劉 兵

(華電章丘發(fā)電有限公司，山東 濟南 250216)

電力企業(yè)是一個分布式運行的系統(tǒng)，隨著各種電力自動化系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的迅速發(fā)展，如何最大限度利用各專業(yè)信息系統(tǒng)的信息孤島，形成完整統(tǒng)一、數(shù)據(jù)實時傳遞、信息充分共享的信息系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。

1 UCA 及其在電力系統(tǒng)中的應用

對于電力企業(yè)內部EMS、SCADA、電廠DCS 等控制中心之間的實時數(shù)據(jù)交換與控制等通信行為，UCA 體系給出了相應的模型規(guī)范ICCP。ICCP 的網(wǎng)絡適應性很強，既可用于專用網(wǎng)絡也可用于公共數(shù)據(jù)分組網(wǎng)絡，還可用于具有冗余路由的網(wǎng)狀網(wǎng)絡。具體應用可以有兩種方式：①使用包括MMS 映射的ICCP 的全部定義；②使用ICCP 的1個子集，即只使用ICCP 所定義的數(shù)據(jù)模型和服務，在此基礎上建立特殊應用。UCA2.0 網(wǎng)絡集成圖1 所示。公司網(wǎng)使用數(shù)據(jù)庫訪問集成服務（DAIS），提供跨多廠商關系數(shù)據(jù)庫的無縫鏈接。另外還使用了TASE2模型，專用于EMS 系統(tǒng)提供的計劃和計帳數(shù)據(jù)。公司局域網(wǎng)的底層協(xié)議使用TCP/IP 的類似7 層UCA 協(xié)議，可與OSI 協(xié)議共存。配電變電站和饋線網(wǎng)絡經(jīng)廣域網(wǎng)將SCADA 數(shù)據(jù)送回控制中心。

圖1 UCA 集成網(wǎng)絡

用戶接口的通信可能有多種結構。實例應用中包括讀表，電子計費，電能質量監(jiān)視，故障檢測，遠方連接/斷開，以及需方管理（DSM）。網(wǎng)絡的基礎結構還能支持多種用戶服務。用戶接口的UCA 模型使用CASM 服務，用于各種介質的7 層或3 層子集。

2 電力配電自動化整體系統(tǒng)設計

KH-2000 電力配電自動化主站系統(tǒng)，是新推出的電力配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA 系統(tǒng))硬件結構如圖2 所示。

圖2 KH2000 硬件結構

前置機收到數(shù)據(jù)通過UDPCOMM 和SOCKET 上傳過來，主控程序收到數(shù)據(jù)后刷新實時數(shù)據(jù)的內存映射和各個數(shù)據(jù)庫。MMI 進行實時數(shù)據(jù)曲線，歷史曲線，趨勢曲線的圖表顯示；錄波，告警，事項查詢等界面的顯示；以及遙控界面的顯示等。

前置機一方面是從串口中讀取RTU 上傳來的數(shù)據(jù)，通過規(guī)約線程進行數(shù)據(jù)分發(fā)到各個RTU 的內存映射中，再由網(wǎng)絡發(fā)送線程UDPCOMM 和SOCKET 將數(shù)據(jù)發(fā)往后臺機MMI 進行處理；另一方面規(guī)約線程通過串口進行下發(fā)命令，包括具體規(guī)約規(guī)定的命令和由后臺機通SOCKET 下發(fā)給前置機的遙控命令。

3 101 規(guī)約設計方案及系統(tǒng)設計思想

本標準采用ISO-OSI 的增強性能結構(EPA)模型，這種模型僅用三層（即物理層、鏈路層、應用層）。

圖3 給出了遠動設備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約參考模型的數(shù)據(jù)單元之間的關系：

圖3 通信前置系統(tǒng)的軟件數(shù)據(jù)流圖

把分層的思想通過程序模塊來實現(xiàn)，通過一個線程來完成。如此各層之間保持同步。

引入命令隊列，各應用功能的啟動由命令隊列來整體協(xié)調。使得各應用功能彼此是獨立的；引入答即所問的檢查機制，舍棄答非所問的命令。

在程序中仍然采用三層結構，物理層即為硬件設備（串口接收數(shù)據(jù)設備），現(xiàn)認為已從串口接收到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)到達數(shù)據(jù)鏈路層解包后交給應用層，應用層負責各數(shù)據(jù)的分發(fā)。同時應用層檢查命令隊列以啟動下一個應用功能，打包后交給數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層對數(shù)據(jù)再次封裝（把數(shù)據(jù)加上控制信息和校驗）后下發(fā)。

