基于IEC61850的变电站新型远动网关机
第31卷第2期
电力il动化设备
V01.31No.2
基于IEC61850的变电站新型远动网关机
笃竣1.祁忠1,2
(1.南京南瑞继保电气有限公司,江苏南京211102;2.南京大学计算科学与技术系.江苏南京210009)
摘要:分析了基于IEC61850的远动通信网络结构,提出了基于IEC61850的电力远动的数据模型和通信模型.将IEC61850标准引入到远动通信体系中。针对远动网关机既是IEC61850客户端又是IEC61850服务器的特点.选用数据处理能力较强的高性能服务器作为网关机硬件。详细介绍了远动网关机软件结构、各个模块的功能和执行流程。选用MMS—EASELite库来实现IEC61850的客户端进程和服务器进程,进程之间通过共享内存实现交换数据。该远动网关机通过了与调度主站的互操作测试,实践表明远动网关杌的各项功能和性能均满足要求。
关键词:IEC61850;MMS;网关机;远动通信;智能电子设备
中图分类号:TM73
文献标识码:A
文章编号:1006—6047(2011)02-0112-04
0
弓1-'-
IEC61850是IECTC57制定的关于变电站通信
1
基于IEC61850的远动通信网络结构
基于IEC61850的电力远动通信网络结构如图
网络和系统的最新国际标准,具有信息分层、面向对象的统一建模、面向应用的数据自描述以及与具体网络无关的抽象通信服务接口等特点…,采用变电站配置描述语言(SCL)[2j,对变电站系统结构、通信系统结构以及智能电子设备IED(IntelligentE1ectronicDevice)功能配置进行统一的描述,实现了变电站内不同制造厂商IED间的互操作和无缝集成.并能适应未来网络技术的发展。
目前完全遵循IEC61850标准的变电站越来越多.但与调度中心之间仍然采用的是传统远动通信协议.如IEC60870—5—101、IEC60870—5—104。传统远动通信协议采用面向信息点的方式,仅规定了数据报文格式的统一。缺乏对变电站系统的统一建模和描述.互操作性差。由于IEC61850与传统远动通信协议的不兼容.必须要进行协议转化,才能实现变电站与调度中心的无缝集成|3l。
.
l所示.远动网关机通过变电站内的站控层IEC
61850
MMS(ManufacturingMessageSpecification)嗍
络与间隔层IED通信.接收间隔层lED的数据,通过电力调度数据网按照IEC61850MMS协议与调度中心主站通信,向主站上送远动数据。远动网关机是变电站内IED的通信代理.避免了调度主站直接与每个lED通信.避免了IED直接接入调度数据网。提高了系统安全性。变电站内部以及变电站与调度主站之间都采用IEC61850作为唯一的网络通信协议,省去了变电站到调度主站之间的协议转换,实现了变电站到调度主站的无缝集成。
国内外IEC61850的研究与应用仍然主要集中于变电站内.IEC61850应用于电力远动实现变电站到调度中心通信的研究还很少。本文分析了IEC61850的远动通信网络结构。提出了基于IEC61850的电力远动的数据模型和通信模型,将IEC61850标准引入到远动通信体系中.设计了一种新型的基于IEC61850的变电站远动网关机.突破了传统远动机的体系结构和传输模式.实现了变电站过程层、间隔层、站控层到调度中心的无缝通信和信息集成,为IEC61850系统的拓展做了有益的探索。
收稿日期:2010—06—04:修回13期:2010—11—13
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on
图l基于IEC61850的远动通信网络结构
Fig.1
Structureoftelecontrolcommunicationnetworkbased
IEC6l850
2基于IEC61850的远动通信模型1.9]
IEC61850是变电站内的网络通信标准.必须对
万方数据
标准IEC61850的通信模型做些修改.才能应用于变电站与调度中心主站之间的通信。IEC61850中提到的一种网关建模方式是把网关视为代理IED.把其他实际lED的逻辑装置LD(1_x)gicalDevice)映射到代理IED下.这样会导致数据模型发生变化.不利于实际工程应用。本文设计的远动网关机通信模型如图2所示.
