劉 瑋 孔鳳穎 侯思祖

（華北電力大學(xué)，河北 保定 071000）

0 引言

為滿足快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，人們對(duì)供電可靠性的要求越來越高。為了更好地保證安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電力系統(tǒng)的運(yùn)行越來越依賴于繼電保護(hù)。通信規(guī)約是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠、快速通信的重要保證。基于IEC61850的數(shù)字化變電站系統(tǒng)已成為主流，在現(xiàn)有的設(shè)備繼續(xù)可靠，有效的使用的基礎(chǔ)上，研究基于IEC61850的繼電保護(hù)裝置網(wǎng)關(guān)已經(jīng)具備了基本的前提條件。為了將原有的保護(hù)系統(tǒng)的軟件和硬件資源保留下來，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)信息資源的共享和不同廠商設(shè)備的互操作，可以通過網(wǎng)關(guān)的形式將原有設(shè)備接入IEC 61850通信環(huán)境和系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)當(dāng)前變電站中應(yīng)用的諸多通信協(xié)議向IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，通過MMS服務(wù)器與IEC61850環(huán)境中的其它設(shè)備通信。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

1.1 繼電保護(hù)設(shè)備研究動(dòng)態(tài)

繼電保護(hù)裝置的發(fā)展經(jīng)歷了電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機(jī)型幾個(gè)階段。智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對(duì)繼電保護(hù)裝置提出了更高要求，另一方面，通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及也為探索新的保護(hù)原理提供了條件。智能電網(wǎng)中可利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析利用這些信息可對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能和保護(hù)定值的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控和修正。

1.2 60870-103 協(xié)議

IEC 60870-5-103協(xié)議是一個(gè)用于電力系統(tǒng)控制和信息采集的通信協(xié)議，IEC60870-5-103是由TC57和TC59聯(lián)合工作組制定的作為我國優(yōu)先采用的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于變電站自動(dòng)化中，它是在IEC60870-5的基礎(chǔ)上采用FT1.2異步字節(jié)傳輸，采用了僅有物理層，鏈路層，應(yīng)用層的緣于開放式系統(tǒng)互聯(lián)的OSI-ISO七層參考模型的EPA(增強(qiáng)性能結(jié)構(gòu))，主站由非平衡傳輸控制系統(tǒng)構(gòu)成，繼電保護(hù)設(shè)備作為子站。

103規(guī)約提供了兩種信息交換方法，一種方法是基于嚴(yán)格規(guī)定的ASDU和標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)文的傳輸應(yīng)用過程，包括兼容范 圍和專用范圍;另一種方法是使用通用分類服務(wù)，通用分類服務(wù)可以傳輸幾乎所有可能的信息，但要求裝置有較大的內(nèi)存容量，要求傳輸通道有較高的傳輸速率。

實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化已經(jīng)成為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要目標(biāo)，然而現(xiàn)階段，由于場(chǎng)站和變電站中所使用的智能電子設(shè)備來自于不同的廠家，它們遵循于各自的內(nèi)部通信規(guī)約，這對(duì)于站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的信息通信和信息交換帶來了不便，很大程度上影響了設(shè)備的兼容性，開放性，互操作性。

2 擬采取的研究方案和可行性分析

網(wǎng)關(guān)作為非IEC61850繼電保護(hù)設(shè)備與站內(nèi)的IEC61850 IED進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的媒介，由于現(xiàn)有的繼電保護(hù)設(shè)備大多數(shù)是非IEC 61850設(shè)備，采用網(wǎng)關(guān)對(duì)其進(jìn)行封裝，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換，使其成為一個(gè)遵循IEC 61850的IED，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了其與站內(nèi)IEC61850 IED的互操作。這樣，所有設(shè)備都處于IEC 61850的技術(shù)體系下，方便系統(tǒng)運(yùn)行與保護(hù)。

繼電保護(hù)設(shè)備實(shí)時(shí)信息通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，再通過MMS服務(wù)器與IEC61850環(huán)境中的其它設(shè)備通信。網(wǎng)關(guān)中需要完成61850數(shù)據(jù)建模與配置，及ACSI與MMS的映射。

