吐鲁番调度自动化传统电力规约通信向IEC61850转换的设计

吐鲁番调度自动化传统电力规约通信向IEC61850转换的设计
【摘要】面向点技术的传统规约向面向对象技术的IEC 61850的转换，是网络技术发展的必然趋势。

这里结合吐鲁番供电公司的运行实际，以IEC 101、CDT 规约作为传统规约的代表，IEC 61850标准的实现为基础，探讨了传统规约向IEC 61850转换理论。

并设计一个转换网关应用串口通信，信息建模以及XML 等技术实现其转换过程。

【关键词】CDT；IEC 101；IEC 61850；XML；IED；串口通信；信息模型
1 前言
吐鲁番供电公司所管辖62座变电站中，有19座变电站都是采用的CDT规约，其他的变电站都是采用101规约,所有变电站中有54座具备第二路通道,采用104规约上送信息。

在新的网络化国际规约IEC 61850出现的今天，如何将采用旧规约的通信系统纳入新型网络化远动系统体系结构中，并保持原有系统结构和设备不变的情况下使其与最新的国际标准接轨，值得我们进行深入研究。

2 规约简析
CDT、IEC 60870-5-101 和IEC 60870-5-104规约(下文中我们描述为传统规约)在我地区得到广泛应用，在今后的一段时间内仍将是我们使用的主要规约，这些规约全部都是传统的面向点的电力远动规约，这些规约依靠各种数据地址“点”值来区分不同的信息，这些地址由远动工程师预先分配。

IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。

规约的设计采用了面向对象的设计方法,层次化的数据结构使数据的维护简单明了，克服了以往采用点表罗列方式带来的困难,可以自我描述数据的含义(名称(name)),数据的类型(如整形，浮点或某种复杂结构),不再需要核对点表定义。

3 转换理论的研究
我局目前调控中心都不直接和变电站设备进行通信。

变电站设备先与RTU 相连，RTU再采用远动通信规约与调控中心的前置机通信。

而如果采用无缝通信体系，调控中心采用IEC 61850 规约通过调度数据网和变电站中的IED直接相连。

对现有变电站的所有通信设备进行改造，则牵涉到变电站内相应设备的硬件和软件的替换。

这种方法相当于要把变电站内大部分在正常工作的设备都替换下来，代价高昂，对现有资源是一种极大的浪费。

为此，我们认为在传统RTU上增加规约转换网关接入将来无缝远动体系是一种不错的选择。

101 规约和CDT 规约等传统规约同IEC 61850 的转换工作主要在协议转换网关中完成。

网关一方面充当传统规约主站的角色，它收集变电站上传的数据，并把数据存储在网关中。

另一方面，对IEC 61850 规约来说，网关是一个服务器，它把从变电站RTU 上传的数据按IEC 61850 的方式组织信息模型，并为调度中心——客户端提供标准的IEC 61850 服务。

传统规约是面向点的。

而IEC 61850采用面向对象技术组织数据，它有自己定义的信息模型。

运用IEC 61850进行信息传输，首先要完成的就是把传统规约上传过来的远动数据，按IEC 61850规约定义的信息模型组织起来。

这种规约转换工作主要靠IED代理来完成。

从控制中心看来，代理完全采用了IEC 61850的结构体系，等同于一个采用IEC 61850通信规约的IED。

同时运用IEC 61850中定义的变电站配置语言，对上述网关的配置性能进行描述。

其转换过程可分为以下几步：
（1）101/CDT 报文数据通过串口通信解析成遥测遥信等变电站信息。

（2）根据IEC 61850 标准中的定义以及变电站信息，建立101/CDT 规约向IEC61850转换网关信息模型实例。

（3）进一步解析的变电站信息向转换网关模型实例所对应得数据对象映射及服务映射。

（4）用XML文档对转换网关的配置性能进行描述。

4 转换的实现
4.1 规约转换
根据规约转换理论我们知道帧数据通过串口通信解析成相应的远动信息，这些远动信息概括起来，可以分为四类：遥测、遥信、遥控、遥调。

遥测即远程测量：应用远程通信技术，传输被测变量的值。

遥信即远程指示，远程信号：对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。

遥控即远程命令：应用远程通信技术，使运行设备的状态发生变化。

遥调即远程调节：对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。

对于远动信息的分析，在规约转换的设计中是至关重要的。

根据现场传过来的远动信息，结合IEC 61850中定义的信息模型，建立符合IEC61850标准的对象实例，同时建立映射关系。

最后建立此变电站转换网关的配置文档，并交付下层通讯使用。

下面以一简单变电站(命名为FY)为例，并以CDT规约作为传统规约的代表详细说明其规约转换的设计过程。

其变电站配置为主变（1B）连接110kV及10kV 母线，10kV出线间隔2个。

现有的遥测,遥信表分别表1和表2所示。

表1 FY 变电站遥测表
序号标识
0 FREN-F1
1 FREN-F2
2 1B110-P
3 1B110-Q
4 1B110-Ia
5 1B110-Ic
6 1B10-P
7 1B10-Q
8 1B10-I
9 M01-Ua
10 M01-Ub
11 M01-Uc
12 M01-Uab
13 WENDU-T1
14 FT-FT1
15 004-P +1.85 +2047.0
16 004-I +123.99 +2047.0
17 005-P +1.59 +2047.0
18 005-I +98.19 +2047.0
表2 FY 变电站遥信表
序号标识遥控说明
1 KG001 YES
2 KG002 YES
3 KG00
4 YES
4 KG00
5 YES
5 ZHBIZWS 主变重瓦斯
6 ZHBICD 主变差动
7 ZHBIFXGL 主变负序过流
8 ZHBYWBJ 烟雾报警
9 M01CHZ 10KV母线重合闸
10 M01GL 10KV母线过流
11 002JULI 距离保护
12 004JULI
13 004CD 差动保护
14 005JULI
15 005CD
4.2 信息模型建立
在IEC61850标准下，整个转换网关可看成一个IED，下面划分多个间隔(可看成逻辑设备)。

这些间隔按照变电站的具体功能进行分解，运用面向对象的方法对子功能建立信息模型，间隔可对应为一个逻辑节点，间隔之上的电压等级则对应为一个逻辑设备。

下一层的数据对象如位置信息，可采用SPC 类型的公共数据类，SPC 公共数据类不仅包含stVal 数据性（表示开关的状态信息），还包含ctlVal 数据属性（表示对开关状态的控制信息），体现了对开关状态的监视以及控制。

代理对变电站设备控制功能的实现，通过将IEC 61850定义的信息模型映射到相应底层通信规约，如101或者CDT规约。

这里的关键就是要实现传统规约的遥测、遥信、遥调和遥控等信息的在IEC61850中的建模。

在标准中对于逻辑设备的模型没有做规范，考虑到控制中心往往对变电站以间隔为单位进行监控，因此我们把一个间隔内的远动数据划分到同一个逻辑设备中是比较合理的。

逻辑设备下面有划分逻辑节点，其配置如表3 所示。