基于OPNET的電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)通信建模與仿真

胡春潮，侯艾君，馬 凱，蔡澤祥，黃成巧，席 禹，潘天亮

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基于OPNET的電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)通信建模與仿真

胡春潮1，侯艾君1，馬 凱1，蔡澤祥2，黃成巧2，席 禹2，潘天亮2

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640)

為有效分析電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性能，提出基于OPNET Modeler建立電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵對象模型和多場景仿真的方法。根據(jù)SCADA系統(tǒng)通信實(shí)際情況，在充分分析SCADA系統(tǒng)建模需求的基礎(chǔ)上，深入研究SCADA系統(tǒng)通信建模方法，構(gòu)建符合SCADA系統(tǒng)工程實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)性能仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的多場景仿真。所提出的基于OPNET的電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)通信建模與仿真方法，為SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性能分析提供直接而有效的工具，也為SCADA系統(tǒng)事故預(yù)演、設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等提供了有力的分析與參考依據(jù)。

SCADA系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡(luò)；建模；仿真；OPNET

0 引言

電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)是能量管理系統(tǒng)EMS最重要的子系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著電氣設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制的重任，其承載業(yè)務(wù)的可靠性是調(diào)度中心對廠站端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵[1]。目前，SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸，通信網(wǎng)絡(luò)作為SCADA信息傳輸?shù)妮d體，其性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)調(diào)度控制功能的實(shí)時(shí)可靠實(shí)施[2]，因此，研究SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)、開發(fā)精準(zhǔn)可靠的網(wǎng)絡(luò)性能分析方法顯得十分必要。

然而，當(dāng)前在SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，通信網(wǎng)絡(luò)性能分析多依賴于工程估算或者現(xiàn)場實(shí)測，分析投入成本高、準(zhǔn)入門檻高而準(zhǔn)確性差[3-4]。因此，本文提出基于OPENT仿真的SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能分析方法[5-6]，通過結(jié)合使用OPNET標(biāo)準(zhǔn)模型整定與自定義建模兩種方法，建立SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵對象與場景模型，進(jìn)一步構(gòu)建SCADA系統(tǒng)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于SCADA系統(tǒng)實(shí)際的多場景網(wǎng)絡(luò)性能仿真分析。仿真結(jié)果在準(zhǔn)確性和實(shí)用性上都具備明顯優(yōu)勢，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)建模與仿真方法為SCADA系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、故障預(yù)言等提供了新的思路。

1 建模需求分析

SCADA系統(tǒng)通信仿真主要用于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)或故障狀態(tài)時(shí)信息傳輸?shù)牧髁看笮?、延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)性能分析，其在業(yè)務(wù)類型、所用協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式上與普通網(wǎng)絡(luò)不同，本節(jié)具體從SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)、通信業(yè)務(wù)、通信規(guī)約和仿真場景四方面對系統(tǒng)建模需求進(jìn)行分析。

1.1 SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)建模需求

通信網(wǎng)絡(luò)是SCADA系統(tǒng)信息傳輸?shù)耐ǖ溃袚?dān)信息尋址、交換與控制功能，通信網(wǎng)絡(luò)建模內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

1)?信源與信宿模型。通常意義上，廠站端遠(yuǎn)動(dòng)裝置與各級調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)服務(wù)器在功能上作為信源與信宿，需要建立反映遠(yuǎn)動(dòng)裝置和SCADA服務(wù)器工作方式與處理過程的模型。

2)?信息交換模型。SCADA系統(tǒng)交換機(jī)、路由器與通用交換設(shè)備存在差異，體現(xiàn)在其不僅需要承擔(dān)業(yè)務(wù)信息的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，還需要具備VLAN、優(yōu)先級、VPN等網(wǎng)絡(luò)管控策略，需要在已有模型上進(jìn)一步開發(fā)。

3)?網(wǎng)絡(luò)安全與訪問控制模型。根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范》，SCADA系統(tǒng)位于安全區(qū)Ⅰ，為保證其他安全區(qū)業(yè)務(wù)不對SCADA系統(tǒng)進(jìn)行干擾，需要建立具有數(shù)據(jù)流向識別和過濾功能的防火墻模型。

4)?電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)模型。一般來說，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采用分層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是具有核心層、匯聚層、接入層三層的專用網(wǎng)絡(luò)[7-8]。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)模型需要體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及和核心層、匯聚層及接入層的布置方法與組織形態(tài)。

