應用單網卡多地址技術實現IEC104多通道校核研究

李文偉 梁波 賴桂林 陳坤

摘要：隨著電力智能化的發展，越來越多的智能變電站在建設過程中，就開始嘗試使用自動化驗收系統輔助變電站驗收。為了使自動化驗收系統適應多主站驗收功能，需要增加IEC104多通道校核功能，文章針對這一部分，結合單網卡多地址技術，提出合理的解決方法，為現場施工人員驗收變電站提供更多的支持和協助。

Abstract： With the development of power intelligent， more and more intelligent substations begin to use automatic acceptance system to assist substation acceptance. In order to adapt the automatic acceptance system to the multi master station acceptance function， IEC104 multi-channel verification function needs to be added. In this part， combined with single network card and multi-address technology， the paper puts forward reasonable solutions to provide more support and assistance for the field construction personnel to accept the substation.

關鍵詞：IEC104變電站;自動化驗收;多地址

Key words： IEC104 substation;automatic acceptance;multi-address

中圖分類號：TM411+.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0167-03

0? 引言

隨著電力系統智能化的發展，多種新型的電力技術和功能也應運而生。對于新建變電站和改造變電站的施工現場來說，變電站自動化驗收系統就是新型電力技術的體現。變電站自動化驗收系統是基于IEC61850標準，結合多種技術，通過分析現場IEC104通道的通訊報文，實現對遙測、遙信的變化值進行精確的聯調。在變電站現場驗收的過程當中，輔助現場人員，提高工作效率，減輕工作負擔，使得驗收工作更加可靠、準確[1]。

其中，單網卡多地址技術，就是應用在自動化驗收系統當中的一項重要的技術。單網卡多地址技術可以將一塊網卡同時配置多個IP地址，這樣自動化驗收系統可以實現在一臺設備上實現驗收多個主站的功能——即IEC104多通道校核功能，使變電站驗收工作更加快捷、高效。

1? 現狀

目前在變電站自動化驗收項目中，現場人員操作人員可以在變電站尚未與外界建立通信時，利用自動化驗收設備在變電站內進行對主站或子站的模擬，實現預先在站內驗收校正錯誤的目的，節省了大量的人工以及時間的花費[2]。然而，許多變電站自動化驗收系統仍然處于比較基礎的階段，功能并不完備，往往一臺變電站自動化驗收設備一次只能對一個IEC104通道進行校核，進而輔助驗收一個主站。在這種情況下，想提高現場效率，實現多主站驗收的目的，就需要在現場攜帶多個自動化驗收設備。但是，結合變電站內實際情況，無論從經濟環保方面，還是現場操作方面來看，顯然都是不現實的。

因此，一臺設備如果可以同時實現對多個IEC104通道進行校核，那么就可以同時驗收多個主站，實現多主站驗收功能。于是需要一個網卡同時綁定多個IP，如圖1所示。

2? 功能實現

想要實現一臺設備同時驗收多個主站，就需要實現一臺設備同時對多個IEC104通道進行校核，而同一時刻一個IP地址只能對應一個通道。因此，單網卡多地址技術成為了功能實現的關鍵。

2.1 IEC104通道

IEC104規約是一個廣泛應用于電力行業的國際標準。IEC104規約把IEC101的應用服務數據單元（ASDU）用網絡規約TCP/IP進行傳輸的標準，該標準為遠動信息的網絡傳輸提供了通信規約依據。采用104規約組合101規約的ASDU的方式后，可很好的保證規約的標準化和通信的可靠性[3]。

變電站自動化驗收系統中的IEC104通道則是基于IEC104規約建立的通信通道，使得主站可以跟模擬子站進行數據的交互傳輸。

2.2 單網卡多地址技術的邏輯應用

應用單網卡多地址技術實現IEC104多通道校核功能的過程，如圖2所示。

單網卡多地址技術，應用在IEC104多通道校核功能時的邏輯說明如下：

①開始等待創建模擬子站的啟動信號;

②接收到信號，進行判斷，是否開始創建模擬子站;

③不是開始創建信號，則繼續等待，持續判斷;

④是開始創建信號，將接收到的預設IP等相關參數，進行數據庫存儲等配置;

⑤根據第四步獲得的參數，為網卡創建新的IP地址，建立IEC104通道;

⑥判斷新的通道是否創建成功;

⑦創建成功，返回初始位置，繼續檢測是否有新的創建信號;

