基于IEC61850继保设备通信网关设计
【摘 要】基于IEC61850的数字化变电站系统已成为主流，在现有的设备继续可靠，有效的使用的基础上，研究基于IEC61850的继电保护装置网关已经具备了基本的前提条件。为了将原有的保护系统的软件和硬件资源保留下来，同时还能实现信息资源的共享和不同厂商设备的互操作，可以通过网关的形式将原有设备接入IEC 61850通信环境和系统，最终实现当前变电站中应用的诸多通信协议IEC61850标准的转换，通过MMS服务器与IEC61850环境中的其它设备通信。从资源节约与互操作的角度考虑，更有必要对基于IEC61850的继电保护设备的网关进行研究。
【关键词】IEC61850；建模；网关
0 引言
为满足快速发展的经济建设需要，电力系统规模日益扩大，人们对供电可靠性的要求越来越高。为了更好地保证安全、经济运行，电力系统的运行越来越依赖于继电保护。通信规约是变电站自动化系统实现可靠、快速通信的重要保证。基于IEC61850的数字化变电站系统已成为
主流，在现有的设备继续可靠，有效的使用的基础上，研究基于IEC61850的继电保护装置网关已经具备了基本的前提条件。为了将原有的保护系统的软件和硬件资源保留下来，同时还能实现信息资源的共享和不同厂商设备的互操作，可以通过网关的形式将原有设备接入IEC 61850通信环境和系统，最终实现当前变电站中应用的诸多通信协议向IEC61850标准的转换，通过MMS服务器与IEC61850环境中的其它设备通信。
1 国内外研究现状及其发展动态分析
1.1 继电保护设备研究动态
继电保护装置的发展经历了电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型到微机型几个阶段。智能电网的分布式发电、交互式供电对继电保护装置提出了更高要求，另一方面，通信和信息技术的长足发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探索新的保护原理提供了条件。智能电网中可利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合最后对数据进行分析利用这些信息可对运行状况进行监测实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。
1.2 60870-103协议
IEC 60870-5-103协议是一个用于电力系统控制和信息采集的通信协议，IEC60870-5-103是由TC57和TC59联合工作组制定的作为我国优先采用的标准应用于变电站自动化中，它是在IEC60870-5的基础上采用FT1.2异步字节传输，采用了仅有物理层，链路层，应用层的缘于开放式系统互联的OSI-ISO七层参考模型的EPA（增强性能结构），主站由非平衡传输控制系统构成，继电保护设备作为子站。
103规约提供了两种信息交换方法，一种方法是基于严格规定的ASDU和标准化报文的传输应用过程，包括兼容范 围和专用范围；另一种方法是使用通用分类服务，通用分类服务可以传输几乎所有可能的信息，但要求装置有较大的内存容量，要求传输通道有较高的传输速率。
实现变电站自动化已经成为智能电网建设的重要目标，然而现阶段，由于场站和变电站中所使用的智能电子设备来自于不同的厂家，它们遵循于各自的内部通信规约，这对于站内网络的信息通信和信息交换带来了不便，很大程度上影响了设备的兼容性，开放性，互操作性。
2 拟采取的研究方案和可行性分析
网关作为非IEC61850继电保护设备与站内的IEC61850 IED进行数据交换的媒介，由于现有的继电保护设备大多数是非IEC 61850设备，采用网关对其进行封装，通过协议转换，使其成为一个遵循IEC 61850的IED，进而实现了其与站内IEC61850 IED的互操作。这样，所有设备都处于IEC 61850的技术体系下，方便系统运行与保护。
继电保护设备实时信息通过网关进行协议转换，将其转换成IEC61850标准的数据，再通过MMS服务器与IEC61850环境中的其它设备通信。网关中需要完成61850数据建模与配置，及ACSI与MMS的映射。
网关为可以将当前广泛应用的通信协议中的点信息映射到IEC61850的面向对象的信息，再通过SCSM映射到MMS的对象信息。相应的信息传输通过MMS的标准服务实现。针对常规继保设备采用的通信协议的“面向点”的共性，可在网关系统中设计一个点信息表。点信息表是一个为设备发送的点信息而设计的数据结构。它包括设备点信息的唯一标识ID号、存储点信息值的能力、点信息的含义、数据类型等信息。IEC61850保证IED设备实现互操作的基础是其定义的信息模型和服务模型。对lED设备的信息建模的过程体现为网关配置文档的生成过程。所生成的信息模型最终映射到微服务网关设计MMS服务器中的VMD结构之中。相应的服务模型可以直接映射到MMS服务器所提供的服务中去，固化于MMS服务器的软件实现中。
配置文档可采用XML语言描述，它应该能够直接反映信息模型的结构，即包含哪些信息模型类的实例、它们之间的关系、每个实例的结构及某些静态属性。此外，它还应能够提供模型中数据属性同点信息的关联，即数据源的链接。
设备接口模块使用同常规继保设备相同的通信协议，并将收到的点信息存放到点信息表结构中，完成对点信息的采集和发送，实现规约的接受与解析。
MMS服务器中的配置器模块主要用于系统启动时完成实际设备和虚拟制造设备VMD的映射，实现VMD和实际设备的动态交互。配置器根据配置文档信息创建各MMS对象类的实例，初始化有关属性。配置器的功能是：1）正确解析配置文档；2）根据解析结果创建MMS对象，并初始化这些对象。当完成所有配置工作后，就实现了实际设备和VMD的映射。VMD代表实际设备同客户端进行通信。
ACSE服务模块实现面向实体连接的ACSE服务，包括ACSE服务原语的组装与解析，连接的初始化和终止，异常中断处理，应用连接上下文的协商与确定等功能。
事务管理模块是MMS服务器的基础部分，它接收MMS服务请求，并将请求发送到适当的MMS对象，由对象启动相应的服务；反之将服务响应发送到相关的MMS客户。
MMPM（制造报文协议机）模块是MMS服务器同下层网络支持的接口。一方面，MMPM模块根据事务管理模块发来的MMS服务原语及参数构造相应的MMS PDU，发送到传输层模块；另一方面，MMPM 对收到的MMS PDU进行解码后向事务管理模块传递相应的服务原语和参数。同时还负责差错检查和处理。底层网络支持模块主要提供OSI传输层及以下各层服务功能。
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