1.2 SCADA通信業(yè)務(wù)建模需求

SCADA系統(tǒng)中基本業(yè)務(wù)包括：遙測、遙信、遙控和遙調(diào)四類，這四類業(yè)務(wù)是實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)對電氣設(shè)備監(jiān)視和控制功能的基礎(chǔ)?；贠PNET進(jìn)行SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)建模需要體現(xiàn)各類業(yè)務(wù)的運(yùn)行特性和發(fā)送規(guī)律，各類業(yè)務(wù)的發(fā)送規(guī)律如表1所示。

表1 SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)送規(guī)律

如表1所示，遙信、遙測分為周期性和隨機(jī)性兩種，周期性遙信、遙測在總召喚時(shí)觸發(fā)；隨機(jī)性遙信、遙測也稱為變位遙信、變位遙測，通常在電力系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)改變或測量的模擬信號出現(xiàn)異常時(shí)觸發(fā)；遙控、遙調(diào)根據(jù)調(diào)度中心的需求而觸發(fā)，屬于隨機(jī)性業(yè)務(wù)；SCADA系統(tǒng)在鏈路未連接時(shí)需通過初始化過程業(yè)務(wù)建立主子站間連接，屬于隨機(jī)性業(yè)務(wù)；總召喚是主站召喚遙信、遙測數(shù)據(jù)時(shí)使用的業(yè)務(wù)，屬于周期性業(yè)務(wù)。

1.3 SCADA系統(tǒng)通信規(guī)約建模需求

IEC 60870-5-5規(guī)約定義了13種SCADA系統(tǒng)通信的基本應(yīng)用模式，其中SCADA系統(tǒng)實(shí)際使用的包括：(1)站初始化；(2)總召喚-子召喚；(3)循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸；(4)采集事件過程；(5)命令傳輸過程[9-11]。IEC 60870-5-5規(guī)定了各類應(yīng)用模式中數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞?、?shù)量等規(guī)則，如表2所示，列出SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)與應(yīng)用模式之間的映射關(guān)系。

表2 SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)與基本應(yīng)用模式映射表

如表2所示，詳細(xì)列出了IEC 60870-5-5與SCADA系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)的映射關(guān)系，在OPNET仿真建模過程中需建立滿足規(guī)范的應(yīng)用層協(xié)議，符合應(yīng)用模式運(yùn)行特性。

1.4 仿真場景建模需求

與通用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不同的，SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性、高專用性特征，為保證系統(tǒng)在各種工況下的可靠運(yùn)行，有必要建立反映系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下網(wǎng)絡(luò)性能的多種仿真場景。仿真場景應(yīng)包括電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、一次系統(tǒng)故障和SCADA系統(tǒng)故障等三類，其中電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況仿真，可為研究現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)正常活動(dòng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能提供參考資料；電力系統(tǒng)故障工況仿真，可用于分析SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)活動(dòng)頻繁時(shí)網(wǎng)絡(luò)壓力情況，而SCADA系統(tǒng)故障情況則反映系統(tǒng)自身抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

2 SCADA系統(tǒng)對象建模

2.1 OPNET建模思路

OPNET為用戶自定義建模提供了便利的途徑，本文使用OPNET Modeler自定義模型建立業(yè)務(wù)信息流，其開放式的建模機(jī)制滿足SCADA系統(tǒng)建模仿真需要。OPNET Modeler中包含面向通用網(wǎng)絡(luò)通信仿真的標(biāo)準(zhǔn)模型，通過對標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)合理地整定，能夠完成實(shí)體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜头抡鎴鼍暗慕?，本文建模對象及建模?nèi)容如表3所示。

表3建模對象及方法

Table 3 Modeling objects and methods

2.2 實(shí)體設(shè)備建模

1)?工作站與遠(yuǎn)程終端單元模型

OPNET Modeler中提供通用的工作站與服務(wù)器模型，工作站加載封裝成型的自定義SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型來模擬SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息的生成和發(fā)送過程；同樣的，服務(wù)器模型加載配套的業(yè)務(wù)模型來模擬SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息的接收、響應(yīng)和處理過程。

2)?交換機(jī)模型

交換機(jī)模型使用OPNET Modeler中標(biāo)準(zhǔn)模型，除了需要體現(xiàn)一般交換機(jī)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能外，還建立提供VLAN的網(wǎng)絡(luò)流量控制策略。VLAN的配置采用每個(gè)端口綁定一個(gè)VLAN ID的方法，同時(shí)把雙方之間通信的端口加入“支持VLAN”列表屬性中。