调度主站l客户端I
I调度主站2客户端
l团圆…1...1圆圃…I
虚拟IED。l虚拟IE耽I
图2基于IEC61850的远动通信模型
Fig.2
Telecontroicommunication
model
based
On
IEC61850
变电站内的各个物理lED映射为网关机内的虚拟IED.虚拟IED的数据模型与物理lED保持一致。为了能够反映网关机自身的状态信息。增加了一个网关机lED.该lED包含网关机的配置信息和运行状态。远动网关机是一个IEC61850服务端.调度主站是IEC61850的客户端.与网关机建立MMS连接.通过这个连接实现对各个lED的数据访问
服务。
采用所设计的模型.从通信的角度看.网关机是一个IEC61850服务器.从数据模型的角度看.网关机内部建有多个IED数据模型.是多个服务器的集合.因此需要对IEC61850的抽象通信服务接口
ACSI(AbstractCommunicationServiceInterface)做一
些特殊处理。网关机在处理调度主站GetServerDirctory服务时.把所有IED的LD名称列表返回给调度主站.LD名称内含有lED名称.调度主站可以区分出每个IED的LD列表。网关机在处理调度主站其他服务请求时.通过LD名称内包含的lED名称信息.找到对应的IED模型.然后再进行处理.这些处理过程与IEC61850标准规定的通信服务是一致的。
这种通信模型保持了变电站数据模型与调度主站数据模型的一致。在实际应用中。变电站监控系统生成的SCD(SubstationConfigurationDescrip.tion)文件。可以直接供远动网关机、调度主站使用,减少了模型维护工作量。
3基于IEC61850的远动网关机硬件设计
IEC61850远动网关机既是一个IEC61850的客户端.与变电站的各个IED通信.又是一个IEC61850的服务端,与调度主站通信,同时IEC61850比传统
万方数据
远动协议通信数据流量大.这要求远动网关机具有较快的数据处理能力和通信能力。传统的嵌入式远动机很难满足要求。为此.采用处理数据能力较强
的SunFireX2250服务器作为网关机的硬件.配置
4个Intel至强5400处理器.4G内存.2个百兆网口.操作系统采用RedHatEnterpriseLinux5.2.保证了网关机的数据处理能力和通信能力。为提高系统的可靠性.网关机支持主、备运行模式。配置2台Sun服务器,在正常情况下。一台网关机处于值班状态,另一台处于备用状态,值班机负责与IED、调度主站
通信。当值班机发生故障时。自动降为备用机运行.另外一台备用机升为值班机运行。
4基于IEC61850的远动网关机软件设计
IEC61850—8一l部分定义了抽象通信服务ASCI映射到制造报文规范MMS的方法fxoj.实现这些抽象通信服务的关键是实现MMS协议。SISCO公司的MMS—EASELite是实现MMS协议的C语言编写的开发库.采用了被上千个MMS应用使用的相同的编解码方法.以确保互操作性.可在Windows和“nux等多个平台上运行。为了降低开发成本和节省开发周期.远动网关机也基于MMS—EASELite库来实现IEC61850的服务端和客户端功能。受MMS—EASE
Lite机制的限制.在一个进程内同时实
现IEC61850的服务端和客户端功能是不可能的.所
以设计2个独立的进程.客户端进程和服务端进程.进程之间通过共享内存交换数据。IEC61850远动网关机软件结构如图3所示.主要包括数据库配置工具、IEC61850实时库、IEC61850MMS客户端进
程、IEC61850MMS服务端进程、SCADA模块、历史
数据库以及图形监视、实时告警、历史查询等人机界面模块。
SCD文件II图形监视Il实时告警||历史查询
篙益l
SCADA惭
IEC61850实时库、)弋共享内存
IEC61850
臣盈I——|囝
MMS
客户端进程
图3远动网关机软件结构
Fig.3
Software
structure
oftelecontrolgateway
下面介绍各个模块的功能.
a.数据库配置工具:11-12]。通过导入变电站配置文件SCD,生成IEC61850实时库.导入的内容包括变电站IED配置、通信配置.可以从SCD中挑选部分IED导入.这些IED的数据是需要上送调度主站
的。数据库配置工具还可以设置远动网关机IEC61850客户端使用的报告实例号.避免与变电站内的其他客户端发生冲突.
