數(shù)字化變電站客戶端軟件的研發(fā)

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(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)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(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。IEC61850標準體系作為變電站自動化系統(tǒng)電力信息傳輸?shù)臉藴?，它?guī)范了變電站自動化系統(tǒng)與電力二次智能設(shè)備及智能一次設(shè)備之間，以及IED設(shè)備之間交換的電力信息的模型和通訊應(yīng)用程序接口。在統(tǒng)一標準下，不同廠家的設(shè)備可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互操作。

客戶端在站控層中設(shè)備中實現(xiàn)IEC61850-8-1規(guī)定的具體通訊服務(wù)映射SCSM，完成IEC-61850客戶端和服務(wù)器端的服務(wù)交互過程，不僅可以用于后臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，還可以用于工程師站、遠動站、繼保站的數(shù)據(jù)傳輸和實現(xiàn)。

二、開發(fā)思路

基于SISCO公司軟件產(chǎn)品包MMS-LITE之上實現(xiàn)，充分復用MMS EaseLite中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)功能模塊，對象空間結(jié)構(gòu)采用MMS對象空間結(jié)構(gòu)，軟件的跨平臺和模塊化實現(xiàn)，有利于功能的裁減和擴展。根據(jù)軟件設(shè)置既可以實現(xiàn)客戶端功能，又可以實現(xiàn)服務(wù)器端功能，還可以同時實現(xiàn)客戶端功能和服務(wù)器端功能。IEC61850客戶端軟件總體實現(xiàn)框圖如圖1。

三、軟件實現(xiàn)

(一)客戶端應(yīng)用程序總流程設(shè)計(如圖2)

(二)模塊設(shè)計

1.程序環(huán)境管理模塊

提供程序環(huán)境初始化和終止化處理接口及接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口。包含以下函數(shù)：

(1)環(huán)境初始化函數(shù)

完成程序運行所必須的初始化步驟：多線程環(huán)境的初始化、時鐘初始化，全局變量初始化、內(nèi)存管理初始化、調(diào)試log初始化以及網(wǎng)絡(luò)初始化

(2)環(huán)境終止化函數(shù)

完成運行環(huán)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(xiàn)框圖

圖2 客戶端應(yīng)用程序總流程設(shè)計

(3)接收服務(wù)函數(shù)

完成接收服務(wù)返回結(jié)果，調(diào)用相應(yīng)服務(wù)的回調(diào)函數(shù)；接收并處理服務(wù)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(tài)處理及其他操作接口。站點狀態(tài)的處理包括IED相關(guān)信息，對象空間的創(chuàng)建狀態(tài)，站點數(shù)據(jù)的刷新狀態(tài)以及數(shù)據(jù)刷新次數(shù)等數(shù)據(jù)。包括的處理函數(shù)如下：

(1)站點初始化函數(shù)，初始化所有站點管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過文件進行類型ID、對象空間、對象ID的創(chuàng)建。

(2)站點終止化函數(shù)，終止化站點管理，釋放所有站點管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

(3)客戶端狀態(tài)處理接口，客戶端狀態(tài)處理函數(shù)接口，檢查連接狀態(tài)、對象空間創(chuàng)建狀態(tài)、數(shù)據(jù)刷新狀態(tài)并進行請求隊列的處理。

(4)站點結(jié)構(gòu)各屬性值讀寫接口，站點結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jù)SCD文件的內(nèi)容，模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括IED設(shè)備個數(shù)，數(shù)據(jù)模板節(jié)點，節(jié)點鏈表等。模塊中的基本處理函數(shù)包括解析函數(shù)(解析其中的Communication、IED、DataTypeTemplates三部分)和釋放結(jié)構(gòu)空間的函數(shù)。

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(shè)備，增加邏輯節(jié)點，創(chuàng)建、查找和刪除數(shù)據(jù)集，以及釋放對象空間等功能。

5.讀服務(wù)處理模塊

讀服務(wù)信息結(jié)構(gòu)應(yīng)包括命名變量ID數(shù)組、命名變量個數(shù)(如果是數(shù)據(jù)集，那么該變量則是數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)成員個數(shù))、用戶回調(diào)函數(shù)指針。