3)?防火墻模型

本文使用防火墻模型的代理服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離與訪問控制的能力。防火墻模型通過啟用或禁用代理服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)對特定信息流的放行或阻隔等網(wǎng)絡(luò)隔離與訪問控制，對特定業(yè)務(wù)的阻隔與訪問控制和數(shù)據(jù)的延時(shí)是防火墻模型需要整定的參數(shù)。

4)?路由器模型

當(dāng)前SCADA系統(tǒng)通常采用IP路由器進(jìn)行組網(wǎng)，OPNET Modeler中包含多類廠家的多類IP路由器型號，建模過程中選取合理IP路由器信號，并配置開放式最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First, OSPF)路由協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)鏈路狀態(tài)選擇傳輸路線，并在鏈路異?；蚬收隙率孤酚刹豢蛇_(dá)時(shí)，能夠以較短收斂時(shí)間重新選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸路徑。

2.3 業(yè)務(wù)及通信規(guī)約建模

業(yè)務(wù)建模要根據(jù)SCADA系統(tǒng)基本應(yīng)用模式的通信特征，通過配置數(shù)據(jù)交互字節(jié)的大小、發(fā)送規(guī)律，進(jìn)而把關(guān)鍵業(yè)務(wù)與其對應(yīng)的基本應(yīng)用模式進(jìn)行映射，并在業(yè)務(wù)模型中設(shè)置業(yè)務(wù)的發(fā)送規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息流的建模。

IEC 60870-5-5傳輸規(guī)約定義的基本應(yīng)用模式給出了相應(yīng)的主子站交互序列圖，并根據(jù)SCADA系統(tǒng)實(shí)際情況配置交互的數(shù)據(jù)大小，如雙點(diǎn)遙控命令可以定為16字節(jié)。本文使用OPNET Modeler中自定義任務(wù)模型(Task Definition)對數(shù)據(jù)包的大小、發(fā)包周期、傳輸方向等數(shù)據(jù)包特性進(jìn)行配置，從而把自定義任務(wù)和基本應(yīng)用功能數(shù)據(jù)包特征形成對應(yīng)關(guān)系。下面本文以遙控業(yè)務(wù)及其對應(yīng)的基本應(yīng)用模式中的命令傳輸過程為例說明建模方法。

如圖1所示為命令傳輸交互過程圖。如圖1中，主子站之間的信息交互共包括7個(gè)階段，第一階段是由主站發(fā)起的，主站為主動(dòng)方，子站為被動(dòng)方，主動(dòng)方在TCP協(xié)議中是處于客戶機(jī)模式，由它發(fā)送第一次握手過程。第一階段是主站發(fā)送的“選擇命令”信息，數(shù)據(jù)包為1個(gè)，該數(shù)據(jù)包字節(jié)大小為16字節(jié)，數(shù)據(jù)源是主站，數(shù)據(jù)目的地是子站。第二階段是子站向主站回答第一階段信息而發(fā)送的“選擇信息”，數(shù)據(jù)包為1個(gè)，該數(shù)據(jù)包字節(jié)大小是16字節(jié)，數(shù)據(jù)源為子站，數(shù)據(jù)目的地為主站。如此類推建立7個(gè)階段從而完成“命令傳輸過程”的自定義建模。

當(dāng)基本應(yīng)用模式通過自定義任務(wù)模型建立后，要將其映射并修改為對應(yīng)的SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)。本文依據(jù)表1把對應(yīng)的基本應(yīng)用模式通過OPNET Modeler中的應(yīng)用模型(Application Definition)映射并修改成SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)。進(jìn)一步，將業(yè)務(wù)分別加載至SCADA系統(tǒng)服務(wù)器和遠(yuǎn)動(dòng)裝置中，并在其中配置包括初次觸發(fā)的時(shí)間，業(yè)務(wù)重復(fù)的次數(shù)、間隔和順序等運(yùn)行規(guī)律。本文設(shè)定所有業(yè)務(wù)在仿真初始階段開始第一次觸發(fā)，其他設(shè)定如表4所示。

圖1 命令傳輸交互過程圖

表4 SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)觸發(fā)規(guī)律配置

2.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?/p>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟罁?jù)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，核心層為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，匯聚層中兩個(gè)路由器為一組承接于核心層與接入層之間，拓?fù)鋱D如圖2所示。

