哈爾濱電氣集團(tuán)阿城繼電器有限責(zé)任公司 張 卓 張大明

1.引言

作為全球統(tǒng)一的變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議IEC 61850，其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一種標(biāo)準(zhǔn)”，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互操作，實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)無縫集成。以往，幾乎所有的設(shè)備生產(chǎn)商都具有一套自己的通信規(guī)約，通常一個(gè)傳統(tǒng)變電站可能有多個(gè)廠商的協(xié)議同時(shí)在使用，一個(gè)變電站需要使用不同廠家的產(chǎn)品，整個(gè)電網(wǎng)里運(yùn)行的規(guī)約多達(dá)上百種，因此在變電站智能化改造過程中，必須進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，ARF850通信管理裝置既能以客戶端模式與數(shù)字化保護(hù)裝置通訊，作為遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)等，也能以服務(wù)器模式與不提供以太網(wǎng)通訊的間隔裝置（如保護(hù)裝置、電度表、直流屏、調(diào)度中心等）直接通訊，起到規(guī)約轉(zhuǎn)換器的作用。

2.IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)介紹

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)路通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)性的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

（1）信息分層。變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)草案提出了變電站內(nèi)信息分層的概念，無論從邏輯概念上還是從物理概念上，都將變電站的通信體系分為3個(gè)層次，即變電站層、間隔層和過程層，并且定義了層和層之間的通信接口。

（2）面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。每個(gè)IED包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，每個(gè)服務(wù)器本身又包含一個(gè)或多個(gè)邏輯設(shè)備。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點(diǎn)，邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象。數(shù)據(jù)對(duì)象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命名實(shí)例。從通信而言，IED同時(shí)也扮演客戶的角色。任何一個(gè)客戶都可利用抽象通信服務(wù)接口（ACSI）通過服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)對(duì)象。

（3）數(shù)據(jù)自描述。與IEC 60870-5系列標(biāo)準(zhǔn)采用面向點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述方法不同，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于信息均采用面向?qū)ο蟮淖悦枋?。該自描述在?shù)據(jù)源就對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自我描述，傳輸?shù)浇邮辗降臄?shù)據(jù)都帶有自我說明，不需要再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程物理量對(duì)應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。由于數(shù)據(jù)本身帶有說明，所以傳輸時(shí)可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對(duì)數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)工作。

（4）抽象通信服務(wù)接口（ACSI）。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口。

3.遠(yuǎn)動(dòng)通信管理裝置ARF850智能化裝置的研發(fā)

3.1 基本配置

ARF850通信管理裝置采用Embedded Intel?Celeron?CPU，支持Socket 479，內(nèi)存為1GB DDR SO-DIMM，6個(gè)10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)口，配置串口轉(zhuǎn)換插件，由于串口的類型采用模塊化的方式，所以，您可以根據(jù)實(shí)際需求選擇每個(gè)口的輸出方式，所有串口均帶光電隔離和TVS防雷保護(hù)，電源為220V交直流兩用或110V直流。

3.2 通訊管理機(jī)及遠(yuǎn)動(dòng)工作站一體化功能

ARF850智能化裝置軟件系統(tǒng)采用Vxworks嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，根據(jù)規(guī)約組態(tài)文件的配置，動(dòng)態(tài)裝載第三方規(guī)約任務(wù)，各種組態(tài)文件和配置文件可在線讀取。內(nèi)置眾多已經(jīng)聯(lián)調(diào)通過的通訊規(guī)約，如：DL451-91、擴(kuò)展DL451-91、IEC870-5-101、擴(kuò)展IEC870-5-101、IEC870-5-104、擴(kuò)展IEC870-5-104 等規(guī)約。

3.2.1 遠(yuǎn)動(dòng)工作站功能

遠(yuǎn)動(dòng)工作站功能的實(shí)現(xiàn)是通過在IEC61850通訊平臺(tái) 庫(v2.00版)COSMOS基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)客戶端的程序設(shè)計(jì)，同時(shí)通過SISCO公司的MMS通訊協(xié)議的封裝軟件包MMS-LITE，實(shí)現(xiàn)IEC61850對(duì)象服務(wù)，通過啟動(dòng)IEC61850Client任務(wù)來啟用IEC61850客戶端的通訊功能。

IEC61850Clientren任務(wù)的程序設(shè)計(jì)流程分為六部分：

①初始化程序環(huán)境

程序環(huán)境初始化包括多線程環(huán)境的初始化、時(shí)鐘初始化，全局變量初始化、內(nèi)存管理初始化、調(diào)試log初始化以及網(wǎng)絡(luò)初始化等。

②設(shè)置用戶回調(diào)函數(shù)指針

用戶回調(diào)函數(shù)是用戶編寫的用戶處理函數(shù)，要想使用戶處理函數(shù)在平臺(tái)庫里得到調(diào)用，就必須設(shè)置用戶回調(diào)函數(shù)指針。

③初始化站點(diǎn)管理

站點(diǎn)管理初始化步驟很簡單就是調(diào)用站點(diǎn)管理初始化接口函數(shù)就可以完成對(duì)站點(diǎn)管理的初始化步驟.

