案文件里的用户设置对数据进行数值计算和报文格式转换，将数据发送给外部设备，同时接受外部设备的控制指令，经协议转换后发送给仿真服务器，干预电力仿真过程，从而实现电力仿真装置与外部设备的闭环仿真。

可选的，通信数据建模单元，定义仿真侧变量，读取并解析外部设备配置文件，对仿真侧数据和设备侧通信数据根据分区、厂站和设备名进行向导式智能匹配，生成通信复合模型，形成通信方案并对多个方案进行管理。

可选的，通信数据建模单元，用于通信接口进行配置，包括设置端口协议、所连设备的IP和端口号、通信间隔和启动阈值。

可选的，通信数据建模单元，支持用户在界面上对某个通道或某类变量的数据进行数值计算设置。

可选的，通信数据建模单元，所述通信数据建模单元，包括单独人机交互界面，用于闭环仿真过程中的报文数值显示及人工调试。

可选的，通信接口箱，包括：

硬件设备，所述硬件设备采用货架式服务器，装配LINUX操作系统；

通信接口模块，所述通信接口模块基于LINUX系统开发，设计全局通用接口，兼容光纤及以太网多种通信协议，对通信数据进行数值计算和报文格式转换。

可选的，通信接口箱，每台通信接口箱通过2路光纤连接电力仿真系统服务器，2路光纤分别传输机电暂态仿真和电磁暂态仿真的数据，支持同时传输两类数据或只传其中一类数据。

可选的，通信接口箱，每台通信接口箱通过4路千兆以太网接口连接待测设备，支持多路连接同一设备或分别连接不同的设备，同时传输模拟量数据可达10万以上；数据量更大时，支持最多4台接口箱并联同步运行。

可选的，通信接口箱，设计了统一的全局通信接口，兼容IEC104协议、电力系统实时动态检测系统的数据传输协议和Modbus/TCP协议，用户根据需要选择任一协议，接口程序自动完成报文转换，并可通过预留接口方便的扩展其他协议。

可选的，通信接口箱，为了解决仿真侧数据与外部设备变量不一致的问题，通信接口箱具备可配置的数值计算功能。使用者在通信数据建模单元进行设置，接口程序根据通信方案文件，完成相应的数值计算。

本发明还提出了一种用于电力系统闭环仿真的方法，包括：

读取外部待测设备或系统的通信配置文件，解析并获取外部设备通信变量；

根据外部设备/系统类型，定义仿真侧变量；

定义外部设备通信变量与仿真侧变量的数值计算关系；

对外部设备通信变量与仿真侧变量进行智能匹配，建立通信数据复合模型库，选择通信数据复合模型生成通信方案，通信方案确定了实际通信变量集合；

按照通信方案，通信接口箱接收仿真系统数据，对数据进行报文格式转换和数值计算后，将数据转发给所连的待测设备；

同时，接收待测设备发来的数据，经报文格式转换后，转发至电力系统的仿真系统，干预电力实时仿真过程。

本发明提出的通信接口装置和方法，具有建模方便、通信规模大、支持多协议等特点，实现了电力仿真装置与不同协议类设备的互连。

附图说明

图1为本发明一种用于电力系统闭环仿真的通信接口装置结构图；

图2为本发明一种用于电力系统闭环仿真的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提供了一种用于电力系统闭环仿真的通信接口装置，如图1所示，包括：

通信数据建模单元，所述通信数据建模模块用于完成通信数据建模和通信方案管理，具体包括：

读取外部设备的配置文件并解析文件，获取待测设备的待通信变量，定义仿真侧变量和通信链路，对外部变量和仿真侧变量进行智能匹配，建立通信数据复合模型库，选取部分通信数据复合模型形成通信方案文件；

所述通信方案文件供通信接口箱使用；

通信接口箱，所述通信接口箱用于完成数值计算和多通信协议之间的报文格式转换，具体包括：

接收电力仿真服务器数据，根据通信方案文件里的用户设置对数据进行数值计算和报文格式转换，将数据发送给外部设备，同时接受外部设备的控制指令，经协议转换后发送给仿真服务器，干预电力仿真过程，从而实现电力仿真装置与外部设备的闭环仿真。

通信数据建模单元，定义仿真侧变量，读取并解析外部设备配置文件，对仿真侧数据和设备侧通信数据根据分区、厂站和设备名进行向导式智能匹配，生成通信复合模型，形成通信方案并对多个方案进行管理。

通信数据建模单元，用于通信接口进行配置，包括设置端口协议、所连设备的IP和端口号、通信间隔和启动阈值。

通信数据建模单元，支持用户在界面上对某个通道或某类变量的数据进行数值计算设置。

通信数据建模单元，所述通信数据建模单元，包括单独人机交互界面，用于闭环仿真过程中的报文数值显示及人工调试。

通信接口箱，包括：

硬件设备，所述硬件设备采用货架式服务器，装配LINUX操作系统；

通信接口模块，所述通信接口模块基于LINUX系统开发，设计全局通用接口，兼容光纤及以太网多种通信协议，对通信数据进行数值计算和报文格式转换。

通信接口箱，每台通信接口箱通过2路光纤连接电力仿真系统服务器，2路光纤分别传输机电暂态仿真和电磁暂态仿真的数据，支持同时传输两类数据或只传其中一类数据。

通信接口箱，每台通信接口箱通过4路千兆以太网接口连接待测设备，支持多路连接同一设备或分别连接不同的设备，同时传输模拟量数据可达10万以上；数据量更大时，支持最多4台接口箱并联同步运行。

