专利名称：一种故障信息系统61850主子站间虚拟站级ied模式的通信实现方法
技术领域：
本发明应用于电力系统调度自动化领域，特别是电网继电保护及故障信息系统 中，主子站间通信的实现方法。
背景技术：
随着计算机和通讯技术的发展，微机型继电保护、录波器等各种智能装置在电 网应用中占据相当重要的地位，要求变电站自动化系统向标准化、智能化的方向发展， IEC61850标准为此提供了保证。IEC61850标准作为数字化变电站通信和网络系统标准，将 变电站通信体系分为3层变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采 用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太 网或光纤网，在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。电网故障 信息系统要求将变电站内智能设备的实时信息及电力系统发生的各种故障通过故障信息 子站及时上送到各级调度主站，这就涉及到信息子站与调度主站系统间互联和协议的转换 问题。IEC61850标准解决了变电站内部智能设备间通信采用统一协议的问题，但对站间通 信的实现没有详细和明确的描述，只对站间的通信简单的提出了三种可能方案a)网关/代理者提供直接访问变电站物理设备的能力，此种方案实现简单，相当 于透明传输方式，对主子站性能和网络条件要求较高，子站被看做一个交换机，没有信息处 理、过滤和分析能力，不符合故障信息系统的实际应用要求。b)在网关/代理者内，逻辑设备定义为控制中心所需收集信息的数据集，此方案 相当于修改站内每个装置建模信息，重新组合信息形成新的数据集，子站工程工作量相当 大，且不能向主站反映子站内各装置的实际信息组成和运行状态。c)在网关/代理者内定义新的逻辑节点和数据类，并向控制中心提供视图，此方 案需要子站建立新的逻辑节点，重新组织和描述站内装置和信息模型，此方法实现麻烦且 工程工作量较大，容易对整个站模型和布局造成偏差。这些方法主要是通过对逻辑节点的扩展，在网关/代理者中创建新的逻辑节点， 在实际应用中重新建模，工程量大、不易实现且不符合故障信息系统的要求。因此在满足故 障信息系统功能需求的基础上，本发明提出了一种基于IEC61850标准的，适用于电网故障 信息系统主子站间61850虚拟站级IED模式的通信实现方法，为变电站与调度主站间稳定、 实时、准确的通信服务提供了一种新的尝试。
发明内容
本发明提出了一种基于IEC61850标准的故障信息61850主子站间虚拟站级IED 模式的通信实现方法。该方法对IEC61850标准中提到的站间通信方案进行扩展，目的是 在不改变装置模型的前提下，按照统一的命名标准、数据类型和格式建模，采用MMS通信协 议、对象和服务，遵循IEC61850标准，以较小的工程实施难度和工作量，保证在主站端能够准确和完整的了解子站系统的结构，实现电网故障信息的实时、准确、标准化的上送调度主站。IEC61850标准是变电站自动化系统基于通用网络通信平台的最新国际标准，对变 电站内的各种智能设备和变电站本身进行了建模，站内采用统一的协议进行信息交换和描 述，通过标准的通信服务接口实现了站内设备的互联互通。
)智能电子设备，具有与外部源交换数据信 息、逻辑分析和执行控制功能的设备，是对变电站内继电保护、录波器等物理装置的集成和 映射。LD (Logical Device)逻辑设备，包含一组特定应用功能和使用信息，能够为通信 汇集有关逻辑节点和数据集DATASET，包含在IED中。MMS指制造报文规范，IEC61850的对象和服务可通过特定通信服务映射使用MMS 对象和服务。MMS域对象是LD实例的描述，代表一个LD对象和服务的集合，为其下级对象提供 名称空间。SCD(Station Config Description)变电站配置描述文件，包含站内IED信息模 型、通信配置和变电站描述等内容，是数据通信的基本信息模型。本通信实现方法的具体过程如下1、智能电子设备IED、逻辑设备LD按照功能、型号、所属电压等级和通信地址等命 名规则命名，根据智能电子设备的61850模型，创建子站系统SCD文件，保证站内所有智能 电子设备模型中的逻辑设备LD名字空间不会重复；2、解析和加载子站S⑶文件，创建和映射子站虚拟站级IED及镜像逻辑设备LD模 型；如附图1所示，屏蔽SCD模型中的站内智能电子设备IED，将整个子站作为一个虚 拟IED，站内智能电子设备IED内的LD被一一映射到子站虚拟IED中的镜像逻辑设备LD， 即镜像逻辑设备LD模型所包含的逻辑节点、数据对象和数据属性等信息与其所对应站内 智能电子设备IED内的逻辑设备LD模型内容一致，但逻辑设备的实例名不同。