专利名称：变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法
技术领域：
本发明属变电站自动化技术领域，尤其涉及变电站自动化系统数据流 的交互方法。
背景技术：
随着计算机技术和通信技术的发展，特别是以太网技术的发展，传统的 变电站自动化系统正逐步被集控制、测量、采集、保护、网络通信于一体的 网络化变电站自动化系统所代替。变电站内二次设备的直接上网有效地避免
了常规功能装置童复的输入/输出(I/O)现场接口，真正实现了设备之间的
数据共享和资源共享，提高了信息的实时性和可靠性。
网络是连接变电站内各种设备的纽带，它的可靠性与信息传输的快速性 决定了自动化系统的可用性，同时也决定了变电站网络通信结构和网络通 信协议的发展方向。
由于IEC 61850采用面向对象的建模技术，对变电站的设备性能提出 了较高的要求，因此它在推广过程中将受到自动化设备的CPU速度、操作系 统性能、制造成本、开发成本等多方面的制约，此外IEC 61850也没有双网 通信的方案，IEC 61850的应用将是一个漫长的过程。
目前存在的变电站自动化系统数据流交互方法多数采用点到点通讯，同 样的数据可能需要传送多次，效率较低。且没有可靠通讯机制，数据容易丢 失，造成变电站自动化系统可靠性降低。
发明内容
本方法提供了的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法,实现简单
快速，可以在低压、中压、高压、超高压和特髙压变电站中广泛使用，有效 降低变电站自动化投运成本。
本发明采用以下技术方案 变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法，其特征在于包括以下步骤
本方法采用UDP (UserDatagramProtocol)进行网络通讯，由于UDP是 非连接的数据包通讯方式，可以有效保证通讯的速度，但报文可能丢失； 本方法提供了一种双网及数据重发机制，用于确保数据的快速可靠性； 通讯报文根据传送数据的重要性分为需要申请重发报文(简称ARS)和不需 要申请重发报文(简称NARS);对某设备发出的需要申请重发报文，其它设 备如果没有收到，则需要向该设备申请重发，该设备进行响应；本方法中 的所有报文都必须编号，编号为2个字节，每发送一份报文编号加--，编 号分为NARS编号和ARS编号；NARS编号用于普通信息数据如全遥测等，当 使用该编号的数据丢失后，系统不做任何操作，因为它们会定时发送，可 以使丢失的数据及时更新；ARS编号用于重要信息报文如事件记录等，该类 报文只会发送一次，如果丢失会启动数据重发机制，申请报文重发；本方 法只考虑站控层设备向间隔层设备申请报文重发，不考虑间隔层设备向站 控层设备申请报文重发；
站控层设备只向间隔层设备申请最后丢失的16份ARS报文，为确保报 文丢失后站控层设备能够向间隔层设备申请到报文，间隔层设备必须缓存 16 - 200份最新的ARS报文，容量越大越可以保证发生大量事件时报文不 被覆盖掉；
由于平常重要信息报文很少，此时站控层设备会长时间的收不到重要 信息报文，无法监视ARS编号的变化，也就无法判断重要信息报文是否丢 失，所以本方法要求间隔层设备将当前ARS编号通过握手报文送给后台，
编号放在握手报文的最后2个字节，握手报文由间隔层设备每秒向站控层 设备发送一次，这样站控层设备可以在一秒内判断报文是否丢失，及时将 丢失的ARS重新申请上来；
在本方法中规定间隔层设备可以通过两种方式发送ARS编号需要申 请重发报文和握手报文；如发送需要申请重发报文时将当前ARS编号+1 然后填入报文中的数据编号位置，同时将报文中的重发标志第1位置l; 发送握手报文时将ARS编号填入握手报文最后两个字节；
站控层设备检测到ARS报文丢失后，向间隔层设备申请重发报文，并将 丢失的ARS编号通过申请重发报文送给间隔层设备，间隔层设备收到丢失 的ARS编号后，在自己的缓存区中査找相同编号的报文，如果找到则将报 文的重发标志第0位置1后发出，否则不做任何处理；
随着变电站自动化系统技术含量的降低，越来越多.的厂家开始从事变电 站自动化系统研发和生产，市场竞争加剧，生产成本越来越关键。本发明 提供了的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法，实现简单快速，可 以在低压及高压变电站中广泛使用，有效降低变电站自动化投运成本，增强 产品的市场竞争力。
图1为变电站自动化系统网络结构图； 图2为本发明的网络报文结构示意图； 图3为本发明的应用服务数据单元(ASDU)格式示意图； 图4为本发明的应用服务数据单元(ASDU)组装格式图。
具体实施例方式
下面根据说明书附图并结合实施例对本发明的技术方案进一步详细说
明。
如图1所示为变电站自动化系统网络结构图；本发明将变电站自动化系 统在网络结构上分为站程层和间隔层，站程层主要包括变电站监控后台和 总控装置，间隔层主要包括测控装置和保护装置。该结构没有传统的通信 控制层，因此减少了通信冗余，提髙了通信效率，更降低了通信故障的发 生率。
