CN102014127B - 一种iec61850面向对象的在线通信系统及遗留系统迁移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IEC 61850面向对象的在线通信子系统及遗留系统迁移方法。通信子系统可集成到应用系统，为应用系统提供与间隔层IED进行IEC61850通信的能力，支持在线模型一致性验证，支持在线获取间隔层IED的IEC 61850模型并以通用的方式提供给应用；支持以面向对象方式与应用交互数据。所述遗留系统迁移方法采用动态协商接口的方式，在进行新功能扩展和对原有功能进行升级时，可以完全兼容遗留系统，使通信子系统在不断升级中能保持系统稳定性和可维护性。本发明的通信子系统满足站控层应用系统IEC 61850通信的多样性及灵活性需求，有效地避免了IEC 61850客户端功能模块的重复开发，大幅减少人力成本浪费，缩短产品开发周期，提高系统可靠性可维护性。

Description

一种IEC61850面向对象的在线通信系统及遗留系统迁移方法

技术领域

本发明涉及一种具有系统级兼容性的IEC61850客户端实现技术，特别是涉及一种IEC61850面向对象的在线通信子系统及遗留系统迁移方法。

背景技术

IEC 61850标准目前已广泛应用于智能化变电站、以及采用IEC61850通信的传统变电站。IEC61850客户端(IEC61850客户端，以下简称客户端)做为IEC61850通信必不可少的部分，在各站控层应用中都必须实现。但由于不同的应用有不同的需求，通常的做法是每个应用邦定一个客户端功能模块，实现本应用需要的客户端功能，而实际上各应用需要的客户端的核心功能基本一致。在智能化变电站技术的推广下，站控层的应用需求会越来越多，如果仍按照与应用邦定的方式开发客户端，必然会造成人力的浪费，增加产品的开发周期，尤其是影响变电站自动化系统运行的稳定性。提出一种具有系统级兼容性，支持各种应用需求的客户端功能模块的实现方案具有重要意义。

IEC61850模型是面向对象的，但由于传统变电站都是四遥点表的实现方式，因此IEC61850在早期及目前的大部分应用中，都是采取映射的方式把IEC61850面向对象的结构化数据转换成离散的点数据。而在这一转换过程中，信息相关性不可逆转的丢失掉了。另外通常只有模型中数据集的数据被传送给上层应用，而模型中其它的丰富信息被丢弃。随着IEC61850应用的范围越来越广，尤其是智能变电站技术的发展，站控层应用需要获取更完整更丰富的信息来完成站级的高级功能。在这样的应用需求背景下，亟需一种以面向对象方式与应用交互数据的IEC61850客户端功能模块。

IEC61850实现互操作的重要基础是标准的数据模型。客户端获取智能电子设备IED的模型信息有在线和离线两种方式。其中在线方式是指客户端与IED建立连接后，利用IEC61850服务在线从IED获取。由于在线方式获取变电站内全部IED模型需要较长的时间，不能满足变电站自动化系统工程化应用的需要，因此目前在工程上基本都采用离线方式，而在线方式通常作为离线方式的一种补充，在某些应用场合中使用。离线方式是用标准的变电站配置描述scd文件来描述模型信息，通过解析scd文件即可获取IED的模型信息。离线方式具有速度快的优点，缺点是在IEC61850目前的应用水平下，无法保证离线模型与IED实际的运行模型一致，这将产生两个突出的问题：一是如果提供给客户端的离线模型与IED运行时使用的模型有差异，会造成信息解释失败进而功能失败的问题。二是变电站内任一IED模型有变化，都需要重新配置客户端模型并重启客户端，这在已投运变电站系统扩建时将会遇到困难。这些实际的需求都亟需客户端具有在线获取模型的能力。

本发明提出的IEC61850面向对象的在线系统及遗留系统迁移方案，解决了上诉IEC61850工程化应用中存在的问题，更充分地利用了IEC61850的特性，为智能变电站技术的发展提供了技术基础。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明设计了一种IEC61850面向对象的在线通信子系统及遗留系统迁移方案。使客户端功能模块具备系统级的兼容性，具备在线模型验证及在线获取模型功能，具备以面向对象方式交互数据的功能。

本发明采用以下技术方案：

一种IEC 61850面向对象的在线通信子系统，其特征在于，所述在线通信子系统包括：

与应用系统交互数据的模块，该模块支持面向对象和四遥点表两种方式与应用系统交互数据；

在线模型处理模块，完成在线获取模型及在线模型验证功能，其中，所述在线获取模型功能是通过基础功能模块提供的IEC61850服务在线获取智能电子设备IED的IEC61850模型信息，并将获得的所述模型信息存储在内存中，以通用的数据结构记录模型信息并传递给应用系统，所述在线模型验证功能是把获取到的所述智能电子设备IED的IEC61850模型信息与变电站配置描述(scd是61850标准中的术语)scd文件中的离线模型信息进行比较，来验证离线模型是否与智能电子设备IED运行时模型一致；