如圖2中所示，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的上方子網(wǎng)代表“調(diào)度中心”，下方子網(wǎng)代表“變電站端”。調(diào)度中心和變電站內(nèi)接入層路由器采用雙星型連接，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)安全的防火墻接于路由器下游用于數(shù)據(jù)過濾，交換機(jī)接于防火墻后進(jìn)行站內(nèi)信息轉(zhuǎn)發(fā)，工作站或遠(yuǎn)程終端可采用星型結(jié)構(gòu)與交換機(jī)連接。

3 SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能仿真應(yīng)用案例

3.1 正常運(yùn)行場景流量仿真

本文根據(jù)圖2所示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)SCADA系統(tǒng)流量仿真場景，以驗(yàn)證所建模型與預(yù)期結(jié)果是否吻合。本場景考察SCADA系統(tǒng)的業(yè)務(wù)信息流特征，模擬場景為電力系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)信息流特征，依據(jù)上文所建模型，SCADA系統(tǒng)的業(yè)務(wù)信息流流量大小的仿真結(jié)果如表5所示。

圖2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

表5 SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果

無論是從SCADA系統(tǒng)工作站到遠(yuǎn)程終端單元的流量，還是從SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端單元到工作站的流量都在仿真的初始階段達(dá)到最大值，符合上文設(shè)計(jì)在仿真開始階段所有業(yè)務(wù)開始第一次觸發(fā)的特征。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量最大值從遠(yuǎn)程終端單元到工作站的流量為5.487 kbps，而由于TCP/IP協(xié)議的傳輸規(guī)定使得從工作站到遠(yuǎn)程終端單元的流量也達(dá)到4.23?kbps。總召喚設(shè)定為每10?min周期性觸發(fā)一次，從第10?min開始，每隔10?min系統(tǒng)中出現(xiàn)一個(gè)峰型流量，從遠(yuǎn)程終端單元到工作站的流量為3.779 kbps，而從工作站到遠(yuǎn)程終端單元的流量也達(dá)到2.687 kbps。變位遙測、變位遙信觸發(fā)時(shí)間服從[0，3 600] s上的均勻分布，而遙控、遙調(diào)觸發(fā)時(shí)間設(shè)定為服從[10，3 600]?s上的均勻分布，結(jié)果中會(huì)出現(xiàn)另外的峰值小于1 kbps的峰型流量。從仿真結(jié)果上看，SCADA仿真模型網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)符合預(yù)期。

3.2 非法用戶接入場景流量仿真

本文通過對比防火墻開啟與未開啟后SCADA系統(tǒng)流量變化情況，對防火墻模型的模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證，仿真驗(yàn)證所用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。圖3所示仿真平臺(tái)由SCADA系統(tǒng)工作站、數(shù)據(jù)庫詢問工作站、遠(yuǎn)程終端、防火墻、交換機(jī)、路由器等實(shí)體設(shè)備模型組成，其中數(shù)據(jù)庫詢問計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)外非法接入客戶端，用于驗(yàn)證防火墻能否阻隔特定數(shù)據(jù)通過。圖4為數(shù)據(jù)庫詢問工作站流量、遠(yuǎn)程終端單元出站流量仿真結(jié)果對比。

圖3防火墻有效性驗(yàn)證場景的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

圖4有無防火墻時(shí)的流量對比

如圖4(a)所示，在未啟用防火墻功能前，數(shù)據(jù)庫詢問計(jì)算機(jī)訪問業(yè)務(wù)沒有受到阻隔，詢問流量達(dá)到穩(wěn)定的2.35 kbps，遠(yuǎn)程終端單元因受到非法的詢問導(dǎo)致出站流量被抬高；防火墻開啟后后，用于模擬非法的數(shù)據(jù)庫訪問的業(yè)務(wù)受到阻攔，非法數(shù)據(jù)庫詢問工作站只剩下網(wǎng)絡(luò)初始化的流量。如圖4(b)所示，由于防火墻對非法數(shù)據(jù)的阻隔，遠(yuǎn)程終端單元出站流量比未開啟防火墻前下降了2.35 kbps，即為非法數(shù)據(jù)訪問流量，防火墻模型滿足建模預(yù)期。

3.3 故障運(yùn)行場景仿真

應(yīng)用建立的SCADA系統(tǒng)仿真模型，本文構(gòu)造如圖2所示網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，用于仿真電力一次系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況下，SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性。具體仿真電網(wǎng)開環(huán)饋線發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路保護(hù)在重合閘失敗而導(dǎo)致三相跳閘過程中SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能變化情況。將故障設(shè)置仿真開始后30 min，此時(shí)SCADA系統(tǒng)中變位遙信、遙測業(yè)務(wù)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)重發(fā)，設(shè)為發(fā)送共計(jì)3次，變位遙測點(diǎn)數(shù)設(shè)為96個(gè)(通過發(fā)送48個(gè)帶兩個(gè)信息體的28字節(jié)數(shù)據(jù)包傳輸)，變位遙信點(diǎn)數(shù)單相跳閘與單相合閘為1個(gè)，三相跳閘為3個(gè)，遙控、遙調(diào)業(yè)務(wù)在三相跳閘后觸發(fā)一次。SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能仿真結(jié)果對比如圖5所示。