创建智能电 子设备IED名称、逻辑设备LD实例名和对象关系映射表，为每个智能电子设备IED名称、 逻辑设备LD实例名和对象及其包含的数据信息建立映射关系，子站虚拟IED的名称为空， 其包含的镜像逻辑设备LD实例名由对应的智能电子设备IED名称、逻辑设备LD实例名组 合而成，即与智能电子设备中的逻辑设备LD的名字空间相同。3、按照IEC61850标准将子站虚拟IED中的镜像逻辑设备LD映射为MMS域对象， 创建MMS协议集，子站虚拟IED作为服务器，提供统一的服务访问点，主站作为客户端，在主 子站间建立一个面向连接TCP的客户/服务器通信连接(如附图2)，实现报告、请求、响应 和文件等服务；4、对数据信息采用匪S域特定范围进行访问，用匪S域对象命名规则分解数据 变量的对象引用(ObjectReference)，来唯一定位和访问站内装置和信息点实现通信功能 (如附图3)；由ObjectReference分解出MMS域对象名称、LN名称、功能约束FC、数据对象DO 和数据属性DA名称等，以域对象名称查询装置IED和LD名称映射表，获取域对象所属的装置IED和对应的LD对象，由于数据变量在装置IED内部是唯一的，因此可准确定位到所访 问的信息点。
图1是子站标准S⑶模型到虚拟站级IED的映射关系；图2是主子站通信网络结构；
图3是MMS数据变量的ObjectReference分解和映射图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。IEC61850变电站内IED名称和LD名称按照装置型号、功能、所属电压等级和通信 地址等命名规则命名，根据装置提供的61850模型，创建子站系统S⑶模型文件，保证每个 装置模型中的LD实例名不会重复，在变电站内唯一，如IED名称为CSC_103A_PL_220_80， 表示地址为80，设备型号是CSC_103A的220kV线路保护。LD实例名按照细分功能进行命 名，如保护功能的LD实例名为PR0T，录波功能的LD实例名为RCD等。通过变电站配置语言 (SCL)对站内实际应用的装置进行建模，形成变电站配置描述文件SCD。通信模块根据子站S⑶文件，解析各个智能电子设备IED模型，创建子站虚拟IED 作为通信所使用的应用层模型，如附图1所示的映射关系。子站虚拟IED的信息模型，在应 用层将子站视为一个站级IED，而站内实际智能电子设备IED拥有的LD被一一映射到子站 虚拟IED内的镜像LD，虚拟IED中的LD实例名与对应的智能电子设备IED中的LD名字空 间相同。如名称为IEDl智能电子设备中的实例名为LDl的逻辑设备被映射为子站虚拟IED 中实例名为IED1LD1的镜像逻辑设备，此镜像逻辑设备的名字空间作为后面通信过程中所 采用的MMS域名，由于建模时的命名规则保证此域名不会重复，因此每个LD下的命名变量 将在整个子站内唯一确定。根据此对应关系创建镜像LD实例名和智能电子设备IED名称、 LD实例名和对象的映射表，用于信息的查询。通过特定通信服务映射使用MMS对象，如附图2所示，子站虚拟IED模型中的镜像 LD映射到匪S域对象，LN映射到匪S命名变量，数据DATA (包含DO、DA)和控制块映射到 MMS命名变量，数据集DATASET映射到MMS命名变量表，文件对象映射到MMS文件对象。子 站虚拟IED作为服务器，提供统一的访问服务点，主站作为客户端，采用匪S面向连接TCP 的通信协议集建立通信连接，主子站按照IEC61850规定的抽象通信服务接口映射到MMS服 务，使用MMS域名访问MMS对象，提供各种控制块、数据集、数据和数据属性的访问功能，实 现报告、请求、响应和文件服务。对数据变量的访问和定位，通过解析匪S命名变量的对象引用 (ObjectReference)，确定数据变量的所在域对象名称、LN实例名、功能约束(FC)及数据 (DO)名称和数据属性(DA)名称，其数据实例名各部分关系和映射如附图3所示。如图所 示，分解出的域对象名称为子站虚拟IED中的新LD实例名称，以新LD实例名查询已创建的 装置IED和LD名称和对象映射表，获取所属装置IED和LD的名称和对象，再在此装置IED 下，根据数据(DO)和数据属性(DA)名称查找数据信息表，确定ObjectReference所标识的 数据点，实现到装置IED和LD的信息点定位功能。