網(wǎng)關(guān)為可以將當(dāng)前廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議中的點(diǎn)信息映射到IEC61850的面向?qū)ο蟮男畔?，再通過SCSM映射到MMS的對(duì)象信息。相應(yīng)的信息傳輸通過MMS的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)常規(guī)繼保設(shè)備采用的通信協(xié)議的“面向點(diǎn)”的共性，可在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)信息表。點(diǎn)信息表是一個(gè)為設(shè)備發(fā)送的點(diǎn)信息而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它包括設(shè)備點(diǎn)信息的唯一標(biāo)識(shí)ID號(hào)、存儲(chǔ)點(diǎn)信息值的能力、點(diǎn)信息的含義、數(shù)據(jù)類型等信息。IEC61850保證IED設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作的基礎(chǔ)是其定義的信息模型和服務(wù)模型。對(duì)lED設(shè)備的信息建模的過程體現(xiàn)為網(wǎng)關(guān)配置文檔的生成過程。所生成的信息模型最終映射到MMS服務(wù)器中的VMD結(jié)構(gòu)之中。相應(yīng)的服務(wù)模型可以直接映射到MMS服務(wù)器所提供的服務(wù)中去，固化于MMS服務(wù)器的軟件實(shí)現(xiàn)中。

配置文檔可采用XML語言描述，它應(yīng)該能夠直接反映信息模型的結(jié)構(gòu)，即包含哪些信息模型類的實(shí)例、它們之間的關(guān)系、每個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)及某些靜態(tài)屬性。此外，它還應(yīng)能夠提供模型中數(shù)據(jù)屬性同點(diǎn)信息的關(guān)聯(lián)，即數(shù)據(jù)源的鏈接。

設(shè)備接口模塊使用同常規(guī)繼保設(shè)備相同的通信協(xié)議，并將收到的點(diǎn)信息存放到點(diǎn)信息表結(jié)構(gòu)中，完成對(duì)點(diǎn)信息的采集和發(fā)送，實(shí)現(xiàn)規(guī)約的接受與解析。

MMS服務(wù)器中的配置器模塊主要用于系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)完成實(shí)際設(shè)備和虛擬制造設(shè)備VMD的映射，實(shí)現(xiàn)VMD和實(shí)際設(shè)備的動(dòng)態(tài)交互。配置器根據(jù)配置文檔信息創(chuàng)建各MMS對(duì)象類的實(shí)例，初始化有關(guān)屬性。配置器的功能是:1）正確解析配置文檔；2）根據(jù)解析結(jié)果創(chuàng)建MMS對(duì)象，并初始化這些對(duì)象。當(dāng)完成所有配置工作后，就實(shí)現(xiàn)了實(shí)際設(shè)備和VMD的映射。VMD代表實(shí)際設(shè)備同客戶端進(jìn)行通信。

ACSE服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)面向?qū)嶓w連接的ACSE服務(wù)，包括ACSE服務(wù)原語的組裝與解析，連接的初始化和終止，異常中斷處理，應(yīng)用連接上下文的協(xié)商與確定等功能。

事務(wù)管理模塊是MMS服務(wù)器的基礎(chǔ)部分，它接收MMS服務(wù)請(qǐng)求，并將請(qǐng)求發(fā)送到適當(dāng)?shù)腗MS對(duì)象，由對(duì)象啟動(dòng)相應(yīng)的服務(wù)；反之將服務(wù)響應(yīng)發(fā)送到相關(guān)的MMS客戶。

MMPM(制造報(bào)文協(xié)議機(jī))模塊是MMS服務(wù)器同下層網(wǎng)絡(luò)支持的接口。一方面，MMPM模塊根據(jù)事務(wù)管理模塊發(fā)來的MMS服務(wù)原語及參數(shù)構(gòu)造相應(yīng)的MMS PDU，發(fā)送到傳輸層模塊；另一方面，MMPM對(duì)收到的MMS PDU進(jìn)行解碼后向事務(wù)管理模塊傳遞相應(yīng)的服務(wù)原語和參數(shù)。同時(shí)還負(fù)責(zé)差錯(cuò)檢查和處理。底層網(wǎng)絡(luò)支持模塊主要提供OSI傳輸層及以下各層服務(wù)功能。

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