圖5 主、子站出站流量對比

從圖5的結(jié)果對比可以得出，在電力系統(tǒng)故障時(shí)SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息流鏈路峰值流量比正?；顒?dòng)的鏈路峰值流量有所增大，本應(yīng)用案例中主站出站峰值流量為4.595 kbps，相對正常運(yùn)行情況增加了1.908 kbps；子站出站峰值流量為7.871 kbps，相對穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況增加了4.092 kbps。因而在此情況下，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆逯盗髁坎淮笥?0 kbps，并不會(huì)對數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸造成過大壓力。為了評價(jià)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，下面對比兩場景的IP數(shù)據(jù)包端到端延時(shí)，仿真結(jié)果如表6所示。

從結(jié)果可看出，一次系統(tǒng)正常運(yùn)行情況與故障情況下SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)上相差在40 μs以內(nèi)，IP數(shù)據(jù)包端到端延時(shí)在正常運(yùn)行情況和故障運(yùn)行情況下均小于1 s，延時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)限定范圍內(nèi)。此外，從仿真結(jié)果中還可以看出，由于子站向主站方向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對較大，子站向主站方向比主站向子站方向的延時(shí)會(huì)相對較大，為主站出口網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)備選型提供了借鑒依據(jù)。

表6 IP數(shù)據(jù)包端到端延時(shí)仿真結(jié)果

4 結(jié)論

為建立有效且實(shí)用的SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性能分析方法，本文在深入研究SCADA系統(tǒng)建模需求基礎(chǔ)上，利用OPNET仿真平臺(tái)建立了SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵對象模型。進(jìn)一步通過構(gòu)建SCADA系統(tǒng)不同運(yùn)行場景，驗(yàn)證了所建模型的有效性，結(jié)果顯示本文所建模型能夠支撐SCADA系統(tǒng)多設(shè)備、多場景的網(wǎng)絡(luò)性能分析需求，并能夠真實(shí)仿真SCADA系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況。本文建立基于OPENT的SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性能仿真模型和方法，為SCADA系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性能分析提供直接而有效的工具，也為SCADA系統(tǒng)事故預(yù)演、設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等提供了有力的分析與參考依據(jù)。

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GB/T 18657.5-2002 telecontrol equipment and systems-part 5: transmission protocols-section 5: basic application functions[S].

（編輯 魏小麗)

Communication modeling and simulation of SCADA system of power grid based on OPNET

HU Chunchao1, HOU Aijun1, MA Kai1, CAI Zexiang2, HUANG Chengqiao2, XI Yu2, PAN Tianliang2

(1. Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou 510080, China;2. School of Electric Power Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

In order to analyze the performance of SCADA system communication of power grid in an effective way, this paper proposes a method of building key models and multi-scenario simulation of SCADA system communication based on OPNET Modeler. According to the actual conditions of SCADA system communication, this paper researches the modeling method of the SCADA system based on sufficient analysis on the modeling demand of SCADA system. It also establishes a network performance simulation platform that adjusts to the engineering practices of SCADA system, realizing the aim of examining the network performance through the simulation of multi-device and multi-scenario. It is a direct and effective tool that the communication modeling and simulation method of SCADA system of power grid based on OPNET to analyze on SCADA system communication network. It also provides an effective tool and practical reference for fault preview, equipment selection and network planning of SCADA system communication.

SCADA system; communication network; modeling; simulation; OPNET

10.7667/PSPC151254

2015-07-20；

2015-09-25

胡春潮(1984-)，男，通信作者，碩士研究生，工程師，從事繼電保護(hù)、數(shù)字化變電站研究工作；E-mail：huchunchao@139.com

侯艾君(1986-)，女，碩士研究生，工程師，從事繼電保護(hù)、數(shù)字化變電站研究工作；E-mail: 13503081530@ 139.com

馬 凱(1985-)，男，碩士研究生，工程師，從事繼電保護(hù)、數(shù)字化變電站研究工作。E-mail: 13600009565@ 139.com