數(shù)字化變電站客戶端軟件的研發(fā)

哈爾濱電氣集團(tuán)阿城繼電器有限責(zé)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(guò)程由過(guò)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(biāo)準(zhǔn)體系作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)電力信息傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了變電站自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)下，不同廠家的設(shè)備可以方便的實(shí)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(shí)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(guò)程，不僅可以用于后臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，還可以用于工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)站、繼保站的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)現(xiàn)。

二、開(kāi)發(fā)思路

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

三、軟件實(shí)現(xiàn)

(一)客戶端應(yīng)用程序總流程設(shè)計(jì)(如圖2)

(二)模塊設(shè)計(jì)

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(yùn)行所必須的初始化步驟：多線程環(huán)境的初始化、時(shí)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(yùn)行環(huán)境終止化，釋放初始化及程序運(yùn)行過(guò)程中占用的資源

圖1 IEC61850客戶端軟件總體實(shí)現(xiàn)框圖

圖2 客戶端應(yīng)用程序總流程設(shè)計(jì)

(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(bào)告；也可接收處理其他客戶端的請(qǐng)求。

2.客戶端站點(diǎn)管理模塊

提供站點(diǎn)初始化、站點(diǎn)狀態(tài)處理及其他操作接口。站點(diǎn)狀態(tài)的處理包括IED相關(guān)信息，對(duì)象空間的創(chuàng)建狀態(tài)，站點(diǎn)數(shù)據(jù)的刷新?tīng)顟B(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(diǎn)初始化函數(shù)，初始化所有站點(diǎn)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)文件進(jìn)行類型ID、對(duì)象空間、對(duì)象ID的創(chuàng)建。

(2)站點(diǎn)終止化函數(shù)，終止化站點(diǎn)管理，釋放所有站點(diǎn)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(duì)象空間創(chuàng)建狀態(tài)、數(shù)據(jù)刷新?tīng)顟B(tài)并進(jìn)行請(qǐng)求隊(duì)列的處理。

(4)站點(diǎn)結(jié)構(gòu)各屬性值讀寫(xiě)接口，站點(diǎn)結(jié)構(gòu)各屬性值的讀寫(xiě)接口，通過(guò)這些接口訪問(wèn)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(xiě)出錯(cuò)。

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(gè)數(shù)，數(shù)據(jù)模板節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)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(duì)象管理模塊

完成對(duì)對(duì)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(diǎn)，創(chuàng)建、查找和刪除數(shù)據(jù)集，以及釋放對(duì)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(gè)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(gè)數(shù))、用戶回調(diào)函數(shù)指針。

6.寫(xiě)服務(wù)處理模塊

寫(xiě)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(xiě)服務(wù)函數(shù)，寫(xiě)服務(wù)請(qǐng)求構(gòu)造、并加入待發(fā)送請(qǐng)求隊(duì)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(duì)象空間目錄查詢接口，通過(guò)這些接口，應(yīng)用層可很方便的得到整個(gè)對(duì)象空間的結(jié)構(gòu)信息。

8.報(bào)告服務(wù)模塊

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

使能報(bào)告函數(shù)；

報(bào)告回調(diào)函數(shù)；

9.文件服務(wù)模塊

用來(lái)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(gè)文件存到本地。

(2)寫(xiě)文件函數(shù)，將本地的一個(gè)文件寫(xiě)到服務(wù)器中。

(3)刪除文件函數(shù)，刪除文件請(qǐng)求。

10.控制服務(wù)模塊

在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)里，控制分為常規(guī)安全直接控制，增強(qiáng)安全直接控制，常規(guī)安全選擇控制，增強(qiáng)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(duì)帶功能約束FC(=CO或SP)的DataAttribute的DATA進(jìn)行操作這些數(shù)據(jù)包括：可控的單點(diǎn)(SPC)，可控的雙點(diǎn)(DPC)，可控的整數(shù)狀態(tài)(ISC)，二進(jìn)被控步位置信息(BSC)，整數(shù)被控步位置信息(IST)，模擬設(shè)點(diǎn)(APC)。客戶端軟件實(shí)現(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(shí)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(gè)應(yīng)用擴(kuò)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(xiě)定值、確認(rèn)編輯定值、讀定值控制塊。

讀寫(xiě)定值即是普通的讀寫(xiě)服務(wù)，不用再實(shí)現(xiàn)，為應(yīng)用方便，我們提供兩個(gè)擴(kuò)展的讀寫(xiě)定值的接口：

讀定值組，支持讀某個(gè)定值區(qū)的所有定值，可以是當(dāng)前激活區(qū)也可以是非激活區(qū)，且支持一次性讀完某個(gè)邏輯設(shè)備下所有定值?？赏ㄟ^(guò)配置選擇一次下發(fā)讀一個(gè)定值的請(qǐng)求或一次下發(fā)整個(gè)邏輯設(shè)備下所有定值的請(qǐng)求。

寫(xiě)定值組，支持一次寫(xiě)多個(gè)定值，可寫(xiě)當(dāng)前區(qū)（這個(gè)需要服務(wù)器端支持，根據(jù)61850定值組狀態(tài)機(jī)，當(dāng)前激活區(qū)的定值是不能寫(xiě)的）。實(shí)現(xiàn)時(shí)也是通過(guò)配置分兩種情況：一次寫(xiě)一個(gè)定值，循環(huán)寫(xiě)直到寫(xiě)完，或一次就下發(fā)多個(gè)定值的寫(xiě)服務(wù)。

12.日志服務(wù)模塊

用來(lái)實(shí)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(shí)會(huì)調(diào)用此接口輸出日。

(2)按條目讀日志函數(shù)，發(fā)送一個(gè)按條目讀日志服務(wù)請(qǐng)求。

(3)按時(shí)間讀日志函數(shù)，發(fā)送一個(gè)按時(shí)間讀日志服務(wù)請(qǐng)求。

(4)按時(shí)間讀日志請(qǐng)求構(gòu)造函數(shù)，按時(shí)間讀日志服務(wù)請(qǐng)求構(gòu)造、并加入待發(fā)送請(qǐng)求隊(duì)列。

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

四、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化變電站的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化特征，完成了信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能的同時(shí)，也為自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)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(shì)所趨。工程實(shí)踐表明，該系統(tǒng)在后臺(tái)，遠(yuǎn)動(dòng)工作站及采集RTU等設(shè)備上運(yùn)行良好，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。