[发明专利]基于OPNET智能变电站过程层通信的心跳报文机制建模方法

权利要求书

1.一种基于OPNET智能变电站过程层通信的心跳报文机制建模方法，其特征在于通过进程域、节点域、网络域三个层次进行分别建模,在进程域中，编制心跳判断模块，在报文发送模块之间相互跳转，在正常状态下，报文模块产生报文，进入心跳判断模块，心跳判断模块将下一帧报文输出时间返回至报文发送模块，报文发送模块与心跳判断模块相互联系构成心跳设备模型;在节点域中，根据设备运行状态设备分为心跳运行设备以及正常运行设备，两者遵循相同的报文发送与心跳判断，有心跳判断依据构成差别;在网络域中，心跳运行设备与正常运行设备相互连接构成智能变电站过程层网络，并根据不同设备不同的运行状态，形成正常运行状态、事故运行状态、雪崩运行状态等网络场景。

2.根据权利要求1所述的基于OPNET智能变电站过程层通信的心跳报文机制建模方法，其特征在于具体实现步骤如下：

1）心跳进程文件编制；

2）心跳设备模型搭建；

3）网络场景搭建。

3.根据权利要求2所述的基于OPNET智能变电站过程层通信的心跳报文机制建模方法，其特征在于上述步骤1）心跳进程文件编制方法如下：

在报文发送进程文件中，加入心跳状态判断与跳转模块，在报文生成模块生成一帧新的报文后，跳转进入心跳判断模块，心跳模块输出下一帧报文发送时间，返回报文发送模块，具体包括如下过程；

11）首先进行参数设定，主要包括心跳起始时间，最小心跳报文时间，最大心跳报文时间以及心跳时间扩大倍数；在进程域标记心跳起始时间，建立Begin_time参数表示仿真模拟的心跳起始时间，建立Heart_time_max参数表示最大心跳间隔时间，建立Heart_time_min参数表示最小心跳间隔时间，初始心跳时间Heart_time置为最小心跳间隔时间，通过op_sim_time（）函数获取当前仿真时间判断与Begin_time是否发生需要进入心跳报文发送状态，如不需要，心跳标志Heart置0，报文正常发送，获取参数设置的报文发送间隔与当前仿真时间相加作为下一帧报文发送时间：通过op_sim_time（）函数获取当前仿真时间，参数设置发送报文间隔添加到intarrvl_time_dist_handle句柄中，并可以通过oms_dist_positive_outcome_with_error_msg（）函数获取，如需跳转进入心跳报文发送状态发生，心跳标志Heart置1，进入下一阶段判断；

12）如进入心跳报文发送状态，则首先判断心跳时间Heart_time是否超过最大心跳时间Heart_time_max，如果超过最大心跳报文时间，则同样通过oms_dist_positive_outcome_with_error_msg（）函数获取参数设置的报文发送间隔与心跳初始时间时间Begin_time相加作为下一帧报文发送时间，并恢复心跳时间Heart_time为最小心跳时间Heart_time_min，并将心跳标志Heart为清零；

13）如心跳时间Heart_time小于最大心跳时间Heart_time_max，说明设备仍工作在心跳报文发送阶段，则获取此刻心跳时间间隔Heart_time与当前仿真时间相加作为下一帧报文发送时间，并将当前心跳时间扩大，扩大倍数为所设心跳报文扩大倍数，正常情况下，根据IEC61850标准，心跳扩大倍数为2，直到心跳时间超出最大心跳时间，进入步骤12）。

4.根据权利要求2所述的基于OPNET智能变电站过程层通信的心跳报文机制建模方法，其特征在于步骤2）心跳设备模型搭建方法如下：

根据心跳时智能设备发包规律的不同，构建心跳设备模型，如图所示，心跳设备主要包括以下模块，数据帧生成模块，队列模块，统计模块，以及发送接收模块；由于智能设备在一次系统故障情况下，处理包原则与正常情况下处理包原则基本不变，因此，保持智能设备的队列模块，统计模块，发送接收模块不变，主要针对数据帧生成模块进行修改，加载步骤1）的心跳进程文件。

5.根据权利要求2所述的基于OPNET智能变电站过程层通信的心跳报文机制建模方法，其特征在于步骤3）网络场景搭建方法如下：

31）网络运行状态区分

智能变电站由于设备的运行状态不同，可能出现不同的网络运行状态，对于变电站网络性能的分析需要考虑不同设备可能的运行状态特点，根据设备的运行特点，可以将网络仿真场景分为，正常运行状态，事件运行状态以及雪崩运行状态，正常运行状态，事件运行状态以及雪崩运行状态描述如下：

正常情况下，智能变电站的通信状况，在没有任何变电站事件或变电站事故发生的情况下，所有设备按照一定规律发送报文信息，如以80点/周波的合并单元，每隔0.00025s发送一帧SV数据报文，保护以及智能终端等节点以1s或5s的时间间隔发送状态信息，信息流维持稳定状态，网络的流量以及传输延时基本不变，正常运行状态反映智能变电站通信组网基本网络性能情况；

事件运行状态描述二次系统正常情况下，设备处于事故运行状态下的网络通信情况，单间隔事件运行状态表示某一间隔处于时间运行状态，可以表现为某一线路故障，保护装置发送心跳报文，智能终端回复开关状态心跳报文，或者是控制设备接收上级指令执行控制指令，发送心跳报文等情况都从属于单间隔事件运行状态；多间隔事件运行状态表示多个间隔同时处于事件运行状态，反映智能变电站通信组网极端情况下网络性能情况；

雪崩运行状态描述二次系统不正常情况下，网络设备向通信网络大量发送各种有效/无效报文，对应有单节点雪崩运行状态以及多节点雪崩运行状态；单间隔雪崩运行状态下，间隔设备雪崩运行，多间隔雪崩运行状态下，多间隔设备雪崩运行；

32）不同网络运行状态设备模型配置与参数选取，具体过程如下：

321）正常网络运行状态下

设备Begin_time设置为无穷大，使得设备在仿真时间内，心跳位始终为0，报文按照设置的报文发送间隔进行数据传输；

322）事故网络运行状态下

挑选进入事件状态运行的设备，设置心跳起始时间，其他运行设备作正常运行，在仿真时间到达所设置的Begin_time后，所选设备进入心跳运行状态，报文按照心跳报文发送机制进行数据帧发送；

323）雪崩网络运行方式下

挑选进入雪崩状态运行的设备，设置心跳起始时间，其他运行设备作正常运行，另外，设立最小心跳时间为雪崩报文发送时间，设置心跳时间扩大倍数为1，由此，雪崩运行设备将重复进入心跳运行状态。