通信接口箱，设计了统一的全局通信接口，兼容IEC104协议、电力系统实时动态检测系统的数据传输协议和Modbus/TCP协议，用户根据需要选择任一协议，接口程序自动完成报文转换，并可通过预留接口方便的扩展其他协议。

通信接口箱，为了解决仿真侧变量与外部设备变量不匹配的问题，通信接口箱具备可配置的数值计算功能。使用者在通信数据建模单元进行设置，接口程序根据通信方案文件，完成相应的数值计算。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明：

接口装置包括通信接口箱和通信数据建模单元两部分；

通信接口箱包括：通用硬件和LINUX版通信计算软件，用于实现通信数据的数值计算和报文格式转换，以及多机箱/多通道的管理，通信数据建模单元通过读取用户配置文件，解析外部设备变量和仿真系统变量，建立基于外部变量、仿真变量和通信变量的通信数据复合模型。

通信接口箱的硬件，采用货架式服务器商品，硬件设备在选型时在进行兼容性测试，每台通信接口箱通过2路光纤(SFP)连接到电力全数字实时仿真系统的不同服务器，分别交互机两种不同类型的数据，机电暂态数据和电磁暂态数据，每台通信接口箱通过4路千兆以太网接口连接外部设备，可选配多种不同协议对外交互数据。

通信接口箱的通信接口软件，采用统一的全局通信接口，兼容快速以太网及光纤通信技术，通过模块化及面向对象的方式组织数据，支持方案数据快速切换，并快速完成数值计算，设计全局通信协议接口，完成协议间相互转换，并可方便的扩展其他通信协议，设计多机箱多通道管理策略，支持多个设备或通道灵活组合，满足同时接多个设备和同时传输上万通信变量的需求，采用分布式实时数据库技术，加快数值计算速度，提高通信效率，支持大规模通信变量的数值计算和通信交互。

通信数据建模单元，使用图形化的WINDOWS交互界面，所有操作通过界面完成，通信数据采用方案式管理，支持数据方案的拆合和复用，提高软件的方便易用性，具备多接口多通道统一配置功能，设计独立页面下拉式完成所有通道的设置，支持潜在通信数据向导式生成模型库，完成通信数据方案的智能建模，通信过程中，可选择打开或关闭报文显示与人工调试等功能。

每台通信接口箱与电力系统数字实时仿真系统之间采用2路光纤连接，分别传输机电暂态数据和电磁暂态数据，总传输速率可达5Gbps/s，通信接口与外部设备以千兆以太网连接，支持IEC104协议、电力系统实时动态检测系统的数据传输协议(GB/T 26865.2-2011)和Modbus/TCP协议，并可通过预留接口方便的扩展其他协议，只需修改协议配置，即可实现与不同协议类设备互连。

设计多接口箱多通道管理策略，每个接口箱有4个对外以太网接口，同时传输模拟量数据可达10万以上，并允许4个通信接口箱并列运行，四个通信接口对外共16个千兆网端口，每个端口的传输数据协议均可独立设置，支持最多接入16种不同协议的设备。

借助通信数据建模单元，用户可在图形化界面上完成通信数据库的向导式生成和通信数据方案的智能建模，建模软件通过读取用户配置文件，解析外部设备的变量和仿真系统的变量，可建立基于外部变量、仿真变量和通信变量的通信数据复合模型，同时，通信数据建模软件还具备数据方案管理、通道和传输协议配置、多机箱多端口配置、报文显示与调试功能等功能，大大提高了通信接口的易用性。

通信数据建模软件完成配置后，通信计算软件自动解析通信数据模型、协议配置等信息，实时进行各类数值计算和协议转换，完成数据的同步收发，软件采用分布式实时数据库技术，同时传输量达到10万点，通信延时小于10毫秒。

根据电力系统数字实时仿真系统与外部设备的数据交互需求，利用通信数据建模软件建立基于外部变量、仿真变量和通信变量的通信数据复合模型，并配置通道和通信协议，使仿真系统通过IEC104通信协议、电力系统实时动态检测系统的数据传输协议(GB/T26865.2-2011)或Modbus/Tcp通信协议，或其他协议，与通信连接类设备自动连接，即插即用，实现仿真系统与多种通信连接类设备的闭环仿真。

本发明还提出了一种用于电力系统闭环仿真的方法，如图2所示，包括：

读取外部待测设备或系统的通信配置文件，解析并获取外部设备通信变量；

根据外部设备/系统类型，定义仿真侧变量；

定义外部设备通信变量与仿真侧变量的数值计算关系；

对外部设备通信变量与仿真侧变量进行智能匹配，建立通信数据复合模型库，选择通信数据复合模型生成通信方案，通信方案确定了实际通信变量集合；

按照通信方案，通信接口箱接收仿真系统数据，对数据进行报文格式转换和数值计算后，将数据转发给所连的待测设备；

同时，接收待测设备发来的数据，经报文格式转换后，转发至电力系统的仿真系统，干预电力实时仿真过程。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。