應用層模塊：處理數(shù)據(jù)鏈路層解包后的數(shù)據(jù)分發(fā)；檢查命令隊列（如非空，則從命令隊列中取出命令字組數(shù)據(jù)幀發(fā)給數(shù)據(jù)鏈路層，如空則添加默認的輪詢任務），啟動相應的應用功能；根據(jù)當前接收到的報文幀啟動規(guī)約規(guī)定的服務過程。

數(shù)據(jù)鏈路層：接收來至物理層的數(shù)據(jù)；解規(guī)約送至應用層；接收來至應用層的數(shù)據(jù)幀，并對該幀進行重新封裝后下發(fā)；三次重發(fā)。

系統(tǒng)狀態(tài)轉換圖如圖4 所示。

圖4 狀態(tài)轉換圖

命令隊列：

1）FunctionQueue:應用功能命令隊列（用于外分支）。

命令字來源：初始化，定時任務，默認輪詢（命令隊列空時），具體的實際情況（突發(fā)功能的啟動，如召喚一級數(shù)據(jù)，快速校驗過程，文件傳輸?shù)龋?/p>

2）CommandQueue:具體的應用功能的命令隊列（用于內分支）。

命令字來源：當前應用功能服務過程的添加；應用功能啟動時添加。

3）特殊情況：遙控操作。后臺機YK 命令字加到CommandQueue中，此時應重新把當前應用功能壓回FuntionQueue，先執(zhí)行遙控操作。遙控執(zhí)行完后繼續(xù)執(zhí)行被打斷的應用功能。

4）外分支：從應用功能命令隊列中（FunctionQueue）讀取功能碼定出并啟動當前應用功能（向應用功能的命令隊列中添加具體的命令字）。置WorkFlag=_ AppCallData。

4 101 規(guī)約關鍵技術的實現(xiàn)

4.1 初始化

主要是把主站和子站的FCB 都清零準備傳輸。分為主站初始化，子站初始化，子站被遠方初始化。

非平衡方式：剛上電時由主站啟動主站初始化，當運行期間子站掉電后啟動子站初始化。

平衡方式下：主站被動初始化。等待RTU 發(fā)出初始化的指令。

子站初始化的啟動:當子站掉電時發(fā)生，在三次重發(fā)失敗后啟動。

4.2 數(shù)據(jù)總召喚

4.2.1 初始化后啟動和定時任務啟動。

4.2.2 過程描述：主站總召喚子站，子站回送確認，然后連續(xù)向主站傳輸16 組數(shù)據(jù)（RTU 端已事先準備好的數(shù)據(jù)），主站接收完16 組數(shù)據(jù)后，再進行漏幀檢查。判斷有哪一組數(shù)據(jù)沒有收到，然后去召喚這一組。召喚完畢后結束總召喚功能。

4.2.3 關鍵技術的處理：

1）啟動：直接向命令隊列中添加相應的命令字即可。

2）總召喚延時處理：

總召喚在接收16 組數(shù)據(jù)時，只是被動的接收。

在LinkerTX 發(fā)送出總召喚請求幀后，便進入延時階段，延時時間為估計16 組數(shù)據(jù)全部接收所需的時間，等待的條件為h_TASK_OVER事件有信號。h_TASK_OVER 是在Applayer 中收到最后一組數(shù)據(jù)時SetEvent(h_TASK_OVER)

即：WaitForSingleObject(pIEC-＞h_TASK_OVER,OverTime)，若延時時間到或等到h_TASK_OVER，則SetEvent(pIEC-＞h_DELAY_OVER),說明總召喚結束了，下一步要進行漏幀檢查。

3）對16 組數(shù)據(jù)接收到的標志。int AllDataGroup[16]當收到一組數(shù)據(jù)后使AllDataGroup[i]=1；漏幀檢查時若AllDataGroup[i]=0 則說明此組沒有接收到。

全部16 組數(shù)據(jù)全部收到后，結束總召喚，進行時間同步。

系統(tǒng)設計完成后，經(jīng)過與RTUs 和主站系統(tǒng)的通信測試，實現(xiàn)了SCADA 基本數(shù)據(jù)（遙測、遙信）的采集和傳輸、網(wǎng)絡遙控操作、文件傳輸功能，特別是應用“搜索組”概念后，能準確進行故障分段處理，取得了較好的應用價值。

［1］吳永晨.電力系統(tǒng)自動化技術應用與發(fā)展[J].中國高新企業(yè)，2010(6).

［2］陳中.電力系統(tǒng)緊急控制多代理信息系統(tǒng)中UCA2.0 應用初探[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009(24).

［3］J carpentier·Optinal Power Flows·Electrical Power and Energy System·Vol.1 No1.Aprial,1997[Z].