數字化變電站客戶端軟件的研發

哈爾濱電氣集團阿城繼電器有限責任公司 白彥鋒

一、概述

數字化變電站是由智能化一次設備和網絡化二次設備分層構建，建立在IEC61850通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。數字化變電站就是使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息全部轉換為數字信息，并建立與之相適應的通信網絡和系統。IEC61850標準體系作為變電站自動化系統電力信息傳輸的標準，它規范了變電站自動化系統與電力二次智能設備及智能一次設備之間，以及IED設備之間交換的電力信息的模型和通訊應用程序接口。在統一標準下，不同廠家的設備可以方便的實現數據共享和互操作。

客戶端在站控層中設備中實現IEC61850-8-1規定的具體通訊服務映射SCSM，完成IEC-61850客戶端和服務器端的服務交互過程，不僅可以用于后臺系統的數據傳輸，還可以用于工程師站、遠動站、繼保站的數據傳輸和實現。

二、開發思路

基于SISCO公司軟件產品包MMS-LITE之上實現，充分復用MMS EaseLite中的數據結構和函數功能模塊，對象空間結構采用MMS對象空間結構，軟件的跨平臺和模塊化實現，有利于功能的裁減和擴展。根據軟件設置既可以實現客戶端功能，又可以實現服務器端功能，還可以同時實現客戶端功能和服務器端功能。IEC61850客戶端軟件總體實現框圖如圖1。

三、軟件實現

(一)客戶端應用程序總流程設計(如圖2)

(二)模塊設計

1.程序環境管理模塊

提供程序環境初始化和終止化處理接口及接收網絡數據接口。包含以下函數：

(1)環境初始化函數

完成程序運行所必須的初始化步驟：多線程環境的初始化、時鐘初始化，全局變量初始化、內存管理初始化、調試log初始化以及網絡初始化

(2)環境終止化函數

完成運行環境終止化，釋放初始化及程序運行過程中占用的資源

圖1 IEC61850客戶端軟件總體實現框圖

圖2 客戶端應用程序總流程設計

(3)接收服務函數

完成接收服務返回結果，調用相應服務的回調函數；接收并處理服務器上送的報告；也可接收處理其他客戶端的請求。

2.客戶端站點管理模塊

提供站點初始化、站點狀態處理及其他操作接口。站點狀態的處理包括IED相關信息，對象空間的創建狀態，站點數據的刷新狀態以及數據刷新次數等數據。包括的處理函數如下：

(1)站點初始化函數，初始化所有站點管理數據結構，并通過文件進行類型ID、對象空間、對象ID的創建。

(2)站點終止化函數，終止化站點管理，釋放所有站點管理數據結構。

(3)客戶端狀態處理接口，客戶端狀態處理函數接口，檢查連接狀態、對象空間創建狀態、數據刷新狀態并進行請求隊列的處理。

(4)站點結構各屬性值讀寫接口，站點結構各屬性值的讀寫接口，通過這些接口訪問各屬性值，在接口內加同步處理，防止多線程的情況下讀寫出錯。

3.SCD文件解析模塊

根據SCD文件的內容，模塊的數據結構中包括IED設備個數，數據模板節點，節點鏈表等。模塊中的基本處理函數包括解析函數(解析其中的Communication、IED、DataTypeTemplates三部分)和釋放結構空間的函數。

4.對象管理模塊

完成對對象空間的各種操作，包括增加和查找邏輯設備，增加邏輯節點，創建、查找和刪除數據集，以及釋放對象空間等功能。

5.讀服務處理模塊

讀服務信息結構應包括命名變量ID數組、命名變量個數(如果是數據集，那么該變量則是數據集的數據成員個數)、用戶回調函數指針。

6.寫服務處理模塊

寫服務信息結構包括命名變量的值信息結構指針、命名變量總數、用戶回調函數指針。包括以下的處理函數：

(1)寫服務函數，寫服務請求構造、并加入待發送請求隊列。

(2)釋放信息結構函數，釋放結構成員所占資源。

7.本地目錄接口模塊

提供本地對象空間目錄查詢接口，通過這些接口，應用層可很方便的得到整個對象空間的結構信息。

8.報告服務模塊

處理報告控制塊實例的使能和讀寫以及服務器端上送報告的處理。包括的函數接口如下：

使能報告函數；

報告回調函數；

9.文件服務模塊

用來處理IEC61850服務器端和客戶端之間文件傳輸，包括以下的函數接口：

(1)讀文件函數，從服務器讀取一個文件存到本地。

(2)寫文件函數，將本地的一個文件寫到服務器中。

(3)刪除文件函數，刪除文件請求。

10.控制服務模塊

在IEC61850標準里，控制分為常規安全直接控制，增強安全直接控制，常規安全選擇控制，增強安全選擇控制，客戶端可以控制和外部設備、控制輸出或其它內部功能有關的DATA。控制模型提供服務對帶功能約束FC(=CO或SP)的DataAttribute的DATA進行操作這些數據包括：可控的單點(SPC)，可控的雙點(DPC)，可控的整數狀態(ISC)，二進被控步位置信息(BSC)，整數被控步位置信息(IST)，模擬設點(APC)。客戶端軟件實現了如下服務：Select(Sel選擇)/SelectWithValue(SelVal帶值選擇)；Cancel(取消)；Operate(Oper操作)/TimeActivatedOperate(TimOper時間激活操作)；CommandTermination(CmdTerm命令終止)。

11.定值服務模塊

客戶端定值首先定義基本的acsi服務，然后封裝出兩個應用擴展接口。基本acsi接口有：選擇激活定值區、選擇編輯定值區、讀定值、寫定值、確認編輯定值、讀定值控制塊。

讀寫定值即是普通的讀寫服務，不用再實現，為應用方便，我們提供兩個擴展的讀寫定值的接口：

讀定值組，支持讀某個定值區的所有定值，可以是當前激活區也可以是非激活區，且支持一次性讀完某個邏輯設備下所有定值。可通過配置選擇一次下發讀一個定值的請求或一次下發整個邏輯設備下所有定值的請求。

寫定值組，支持一次寫多個定值，可寫當前區（這個需要服務器端支持，根據61850定值組狀態機，當前激活區的定值是不能寫的）。實現時也是通過配置分兩種情況：一次寫一個定值，循環寫直到寫完，或一次就下發多個定值的寫服務。

12.日志服務模塊

用來實現多種日志信息的輸出，包括以下的函數接口：

(1)日志輸出函數，用戶自定義日志輸出接口，產生日志時會調用此接口輸出日。

(2)按條目讀日志函數，發送一個按條目讀日志服務請求。

(3)按時間讀日志函數，發送一個按時間讀日志服務請求。

(4)按時間讀日志請求構造函數，按時間讀日志服務請求構造、并加入待發送請求隊列。

(5)按條目讀日志請求構造函數，按條目讀日志服務請求構造、并加入待發送請求隊列。

四、結束語

數字化變電站的數字化、網絡化、標準化特征，完成了信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能的同時，也為自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動打下了良好的技術基礎。數字化變電站已經是變電站建設的大勢所趨。工程實踐表明，該系統在后臺，遠動工作站及采集RTU等設備上運行良好，完全實現了設計目標。