圖1 智能牽引變電所網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

④設(shè)置服務(wù)器連接標(biāo)志

在初始化完成后，需要調(diào)用設(shè)置服務(wù)器連接標(biāo)志接口設(shè)置連接標(biāo)志，以使客戶端和服務(wù)器進(jìn)行連接。

⑤啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)事件處理線程

啟動(dòng)單獨(dú)的線程對(duì)客戶端狀態(tài)進(jìn)行處理以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收處理。

⑥用戶處理程序

使用平臺(tái)庫中的所有服務(wù)，以達(dá)到接收及發(fā)送數(shù)據(jù)的目的。

3.2.2 通訊管理機(jī)功能

通訊管理機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)是通過SISCO公司的MMS通訊協(xié)議的封裝軟件包MMSLITE，實(shí)現(xiàn)IEC61850對(duì)象服務(wù)，通過啟動(dòng)IEC61850Server任務(wù)來啟用IEC61850服務(wù)器端的通訊功能。

IEC61850Server任務(wù)的程序設(shè)計(jì)流程分為六部分：

①裝置初始化：進(jìn)行硬件通道個(gè)數(shù)、類型參數(shù)、信號(hào)量、消息、計(jì)時(shí)器的初始化。

②啟動(dòng)主程序任務(wù)：啟動(dòng)開入開出信息的采集、處理、存儲(chǔ)以及與液晶的通訊程序。

③圖形化編程初始化：根據(jù)保護(hù)圖形化編程組態(tài)配置文件進(jìn)行邏輯組態(tài)初始化。

④啟動(dòng)服務(wù)器通訊任務(wù)：建立IEC61850系統(tǒng)對(duì)象空間，解析配置文件，獲取參數(shù)信息，調(diào)用應(yīng)答處理函數(shù)，從對(duì)象空間中獲取值。

⑤通訊數(shù)據(jù)處理程序：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，將接收到的符合IEC61850要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合遠(yuǎn)動(dòng)工作站要求的數(shù)據(jù)。

⑥啟動(dòng)記錄讀寫管理任務(wù)：負(fù)責(zé)記錄的非易失寫入和上電記錄管理。

4.應(yīng)用實(shí)例

ARF-850系列通信管理裝置(以下簡稱裝置)主要用于各電壓等級(jí)變電站和電氣化鐵路牽引變電所、開閉所、分區(qū)所等，和當(dāng)?shù)赜?jì)算機(jī)、保護(hù)測控裝置一起構(gòu)成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。ARF850遠(yuǎn)動(dòng)通信管理裝置在智能化牽引變電所中的應(yīng)用實(shí)例如圖1，遠(yuǎn)動(dòng)通信管理裝置實(shí)現(xiàn)變電站與各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)之間的通信功能，使調(diào)度端實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的監(jiān)視和控制。遠(yuǎn)動(dòng)通信管理裝置采用直采直送模式工作，運(yùn)行獨(dú)立于監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)，互不影響。遠(yuǎn)動(dòng)動(dòng)通信管理裝置既能以IEC61850客戶端功能與智能化保護(hù)裝置通訊，同時(shí)又能以IEC61850服務(wù)器端功能與監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)通訊，對(duì)間隔層使用IEC61850進(jìn)行接入，對(duì)調(diào)度系統(tǒng)使用規(guī)約進(jìn)行接入（可配置可選擇）。

5.結(jié)論

IEC61850協(xié)議體系標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是未來數(shù)字化電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向，是數(shù)字化變電站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。隨著IEC61850在數(shù)字化變電站的實(shí)施與推廣，通信管理裝置ARF-850產(chǎn)品必將在由傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)向數(shù)字化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化方面發(fā)揮巨大作用，同時(shí)適用于傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)改造項(xiàng)目，為未來全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站系統(tǒng)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，發(fā)展前景十分廣闊。

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