⑧創建失敗，返回一個錯誤信息;

⑨返回初始位置，繼續檢測是否有新的創建信號。

通過以上步驟，變電站自動化驗收系統可以快速的建立IEC104多通道，如果建立失敗返回錯誤信息，即可快速根據上報的錯誤信息判斷產生錯誤的原因。

2.3 單網卡多地址技術的代碼功能實現

單網卡多地址技術的代碼功能實現，主要依托兩部分：多線程編程和socket編程。

2.3.1 多線程編程

只要建立一個新的IEC104通道，就需要建立一個新的線程，這樣才能保證多并發不沖突的狀態，以便于實現收發104報文和數據分析等功能。

在使用c++語言進行編程時，調用thread類，即可實現多線程編程。

2.3.2 socket編程

根據研究socket代碼的特性可知：不同的socket可以將相同的端口綁定到不同的IP地址上;同一個socket只可以將1個端口綁定到1個地址上;即使不同的socket也不能重復綁定相同的地址和端口;不同的Socket可以將不同的端口綁定到相同的IP地址上。

因此，為了實現單網卡多地址技術，則需要每次創建一個新的socket綁定所需的IP，這樣就可以實現IEC104多通道校核。

2.3.3 功能函數調用邏輯圖

實現單網卡多地址技術調用代碼函數的邏輯，如圖3所示。

實現單網卡多地址技術，調用代碼函數的邏輯流程說明如下：

①AddThread函數，創建一個線程;

②AddSocket函數，為網卡創建一個所需的新IP地址;

③AnalysisData函數，分析處理獲得的IEC104報文;

④CloseSocket函數，關閉socket;

⑤CloseThread函數，關閉線程。

3? 實際應用效果展示

應用單網卡多地址技術實現IEC104多通道校核的實際效果，如圖4所示。圖中存在7個IP地址，且一個IP地址對應一個IEC104通道，但是硬件地址相同，則表示IP地址綁定在同一塊網卡上面。此時的狀態，即為單網卡多地址狀態。

4? 意義

因為智能變電站信息自動化驗收的重要性，國內已經對自動化驗收的相關系統進行過研究。然而，由于實際中自動化驗收系統產生的時間還比較短，基礎功能雖然大多已經完備，但是運用到實際的操作中還有很多的不足之處，待開發的方向也還有很多：單主站驗收，只能對每個主站逐一進行驗收;對數據響應不夠迅速，無法對上送的數據的信號做到快速智能分析。

單網卡多地址實現IEC多通道檢驗功能從這些現實情況出發，對這些問題進行深入研究，并給出了很好的解決方案：

4.1 多通道校驗

通過socket綁定不同的IP地址，建立多個IEC104通道，能夠自動實現與多個主站進行連接，獲得所需的數據，能夠適應現場工作人員的使用習慣，提供更方便快捷的反饋，進一步提高變電站自動化驗收系統的適應力和操作友好度。

4.2 多線程響應

單網卡多地址技術針對每個IP創建不同的線程對報文進行快速響應和解析，結合現場人員的操作，實時對接收到的報文進行整理，高效快速的響應錯誤。在處理錯誤消息的過程中，直接反饋給現場的操作人員，為現場工作人員分析、處理變電站驗收時產生的問題提供了及時、有效的信息。

5? 結論

單網卡多地址技術可以將一塊網卡同時配置多個IP地址，實現了在一臺變電站自動化驗收設備上驗收多個主站的功能，使驗收工作更加快捷、高效。在變電站現場驗收的過程當中，該功能的研發有助于提升變電站現場操作人員驗收電網變電站設備運行情況的速度及準確率，并且緊緊跟隨電力智能化的進步步伐，提高了電網的智能化、自動化水平。基于此功能的變電站自動化驗收系統建設減輕了驗收人員的工作壓力和勞動強度，提高電網的安全運行水平。

參考文獻：

[1]賴同慶.變電站自動化驗收聯調系統[J].農村電氣化，2008（11）：34-35.

[2]王濤，彭云華，吳小亞.IEC 61850標準在變電站綜合自動化系統設計中的應用[J].廣東石油化工學院學報，2012，22（4）：49-52.

[3]平器興，姚罕琦，蔡其星，等.基于IEC60870-5-104規約的實時數據斷線續傳實現與應用[J].儀器儀表標準化與計量，2017（4）：33-36.