电力系统常用的通讯协议及其在实时仿真系统中的实现

 

在电力系统中，IEC 61850协议、DNP3协议、Modbus TCP广泛应用于远程终端设备（RTU）、智能电子设备（IED）交互以及监控和数据采集（SCADA）系统。

 

一、IEC 61850协议

 

IEC 61850是一种电力系统自动化的协议标准，用于实现SCADA系统、IED和传感器之间的机器对机器（M2M）通信和互操作性。它是在电力系统中的信息交互中，应用最广泛的通讯标准之一。

 

 

 

 

 

 

IEC 61850协议由三部分组成，包括MMS（制造消息规范）协议、GOOSE（通用面向对象变电站事件）协议、SV（采样值）协议。

 

1. MMS协议基于TCP/IP，一般用于监视数据或向保护继电器发送控制命令。
2. GOOSE协议基于多播以太网，主要用于IED到IED的通信。
3. SV协议基于多播以太网，用于传输采集的各种数据。

 

 

Speedgoat为IEC 61850协议提供多种功能支持，其提供的板载以太网接口和插入式以太网I/O模块及匹配的Simulink驱动，支持MMS协议、GOOSE协议和SV协议，完成实时仿真、功能验证和测试。

 

 

一个典型的IEC 61850 MMS服务器应用如下图所示，MMS服务器（Speedgoat实时仿真设备）通过与SCADA/HMI设备的MMS协议或通过与传感器和执行器的GOOSE和SV协议实现数据交互，进而实现智能电子设备（IED）的模拟。

 

 

在仿真系统中，可通过使用多个MMS服务器模块，有效地模拟复杂的变电站系统。

 

 

 

 

另一个典型的IEC 61850 MMS客户端应用如下图所示， IEC 61850 MMS客户端（Speedgoat实时仿真设备）通过MMS协议或GOOSE协议与IED交互数据，模拟SCADA/HMI或其他控制设备。

 

 

 

 

二、DNP3协议

 

分布式网络协议（DNP3）是一种基于TCP/IP的通信协议，用于发电和配电行业。它允许SCADA系统与远程终端单元（RTU）或智能电子设备（IED）之间的通信。

 

DNP3主站，能够与多个DNP3从站进行通讯，通过发送读取、控制和冻结请求来访问DNP3从站数据，如模拟输入、计数器和开关量输出。

 

 

 

 

 

 

Speedgoat能够为客户提供，专门支持DNP3主站和DNP3从站的板载以太网接口和插入式以太网I/O模块及匹配的Simulink驱动。

 

 

Speedgoat所提供的DNP3主站模块，能够基于MATLAB和Simulink实现硬件在环（HIL）仿真，用于测试远程站，如远程终端单元（RTU）、智能电子设备（IED）和可编程逻辑控制器（PLC），是监控和数据采集（SCADA）系统和能源管理系统（EMS），控制站快速控制原型（RCP）的理想选择。

 

 

一个DNP3主站的典型应用如下图所示，DNP3主站（Speedgoat实时仿真设备）与DNP3从站设备（远程终端单元（RTU）、智能电子设备（IED））可直接完成交互数据。

 

 

 

 

 

 

 

Speedgoat所提供的DNP3 从站模块是远程终端单元（RTU）、智能电子设备（IED）和可编程逻辑控制器（PLC）的快速控制原型（RCP）的理想选择。用于测试中央控制站，如能源管理系统（EMS）、配电管理系统（DMS）和变电站自动化系统。

 

 

一个DNP3从站的典型应用如下图所示，DNP3从站（Speedgoat实时仿真设备）与DNP3主站设备交互数据。

 

 

 

 

 

 

 

三、Modbus TCP协议

 

Modbus是工业自动化和电力系统行业中常用的通信协议，遵循客户端-服务器体系架构的开放式通信协议，存在多种版本和硬件层，如基于以太网上的Modbus TCP。

 

 

其通信的设备分为主站(mater)和从站(slave)，主站为主动方，从站为被动方。

 

 

 

 

 

针对Modbus TCP协议，Speedgoat也有专用的I/O模块和板载以太网接口及匹配的Simulink驱动，支持您的控制算法和仿真模型能够与外部Modbus的设备和系统交换数据，验证电力系统的控制、保护、网络安全等功能。

 

 

Speedgoat所提供的Modbus TCP主站，常用于开发监控和数据采集（SCADA）系统和可编程逻辑控制器（PLC）的快速控制原型，测试远程服务器，如电机驱动器、传感器和智能电子设备（IED）。

 

 

一个Modbus TCP主站的典型应用如下图所示，Modbus TCP主站（Speedgoat实时仿真设备）与Modbus TCP从站设备（远程终端单元（RTU）、智能电子设备（IED））交互数据。

 

 

 

 

 

Speedgoat所提供的Modbus-TCP从站，是现场级工业设备（如电机驱动器和电网设备，如远程终端设备（RTU）和智能电子设备（IED））快速控制原型设计（RCP）的首选。

 

 

一个Modbus TCP从站的典型应用如下图所示，Modbus TCP从站（Speedgoat实时仿真设备）与Modbus TCP主站设备交互数据。