6.寫服務(wù)處理模塊

寫服務(wù)信息結(jié)構(gòu)包括命名變量的值信息結(jié)構(gòu)指針、命名變量總數(shù)、用戶回調(diào)函數(shù)指針。包括以下的處理函數(shù)：

(1)寫服務(wù)函數(shù)，寫服務(wù)請求構(gòu)造、并加入待發(fā)送請求隊列。

(2)釋放信息結(jié)構(gòu)函數(shù)，釋放結(jié)構(gòu)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(yīng)用層可很方便的得到整個對象空間的結(jié)構(gòu)信息。

8.報告服務(wù)模塊

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

使能報告函數(shù)；

報告回調(diào)函數(shù)；

9.文件服務(wù)模塊

用來處理IEC61850服務(wù)器端和客戶端之間文件傳輸，包括以下的函數(shù)接口：

(1)讀文件函數(shù)，從服務(wù)器讀取一個文件存到本地。

(2)寫文件函數(shù)，將本地的一個文件寫到服務(wù)器中。

(3)刪除文件函數(shù)，刪除文件請求。

10.控制服務(wù)模塊

在IEC61850標準里，控制分為常規(guī)安全直接控制，增強安全直接控制，常規(guī)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(shè)備、控制輸出或其它內(nèi)部功能有關(guān)的DATA?？刂颇Ｐ吞峁┓?wù)對帶功能約束FC(=CO或SP)的DataAttribute的DATA進行操作這些數(shù)據(jù)包括：可控的單點(SPC)，可控的雙點(DPC)，可控的整數(shù)狀態(tài)(ISC)，二進被控步位置信息(BSC)，整數(shù)被控步位置信息(IST)，模擬設(shè)點(APC)?？蛻舳塑浖崿F(xiàn)了如下服務(wù)：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(wù)模塊

客戶端定值首先定義基本的acsi服務(wù)，然后封裝出兩個應(yīng)用擴展接口?；綼csi接口有：選擇激活定值區(qū)、選擇編輯定值區(qū)、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(wù)，不用再實現(xiàn)，為應(yīng)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(qū)的所有定值，可以是當前激活區(qū)也可以是非激活區(qū)，且支持一次性讀完某個邏輯設(shè)備下所有定值?？赏ㄟ^配置選擇一次下發(fā)讀一個定值的請求或一次下發(fā)整個邏輯設(shè)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(qū)（這個需要服務(wù)器端支持，根據(jù)61850定值組狀態(tài)機，當前激活區(qū)的定值是不能寫的）。實現(xiàn)時也是通過配置分兩種情況：一次寫一個定值，循環(huán)寫直到寫完，或一次就下發(fā)多個定值的寫服務(wù)。

12.日志服務(wù)模塊

用來實現(xiàn)多種日志信息的輸出，包括以下的函數(shù)接口：

(1)日志輸出函數(shù)，用戶自定義日志輸出接口，產(chǎn)生日志時會調(diào)用此接口輸出日。

(2)按條目讀日志函數(shù)，發(fā)送一個按條目讀日志服務(wù)請求。

(3)按時間讀日志函數(shù)，發(fā)送一個按時間讀日志服務(wù)請求。

(4)按時間讀日志請求構(gòu)造函數(shù)，按時間讀日志服務(wù)請求構(gòu)造、并加入待發(fā)送請求隊列。

(5)按條目讀日志請求構(gòu)造函數(shù)，按條目讀日志服務(wù)請求構(gòu)造、并加入待發(fā)送請求隊列。

四、結(jié)束語

數(shù)字化變電站的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、標準化特征，完成了信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能的同時，也為自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)字化變電站已經(jīng)是變電站建設(shè)的大勢所趨。工程實踐表明，該系統(tǒng)在后臺，遠動工作站及采集RTU等設(shè)備上運行良好，完全實現(xiàn)了設(shè)計目標。