摘要：本文通过OPNET建立智能电网仿真网络，对智能配电变电站集成保护控制信息共享进行建模，定量分析仿真网络的性能，为智能电网技术的发展提供可参考的技术价值。

    计算机信息网络技术的逐渐发展，为智能电网提供了可靠的技术支撑。智能电网融合了通信和互联网技术，在电力系统的全过程实现智能化和自动化的运行，从而确保电网的运行更加稳定、环保。其最大的优势在于实现信息共享，依托计算机技术最大限度地提高电网的质量和效能。本文基于OPNET软件使用仿真法，在分析智能变电站保护控制信息需求的基础上，建立OPNET通信仿真平台，为智能电网的自动技术提供有效的工具。

    1 智能电网集成保护控制信息建模仿真需求分析
    1.1保护控制信息流建模仿真必要性
    随着智能电网的不断发展，智能变电站内的保护控制信息数据传输和分享越来越重要。在电力系统运行过程中，调度中心主站系统与子站之间的信息共享主要依靠远程设备实现，因此电力系统的通信网络传输系统对信息数据的传输十分重要，其性能直接影响着信息传输的及时性和有效性。为了准确、快速地实现信息的共享和传输，就必须提高电力系统网络传输设备的传输效率，因此需要建立控制信息流模型仿真，针对运行故障提出合理化的解决措施。
    1.2保护控制信息流建模仿真需求分析
    智能电网保护控制信息流建模主要分为三个方面的内容。首先是站内保护控制信息流建模。智能变电站信息流主要为SV报文、面向通用变电站事件的GOOSE报文以及站控层网络中的MMS报文等。建模需要按照标准的协议进行，能真实反映变电站网络报文。在智能变电站中，IEC61850作为通信网络和系统的唯一标准，以高速网络信息通信平台为基础，能对智能电子设备进行分层设置，对站内设备之间的通信行为起到制约和规范的作用，使其符合相关系统的要求，建立符合数据实时传输要求的模型，并且通过通信服务映射SCSM适应快速发展的网络通信技术。其次是站间保护控制信息流模型。智能电网调度中心与各子站之间的数据信息的传输内容大小以及传输的规约有很大的不同，但发送规律有很大的相似性。最后是电力调度数据网模型。电力调度数据网作为电网保护控制信息传输的重要组成部分，需要研究其对信息流量分布和传输延时的影响，并且分析网络故障时对网络通信的影响。

    2 OPNET架构体系与仿真机制
    OPNET支持面向对象的建模方式，具备可编辑的界面，能模拟任何实际网络和网络的组件结构并且在模型映射。OPNET Modeler具有以下几个特点。
    一是具有层次化的建模机制。软件建模的过程主要分为三个层次：首先是进程模型使用有限状态机，模拟单个对象的行为；然后节点域通过数据流线组成映射实际服务特性；最后网络模型通过属性配置完成实际网络的仿真平台的映射。
    二是基于事件的FSM仿真机制。这种仿真机制的效率较高，模拟机在状态变化的条件下才能进行仿真。
    三是面向对象的建模机制。同一类型节点的节点模型相同，参数可根据不同对象进行设置，可有效提高模型的复用性和仿真效率。
四是基于包的通信机制。

    3 应用案例
    3.1智能变电站内信息流建模与仿真分析
    3.1.1仿真场景建模设置
    湛江某变电站为220kV直降至10kV智能变电站，采用双母单分段接线220kV，近期220kV出线6回；采用以太网通信方式，母联间隔2个，线路分段间隔1个，主变间隔2个，各母线接有母线TV。场景设置：全站稳态场景，无一次系统故障，通信网络运行正常。故障场景设置：设置一个线路间隔故障以及一个母线间隔故障，研究线路的保护控制命令、智能终端动作以及整个仿真场景的网络流量、链路宽带和传输延时等性能的影响。
    仿真时SV报文的传输采用VLAN划分，GOOSE报文采用广播的形式。SV报文和GOOSE报文网络统一，通过VLAN分离，通信之间互相不影响，网络的结果十分简单。每个间隔中有1台交换机，链路宽带为100Mb/ s。
    3.1.2仿真结果分析
    对比OPNET仿真中的Sv流量数据与变电站实际网络监听仪获取的数据可知二者一致，虽然存在一定的误差，但误差在合理的范围内，且报文传输流量仿真具有较高的精度。交换机处理转发延时测试结果显示，延时与报文的类型、数据帧长度等因素相关。某线路发生故障，保护跳闸，且跳闸成功，这期间信息流动态主要表现为线路间隔合并单元将故障电流采集发送到线路间隔保护和母线间隔。根据相关的保护算法设计线路，保护满足逻辑动作，保护出口跳闸，并将信息发送到智能终端，接收到命令后能自动断开断路器。在OPNET仿真下得到的仿真结果为中心交换机连接母线间隔交换机的链路的流量均超过了100m，因此可使用千兆链路替换原来的链路。间隔内报文传输时间在50μs左右，而跨间隔的报文传输延时达到了80～100μs。在故障时刻，Sv报文大小以及发送周期不变，Sv报文流量保持不变。报文传输延时相对稳态有所增加，但总体上增加不多。

    3.2站间信息流建模与仿真分析
    根据OPNET的建模流程主要从网络系统仿真模型和保护控制信息流数据两方面建模。
    3.2.1网络系统仿真模型
    （1）调度中心仿真模型。在OPNET下，调度中心仿真模型主要包括WAMS主站、EMS主站、继电保护信息系统主站等，通过以太局域网进行布局。按照安全原则将各业务系统分区，WAMS主站和EMS主站连接在100Mb/s的以太网络链路上，继电保护信息系统主站和在线检测系统主站与另一台交换机相连，划分为安全一区和安全二区；将两个分区隔离，两台交换机连接到电力调度数据网。调度中心的主站模型采用OPENT中的Etherntserver adv模型来模拟，主要用来接收各子站之间的信息数据，并对各系统的信息流进行模拟仿真。
    （2）变电站端仿真模型。变电站中的仿真模型主要包括 PMU、保信子站、在线监测子站等装置，通过以太局域网连接。按照安全原则将各业务系统分区，一台交换机上连接远动装置和PMU，另一台交换机上连接保信子站和在线监测子站，两台交换机分别连接到路由器上构成电力调度数据网。变电站端的远动装置、PMU以及其它子站模型均采用OPNET中的Ethernt＿wkstn＿adv模型来模拟，数据由调度中心发出，并对接收到的各系统发信息流进行模拟仿真。
    （3）骨干网路由器仿真模型。核心层网络中的路由器是调度数据网的核心，承载着各业务系统发来的信息，数据流量较大，因此配置的路由器功能较为强大。在OP-NET仿真软件中的骨干网边缘路由器和骨干网核心路由器主要采用Ethernt2__ slip8 _ ler和Ethernt2__slip8_lsr模型来模拟。
    （4）通信链路仿真模型。在电力调度数据网通信系统中，各变电站端的用户边缘路由器CE和通信系统的骨干网边缘2Mb/s宽带的E1链路连接，因此在OPNET仿真中采用PPP EI的通信链路模型来模拟。

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