如图2所示为网络报文结构示意图； 68H: l个字节，同步字。
长度2字节，是源类型、源地址、目标类型、目标地址、报文类别、
重发标志、数据编号、数据区之和。 68H: l个字节，同步字。
源类型l个字节，发送通讯报文装置类型。 =0—变电站监控后台和总控装置 =1一测控装置和保护装置 源地址2个字节，发送通讯报文装置地址 目标类型l个字节，接收通讯报文装置类型。
=0--变电站监控后台和总控装置 =1一测控装置和保护装置 =2—所有站程层和间隔层设备 目标地址2个字节，接收通讯报文装置地址 报文类别l个字节，用于区分不同的通讯报文
重发标志2个字节。第0位为1表示本报文为重发的报文，第0位为0表
示本报文是正常通信报文。第i位为o表示报文不需要申请重
发，第1位为1表示报文需要申请重发。具体含义参见后述实 施方案。
数据编号2个字节。按照源地址、重发标志对发送报文分别进行计数
((T65535之间循环)。具体含义参见后述实施方案。 数据区进行组装的ASDU报文。本发明的ASDU报文格式引用继电保护
设备信息接口配套国际标准(IEC60870-5-103)中的ASDU报文格式。
如图3所示为ASDU格式示意图；具体含义参见IEC60870-5-103国际标准。
如图4所示为ASDU进行组装图；考虑到站控层设备与间隔层设备间 ASDU广播报文太多，网络容易发生碰撞、冲突，需将ASDU广播报文进行组 装。
1、任一节点(变电站监控后台、总控装置、测控装置、保护装置等) 每发送--个UDP (UserDatagramProtocol)广播报文或UDP/IP点对点报 文，数据编号根据报文是否重发分别对数据编号值进行计数加一。任一 节点收到一个UDP广播报文或UDP/IP点对点报文后，应分别记录所有 其它节点的数据编号值，而每个节点根据报文是否重发应分别记录。任 一节点收到一个新报文后按如下原则处理(假设前一次报文数据编号 为M，当前报文数据编号为N):
a 、 当 N=M 、 N= ( M-l+65534 ) %65534 、 ( M-2+65534 )
%65534 (M-16+65534) %65534时，当前报文舍弃。
b、当^ (M+l) %65534时，数据编号值更新，当前报文正常处理。
c、 当N= (M+2) %65534、 (M+3) %65534 (M+17) %65534时，当 前报文正常处理，数据编号值重新记录；如果收到的是需要申请重 发的报文，则还需申请重发丢掉的报文(本方法只考虑从单网申请 和单网重发)，申请重发丢掉报文的数据编号范围从(M+2) %65534 到N。
d、 当收到其它报文时，数据编号值重新记录，当前报文正常处理。
e、 当收到重发的报文时，不进行数据编号的判断；
2、 双网运行时，需向双网同时发送报文，其中报文的数据编号值一样。
3、 每一个节点需定时发送握手报文。
4、 主备节点发送数据规则主节点负责发送数据，并通过握手报文 将主备节点的状态送到后台；备节点仅发送握手报文，以便后台监视备用 通信管理单元双网卡状态。
5、 可靠通讯机制
本方法采用UDP进行网络通讯，由于UDP是非连接的数据包通讯方式， 报文可能丢失。本方法提供了数据重发机制，用于确保数据的完整。
通讯报文根据传送数据的重要性分为需要申请重发报文(简称ARS)和 不需要申请重发报文(简称NARS)。对某节点发出的需要申请重发报文，其 它节点如果没有收到，则需要向该节点申请重发，该节点进行响应。 本方法中的所有报文都必须编号，编号为2个字节，每发送一份报文编号 加一，编号分为NARS编号和ARS编号；NARS编号用于普通信息数据如全遥 测等，当使用该编号的数据丢失后，系统不做任何操作，因为它们会定时 发送，可以使丢失的数据及时更新。ARS编号用于重要信息报文如S0E等， 该类报文只会发送- -次，如果丢失会启动数据重发机制，申请报文重发。 木方法只考虑站控层设备向间隔层设备申请报文重发，不考虑间隔层设备
向站控层设备申请报文重发。
站控层设备只向间隔层设备申请最后丢失的16份ARS报文，为确保报 文丢失后站控层设备能够向间隔层设备申请到报文，间隔层设备必须缓存 16 - 200份最新的ARS报文，容量越大越可以保证发生大量事件时报文不 被覆盖掉。
由于平常重要信息报文m少，此时站控层设备会长时间的收不到重要信
息报文，无法监视ARS编号的变化，也就无法判断重要信息报文是否丢失， 所以本方法要求间隔层设备将当前ARS编号通过握手报文送给后台，编号 放在握手报文的最后2个字节，握手报文由间隔层设备每秒向站控层设备 发送一次，这样站控层设备可以在一秒内判断报文是否丢失，及时将丢失 的ARS重新申请上来。
在本方法中规定间隔层设备可以通过两种方式发送ARS编号需要申 请重发报文和握手报文。如发送需要申请重发报文时将当前ARS编号+1 然后填入报文中的数据编号位置，同时将报文中的重发标志第1位置l(具 体报文格式请査看网络报文结构)。发送握手报文时将ARS编号填入握手报 文最后两个字节(具体报文格式请査看握手报文部分)。
