分析OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真

分析OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真

摘要：随着计算机技术的飞速崛起和中坚科技力量的更新换代，传统变电站已

经开始逐步退出历史舞台，取而代之的是在计算机技术的基础上建立的智能变电站，开始在电力系统中得到广泛的应用。通过对OPNET仿真技术在智能变电站中继电保护功能的应用，使得报文信息在对继电保护建模与仿真的过程中得以运用，通过OPNET仿真技术对继电保护器的模拟，实现数据收取、研究、计算到输出的模拟仿真，为智能变电站继电保护器的稳定运行提供保障。本文通过对OPNET仿真技术的研究，分析探讨了该项技术在智能变电站继电保护中的应用。

关键词：OPNET仿真技术；智能变电站；继电保护；建模；仿真

前言

智能电网逐步成为了电力系统网络运行的重要节点，其中智能变电站通过将

计算机技术和普通变电站相结合，节约了大量用地，符合智能电网发展的要求，

在电网中的地位日益突显。智能变电站的研究与应用之所以取得重要成果的关键

在于对人工智能的应用。人工智能所具有的搜集、储存和计算数据的功能，为网

络仿真技术提供了技术支持和基础。OPNET仿真技术通过利用互联网和大数据的

作用，将变电站系统的功能设计和运行状态进行模拟仿真，并对其中的缺陷和不

足进行分析改进，完善继电保护系统的性能。其运用原理是把变电站中的各项元

件和继电保护器用光纤联结在一起，通过局域网将数据转换为信息传输出去，不

仅为报文信息的传输提供网络渠道，对变电站继电保护的稳定运行也提供了保障。

1.OPNET仿真技术

1.1三层建模机制

由节点域、过程域、网络域等三个层次所构建的OPNET模型就是三层建模机制。节点域建模方法是基于节点的模块，节点模块中的每个节点执行的行为的一

个特定方面，诸如数据生成、数据存储、数据处理或选取和数据传输等。多种功

效的组合节点模块完成相关节点。利用有线抑或统计线进行连接，通过利用联合

运用的模块，且当paeketstreams与统计导线两模块间的相关数据实际包流时，

各用户能够模仿此处节点的举动。过程模型是各种算法载体的实施，为三层建模

机制的底部。过程模型主要用于描述该模型中的节点，过程和模型主要由一个传

输线路的状态。是互斥和互补的区域之间，这个过程在某一时刻只能处于一种状态，但所有区域构成的状态空间全集过程。状态分为两大类，迫使区域和非区域

强制，迫使区域是不允许滞留状态，当进程进入强制状态过程仿真内核将立即强

制转移到下一个状态。不同于在强制状态下，当处理状态变成非强制执行，将滞

留该状态下等待的情况下，核心仿真过程或其它触发器。原C语言是一种过程建

模语言，支持多种OPNET的独特算法的实现。从协议的角度之间的关系分析，造型节点模块完全符合OSI标准，各层的ARP-MAC层建模仿真-物理层，建模采用

面向对象的仿真技术，每个节点使用相同的起始节点模型，然后对不同对象设置

具体参数。

1.2离散事件仿真机制

离散事件仿真机制具有离散性，如果机器不能及时调整状态，而由事件引起

的网络发生了状态变化，那么机器就会自动跳过，不能有效的识别，所以这是一

种离散化处理问题的机制。能够一起展现在很多事件的各个仿真时间点，事件可

以有一个密度差。各个模块之间的模拟经中断事件的信息。一旦有事件触发致使

中断时，正在运行的相关进程模型描述了网络系统的行为或者是系统进程，径离

散事件仿真机以制驱动，完成通信的并行以及顺序进程级相关描述，其中事件发

生时间由一起网络的状态以及行为的武断决定，能够于计算机及通讯网络在各种

情况下进行模拟。

2.网络下的OPNET仿真模型

结合OPNET仿真技术过对35KV智能变电站系统进行研究，并以此为例，将

其继电保护系统进行网络建模，在各元件设备之间建立数据连接。为提高变电站

系统运行的安全性和可靠性，继电保护采取双保险机制：一是通过智能继电保护

系统对变电站进行保护，利用计算机对变电站的运行数据分析，根据实际情况与

数据相对比，以及时发现故障和安全隐患，并拟出相应方案、作出相应举措；二

是通过设备间的接线达到继电保护作用，网络建模并不是绝对可靠的，网络除具

有时效性和先进性外，网络环境的稳定性和安全性并不可靠。因此要适用网络建

模技术对继电保护系统进行仿真，双管齐下，相辅相成以保证变电站安全稳定的

运行。本文通过OPNET仿真技术的三层建模机制分别对网络模型、节点模型和进程模型分别进行分析。

2.1网络模型

网络模型就是以网络组网，根据一台半断路器的接线方式可分为两种组网方式。一种是单串组网，利用路由器将串内的母线保护和交换机之间进行数据连接，以便统一管理串内的设备元件和各项数据。另一种是间隔组网，明确设备与线路

之间的关系，并根据所得关系将断路器和变压器和所对应的交换器联结在一起，

将母线交换机接入主变保护系统中，实现变电站的系统保护。在组网过程中要对

仿真系统的接线进行严格检测，以防出现接线方式错误的现象。

图2 节点模型的建立

2.3数据流分析

下转第242页作为一个复杂的通信体系，网络环境的数据流量也比较繁杂，

通过人工智能技术在继电保护系统中的应用，可以灵活的控制各个环节中数据流

量的搜集和传输，从而使变压器保护装置、开关位置报文等指令的执行和输出不

受到相关环节运作的影响。为保证报文长度在123字节以内，应以采样间隔为主

要参照依据作为数据流分析的主要参数。同时也应根据常数分布对数据流量的搜

集时间做规整，以保证时间间隔和时间起始的准确性和同步性。规范广播周期性

以确保报文材料播报的正常持续时间，通常不少于10分钟。

图3 数据流量分析

3.OPNET仿真技术的应用分析

3.1虚拟局域网VLAN的划分

虚拟局域网VLAN是一种比较先进的技术通过VLAN可以把各个不同的广播域

连接在一起，实现不同广播域直接的通信，但也会加大广播信息量的传播，智能

变电站利用过程域传输报文信息，重复泛滥的广播信息容易引起网络的堵塞，降

低网络的传输效率，将过程域分为几个不同的虚拟局域网可以规避这种现象的发生，从而提高智能变电站报文传输的工作效率。

3.2仿真结果分析

利用OPNET仿真技术为技术基础，以工作站模拟继电保护流程，实现OPNET

仿真技术下的模拟报文的搜集和输出。通过交换机将仿真划分为多个VLAN，与

不划分VLAN相比，对仿真结果分析如下：虚拟局域网的划分可以降低母线的负载，提高网络传输的速率，过滤繁杂重复的报文信息，方便对有用广播报文的提