按照上述方法 ，不用对子站服务器重新组织和建模，以较小的工程量和简单的方 式完成电网故障信息系统主子站间的通信功能。
权利要求
故障信息系统61850主子站间虚拟站级IED模式的通信实现方法，其特征在于，不改变变电站中设备的组织结构，不对站内设备重新建模，仅在通信应用层进行模型和对象的映射来完成信息的定位及访问，实现故障信息系统主子站间遵循IEC61850标准的MMS通信功能，所述方法包括以下步骤(1)智能电子设备IED、逻辑设备LD按照功能、型号、所属电压等级和通信地址命名规则命名，根据智能电子设备IED、逻辑设备LD的61850模型，创建子站系统的变电站配置描述文件、即SCD文件，保证SCD文件中所有智能电子设备IED名称和智能电子设备IED中包含的逻辑设备LD实例名(inst)组合成的LD名字空间不会重复；(2)通信模块解析和加载子站系统的SCD文件，创建和映射子站虚拟站级智能电子设备IED及镜像逻辑设备LD模型，作为通信所使用的应用层模型；(3)按照IEC61850标准将所述镜像逻辑设备LD模型映射到MMS域对象，创建MMS协议集，子站虚拟站级智能电子设备IED作为服务器，提供统一的服务访问点，主站作为客户端，在主子站间建立一个基于以太网TCP的客户/服务器模式通信连接，实现报告、请求、响应和文件服务；(4)采用MMS域特定范围进行访问，用MMS域对象命名规则分解数据变量的对象引用(ObjectReference)，来唯一定位和访问站内装置和信息点实现通信功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)包括屏蔽所述SCD文件中的站内智能电子设备IED，将整个子站作为一个子站站级虚拟智 能电子设备IED，站内智能电子设备IED内的逻辑设备LD被一一映射到子站站级虚拟智能 电子设备IED模型中的镜像逻辑设备LD，即镜像逻辑设备LD模型所包含的逻辑节点、数据 对象和数据属性与其所对应站内智能电子设备IED内的逻辑设备LD模型内容一致，逻辑设 备的实例名不同；创建站内智能电子设备IED名称、逻辑设备LD实例名和对象关系映射表， 为每个站内智能电子设备IED名称、逻辑设备LD实例名和对象及逻辑设备LD包含的数据 信息建立映射关系，子站站级虚拟智能电子设备IED的名称为空，其包含的镜像逻辑设备 LD实例名由对应的站内智能电子设备IED名称和逻辑设备LD实例名组合而成，即与站内智 能电子设备中的逻辑设备LD的名字空间相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)包括由所述对象引用分解出MMS域对象名称、逻辑设备LN名称、功能约束FC、数据DO和数 据属性DA名称，以所述域对象名称查询站内智能电子设备IED名称和逻辑设备LD实例名 映射表，获取域对象所属的站内智能电子设备IED和对应的逻辑设备LD对象，由于数据变 量在站内智能电子设备IED内部是唯一的，因此可准确定位到所访问的信息点。
全文摘要
本发明提出的故障信息系统61850主子站间虚拟站级IED模式的通信实现方法，在本发明方法中按照IEC61850标准，根据装置功能、型号、所属电压等级和地址来命名装置IED和LD，创建子站SCD模型，在应用层屏蔽装置IED，创建子站虚拟站级IED，映射装置IED下的LD到子站虚拟IED中的镜像LD，映射虚拟IED模型到MMS对象，主子站间建立一个基于以太网TCP的客户/服务器模式通信连接，采用MMS域名称空间和命名规则来解析和定位装置和数据信息，在此基础上实现IEC61850标准的报告、请求、响应和文件服务，完成主子站间的通信功能。本发明不用对子站服务器重新组织和建模，以较小的工程量和简单的方式完成电网故障信息系统主子站间的通信功能。
文档编号H04L29/06GK101944770SQ201010244710
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者吴秋晗, 姜健宁, 张志峥, 方天宇, 武芳瑛, 王治民, 翁磊, 裘愉涛, 赵娜, 闫振义 申请人:浙江省电力公司;北京四方继保自动化股份有限公司