基础功能模块，提供与IED进行通信的各种IEC61850服务；监视管理通信子系统与IED之间的通信状态。

与应用系统交互数据的模块，当从基础功能模块收到智能电子设备IED上送的IEC61850报告后，从所述报告中解出数据并以树形结构完整描述面向对象的结构化数据并提交给所述应用系统；或者将所述解出数据以四遥点表的形式提交给所述应用系统；

在线获取模型模块采用异步通信方式获取智能电子设备IED模型信息；所述模块采用内存池的方式预先分配内存空间，避免内存碎片；内存空间的大小可以配置，便于适应不同应用系统的需要；模型获取结束后采用回调函数通知应用。所述在线获取模型模块支持通信子系统运行前和运行中获取IED模型信息。

通信子系统初始化时以变电站配置描述scd文件中的离线模型信息为基础建立数据库，所述在线模型验证功能模块对影响变电站自动化功能的模型信息部分，利用在线获取模型模块获取IED实际运行的模型信息，校验离线模型和IED运行时模型是否一致，如果不一致则提示告警信息，验证的信息部分包括报告控制块、数据集、控制块的模型信息。

本发明还公开了一种基于前述的面向对象的在线通信子系统的遗留系统迁移方法，所述遗留系统指每次功能升级前的通信子系统，其特征在于：

所述迁移方法基于动态链接库的实现技术，采用动态协商接口的方式，在通信子系统初始化过程中，由应用系统指定需要使用的数据交互接口方式及命令接口版本，通信子系统运行时按照应用指定的接口方式及版本实现功能。通信子系统进行功能升级时只需增加相应新接口而保留已有功能代码。这种方式使通信子系统可以满足不同应用系统的需求而保持核心代码的一致，完成功能升级又兼容功能升级前的通信子系统。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1是本发明的在线通信子系统结构及实施示意图；

图2是本发明的在线获取模型模块的处理流程图；

图3是本发明的在线模型验证模块的处理流程图；

图4是本发明的遗留系统迁移方法中接口协商过程流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明通信子系统以动态链接库或静态库的形态集成在应用系统中，为应用系统提供IEC61850通信功能。通信子系统可简单地划分为上下两个层次，上层模块完成为应用系统提供各种服务，主要包括与应用交互数据模块21和在线模型处理模块24，下层模块提供与智能电子设备IED通信的服务，即基础功能模块27。

基础功能模块27提供了标准的IEC61850服务。基础功能模块从上层模块接收数据并通过标准的IEC61850服务下发给连接在站控层网络30上的智能电子设备IED；同时基础功能模块利用IEC61850服务从IED接收IEC61850数据并提交给上层模块。通信子系统通常连接多个IED，需要对各个IED的通信状态进行监视及管理，这个功能也由基础功能模块实现。

与应用交互数据模块支持四遥点表方式22和面向对象方式23两种与应用交互数据的方式。所述四遥点表方式就是把基础功能模块递交的IEC61850数据转换成四遥点表数据递交给应用，并接收应用传来的四遥点表数据转换成IEC61850数据递交给基础功能模块。通信子系统以四遥点表方式与传统应用系统11交互数据，由于目前站层应用系统基本上都是四遥点表方式的传统应用系统，因此四遥点表方式是目前通信子系统使用的与应用系统交互数据的方式。

随着智能变电站技术的发展，亟需面向对象应用系统12来完成各种高级功能，也就要求通信子系统能够以面向对象方式与面向对象应用系统交互数据。所述面向对象方式就是把基础功能模块递交的IEC61850数据转换成以树形结构表述的面向对象数据递交给应用，并接收应用传来的面向对象数据转换成IEC61850数据递交给基础功能模块。由于IEC61850数据也是面向对象的，因此在数据转换过程中不会造成信息丢失，从而保证应用系统可以获取到所需的全部信息并实现高级功能。

但随着变电站自动化系统高级功能要求的不断提高，应用系统需要具备在线操作IED模型信息的能力。通信子系统的在线模型处理模块24为应用系统提供了在线操作IED模型信息的能力。在线模型处理模块包括在线获取模型模块25和在线模型验证模块26，分别完成在线获取IED信息模型和在线验证离线模型与实时模型一致性的功能。