b.IEC61850实时库。根据IEC61850的对象层次关系,采用面向对象的方法.在内存中建立了符合IEC61850规范的实时数据模型。其他模块通过访问IEC61850实时库.快速地获得IED模型配置信息,不必直接去解析SCD文件,提高了系统效率。
c.1EC61850MMS客户端进程【13]。客户端进程负责与变电站内的各个IED装置通信。客户端进程从实时库中读入IED通信配置.与各个IED建立MMS连接。在线读取lED数据集配置、报告控制块配置.然后逐个使能IED的报告控制块.接收IED上送的实时报告数据,包括遥测报告、遥信报告、保护动作报告等。经过分析处理后.通过共享内存数据交换区,把遥测、遥信、SOE等数据送给IEC61850MMS服务端进程、SCADA进程。同时。客户端进程可以接收服务端进程、SCADA进程模块发送的控制命令.把控制命令下发给IED。客户端进程定时去检测与各个lED的通信情况.在MMS连接发生中断时.能够自动地重新建立连接。
d.IEC61850
MMS服务端进程[14彤]。服务端进
程通过访问实时库.建立服务器(server)、逻辑装置
(109icaldevice)、逻辑节点(109icalnode)、数据(data)、
数据属性(dataattribute)、数据集(dataset)、报告控制块(reportcontr01)、定值控制块(settingcontr01)等模型对象.实现IEC61850的服务功能。包括关联服务、目录类服务、报告服务、控制服务、定值服务、文件传输服务。
关联服务可同时接收多个不同调度主站的连接.为不同调度主站提供不同的访问视窗,各调度主站对服务端的请求和设置等操作是相互独立的.互不影响。报告服务功能是网关机向调度主站传送数据的主要方式.通过报告服务实现遥测、遥信信息的上送。服务端进程根据设置的报告控制块参数,向调度主站发送总召报告、周期报告、数据变化报告。考虑到安全性.调度主站对lED报告控制块的设置和使能操作.只是对网关机内的虚拟IED生效,网关机不会转发给间隔层的IED。
控制服务用于实现调度主站的遥控功能。服务端进程接收调度主站的遥控服务请求.通过共享内存把遥控命令转发给客户端进程.客户端进程再把遥控命令下发给IED.IED遥控执行完成后,客户端进程把遥控结果返回给服务端进程.服务端进程再把遥控结果上送给调度主站。定值服务用于向调度主站上送IED的定值信息.与遥控过程是类似的,服务端进程接收调度主站的定值服务请求。把定值命令下转发给客户端进程.客户端进程再向IED发送定值服务请求。
万方数据
e.SCADA模块。SCADA模块从IEC61850MMS客户端进程接收IED上送的遥测、遥信数据.对遥测量进行统计计算。对SOE和遥信变位事件进行告警处理.并保存入历史库,同时把遥测、遥信数据更新入实时库。
f.历史数据库。历史数据库基于Oracle商用数据库.用于长时间保存变电站的各种SOE事件、遥信变位事件、操作记录等。通过历史查询工具可以检索各种历史事件.可以进行各种数据统计和分析。2.图形监视模块。显示变电站的一次接线图、系统配置图、通信状态图,实时显示各个开关、刀闸的状态信息.实时显示各个一次设备相关的电压、电流、有功、无功等量测数据。通过图形界面,可以进行各种遥控、遥调操作。
h.实时告警模块。对变电站内产生的各种事件进行分类处理,登录到实时告警窗口。根据告警事件的处理方式定义.进行画面闪烁、光字牌显示报警、推事故画面、语音报警、音响报警等处理。
与传统远动机相比.新型远动网关机功能更完备,特别是图形监视、实时告警等人机界面功能,丰富了远动机的功能。
5
结语
本文提出了基于IEC61850MMS的电力远动的
数据模型和通信模型.将IEC61850标准引入到远动通信体系中.设计了一种新型的基于IEC61850MMS的变电站远动网关机.为IEC61850系统的拓展做了有益的探索。所设计的远动网关机通过了与调度主站的互操作测试.各项功能和性能均满足要求。表明该设计方案是可行的.该远动网关机已经应用在数字化变电站中。参考文献:
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FAN
作者简介:
Jianzhong,MU
forsubstation
Lianshun.ZHANSCADAofElectric
system
Xueniu.etbased
on
a1.DataIEC61850
modeling
笃竣(1975一),男,江苏南京人,工程师,硕士,主要从事变电站综合自动化系统的研究和开发工作:
祁忠(1977一),男,江苏张家港人,工程师,硕士研究生,
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主要从事变电站综合自动化系统的研究和开发工作(E-rmm:
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Du
on
IEC61850
Junl.QI
Zhon91・2
2.Department
Abstract:The
(1.NARI—RelaysElectricCo.,Ltd.,Nanjing211102,China;
ofComputerScienceandTechnology,NanjingUniversity,Nanjing210009,China)
of
telecontrol
communicationand
network
based
are
on
structureIEC61850is
analyzed.The
gateway
IEC61850.basedtelecontrolis
both
theis
IEC61850chosen.Its
datamodel
and
communicationmodel
presented.Asthe
server
with
telecontrolbetter
are
clientIEC61850
server.high.performance
and
data.handlingintroduced
in
capacity
software
applied
structure,functionalmodules
to
execution
procedures
detail.MMS.EASEmemory
gateway
Liteis
to
implementbetween
theIEC61850clientproceduresandserverprocedures.Theprocedures.The
test
isand
sharedthe
exchange
datain
of
masterstation
dispatch
center
areaccomplished
interoperabilitybetweentelecontrolandapplicationsshowitssatisfying
functionsand
performance.
850;manufacturing
messagespecification;gateway;telecontrolcommunication;intelligent
Keywords:IEC61electronicdevice
万方数据
基于IEC61850的变电站新型远动网关机
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
笃竣, 祁忠, DU Jun, QI Zhong
笃竣,DU Jun(南京南瑞继保电气有限公司,江苏,南京,211102), 祁忠,QI Zhong(南京南瑞继保电气有限公司,江苏,南京,211102;南京大学,计算科学与技术系,江苏,南京,210009)电力自动化设备
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