站控层设备检测到ARS报文丢失后，向间隔层设备申请重发报文，并将 丢失的ARS编号通过申请重发报文送给间隔层设备，间隔层设备收到丢失 的ARS编号后，在自己的缓存区中査找相同编号的报文，如果找到则将报 文的第0位置1后发出，否则不做任何处理。
如图2所示为通讯报文结构，网络报文采用TCP/IP、 UDP广播(UDP)和 UDP点对点(UDP/IP)三种通信方式。
采用UDP或UDP/IP通信方式时，网络广播端口号为9000。网络报文最 大长度为1024个字节，报文数据区最大长度为992个字节(建议网络报文 最大长度为512个字节，报文数据区最大长度为480个字节)。
权利要求
1、变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法，在变电站自动化系统之间采用用户数据包通讯方式UDP进行网络通讯，为了防止通讯过程中报文丢失，采用双网及数据重复机制，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将通讯报文根据传送数据的重要性分为需要申请重发报文ARS和不需要申请重发报文NARS；(2)将所有报文编号，编号为2个字节，每发送一份报文编号加1，编号根据是否需要申请重发分为NARS编号和ARS编号；(3)NARS编号用于普通信息数据，当使用该编号的数据丢失后，系统不做任何操作，使用该编号的信息数据通过定时发送，以使丢失的数据及时更新；(4)ARS编号用于重要信息报文，该类报文只会发送一次，如果丢失则启动数据重发机制，申请报文重发；(5)对某设备发出的需要申请重发报文ARS，接收设备如果没有收到，需要向发出设备申请重发，所述发出设备进行响应。
2、 根据权利要求1所述的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法， 其特征为该方法只允许站控层设备向间隔层设备申请报文重发，不允许 间隔层设备向站控层设备申请报文重发；所述站控层设备包括变电站监控 后台和总控装置，所述间隔层设备为变电站的测控装置和保护装置。
3、 根据权利要求2所述的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法， 其特征为:站控层设备只向间隔层设备申请重发最后丢失的16份ARS报文， 为确保报文丢失后站控层设备能够向间隔层设备申请到报文，间隔层设备 必须缓存16 - 200份最新的ARS报文。
4、 根据权利要求3所述的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法， 其特征为所述间隔层设备将当前ARS编号通过握手报文送给变电站监控 后台，编号放在握手报文的最后2个字节，握手报文由间隔层设备每秒向 站控层设备发送一次，这样站控层设备能够在1秒内判断报文是否丢失， 及时将丢失的ARS重新申请上来。
5、 根据权利要求4所述的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法， 其特征为间隔层设备可以通过两种方式发送ARS编号 一是需要申请重 发报文和握手报文；二是发送握手报文时将ARS编号填入握手报文最后两 个字节。
6、 根据权利要求2-5中任一项所述的变电站自动化系统数据流快速可靠 交互方法，其特征为站控层设备检测到ARS报文丢失后，向间隔层设备 申请重发报文，并将丢失的ARS编号通过申请重发报文送给间隔层设备， 间隔层设备收到丢失的ARS编号后，在自己的缓存区中查找相同编号的报 文，如果找到则将报文的重发标志第0位置1后发出，否则不做任何处理。
7、 根据权利要求6所述的变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法， 其特征为双网运行时，需向双网同时发送报文，其中报文的数据编号值 —样。
全文摘要
本发明是一种变电站自动化系统数据流快速可靠交互方法，属变电站自动化技术领域。随着计算机技术和通信技术的发展，特别是以太网技术的发展，传统的变电站自动化系统正逐步被集控制、测量、采集、保护、网络通信于一体的网络化变电站自动化系统所代替。而IEC制定的最新变电站通信协议采用面向对象的建模技术，对变电站的设备性能提出了较高的要求，因此它在推广过程中将受到自动化设备的CPU速度、操作系统性能、制造成本、开发成本等多方面的制约。本发明可简单快速可靠的实现变电站自动化系统数据交互，能够在低压、中压、高压、超高压和特高压变电站中广泛使用，有效降低变电站自动化投运成本。
文档编号G08C19/00GK101388570SQ20081012356
公开日2009年3月18日 申请日期2008年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者杰 丁, 攀 代, 夏士兵, 王海峰, 许祖峰, 陆建峰 申请人:国电南瑞科技股份有限公司