在线获取模型模块25，可在通信子系统运行前和运行期间在线从IED获取模型信息，存储在内存中递交给应用。在线获取模型存在如下难点：如何以通用易读的数据结构存储模型信息；不同功能的IED的模型信息数量差异较大且无法预估存储模型信息所需的空间；存储各类模型信息需要非常多的小内存空间；所需时间长。本发明提出的在线获取模型处理流程如图2所示，采用预先分配内存池的方式避免内存碎片的产生，预分配的内存池大小及内存池中划分的各类信息存储空间个数都做成可配置的参数，第一次获取时以配置的参数为依据分配内存，当获取模型过程中发现空间不足时，动态追加内存；按照标准IEC61850模型的层次关系设计模型信息描述结构；针对耗时的问题，采用异步方式获取模型，即应用系统只需通知通信子系统开始获取模型信息既可进行其它工作。当模型信息获取结束后，通信子系统采用回调函数的方式通知应用，并告知应用模型信息存储地址。

通信子系统在初始化时以scd文件中的离线模型为基准建立数据库。一个变电站系统中一般都包含多个IED，在变电站自动化系统工程联调期间，IED模型一般都会有所修改，而这些修改如果没有及时更新到scd文件则会产生模型不一致进而导致变电站自动化系统功能失败。通信子系统采用在线模型验证模块26来避免上述问题。如图3所示，在线模型验证模块首先解析变电站配置描述scd文件中的离线模型信息，并以此为基础建立数据库。对于影响变电站自动化功能的模型信息部分包括报告控制块、数据集、控制模型和定制控制块信息，利用在线获取模型模块获取IED实际运行的模型信息，并与离线模型信息比较是否一致。如果不一致则提示告警信息，并不再与此IED进行进一步的信息交换，以防止出错。此功能在变电站自动化系统工程联调期间，帮助工程实施人员快速排查因为模型不匹配造成的功能失败问题。一方面减少了工程时间，另一方面也可以避免发生因隐含的模型不一致而导致变电站自动化系统运行期间功能失败问题。

应用系统需要通信子系统提供的功能必然是不断增加的，这就要求通信子系统具备系统级的兼容性，即在每次功能升级后，都可以兼容升级前的通信子系统。如果做不到这一点就必须维护多个版本的通信子系统，缺点是当需要修护某个共性的程序错误时，需同时到多个版本中修改，否则任何一个版本遗漏修改，同样的问题会在该版本中重复出现，导致系统维护量增加且稳定性变差。

如图4所示，通信子系统采用动态接口协商的办法，实现系统级兼容性。应用系统在初始化时，向通信子系统指定所需的数据交互方式，通信子系统配置自己支持该数据交互方式需要的各种环境，在运行时按照该方式与应用交互数据。在应用指定了数据交互方式后，还需要指定通信子系统应提供的命令版本。这是因为应用向通信子系统下发的各种命令如控制命令、读取录波文件命令等随应用系统服务对象不同，在功能上会有不同的实现要求，即一种命令需要有多个版本满足多个应用的不同需要。如图4的下半部分以控制命令为例说明了不同版本的命令接口协商过程。应用系统在初始化时，向通信子系统指定所需的命令接口版本，通信子系统按照指定挂接相应版本的功能函数实体。通信子系统在运行时收到应用命令后，即可直接转到挂接的函数完成应用需要的功能。这种接口协商的办法，可以使通信子系统每次功能升级时，方便地扩充新的接口方式或不同版本的命令接口而不影响已有功能的正常运行，实现兼容升级前通信子系统的目的。

以上详细描述了本发明IEC61850面向对象的在线系统及遗留系统迁移方案的具体实施方式。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并且因此使得本领域的技术人员能够实现或使用本发明，本领域普通技术人员可以再不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例作出种种修改或变化，因而本发明并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特性的最大范围。

Claims (4)

1.一种IEC 61850面向对象的在线通信子系统，其特征在于，

通信子系统以动态链接库或静态库的形态集成在应用系统中；

所述在线通信子系统包括：

与应用系统交互数据的模块，该模块支持面向对象和四遥点表两种方式与应用系统交互数据；

在线模型处理模块，通信子系统的在线模型处理模块为应用系统提供了在线操作IED模型信息的能力，完成在线获取模型及在线模型验证功能，其中，所述在线获取模型功能是通过基础功能模块提供的IEC61850服务在线获取智能电子设备IED的IEC61850模型信息，并将获得的所述模型信息存储在内存中，以通用的数据结构记录模型信息并传递给应用系统，所述在线模型验证功能是把获取到的所述智能电子设备IED的IEC61850模型信息与变电站配置描述scd文件中的离线模型信息进行比较，来验证离线模型是否与智能电子设备IED运行时模型一致；

基础功能模块，提供与所述智能电子设备IED进行通信的各种IEC61850服务，监视管理在线通信子系统与智能电子设备IED之间的通信状态；

对于所述的与应用系统交互数据的模块，当从基础功能模块收到智能电子设备IED上送的IEC61850报告后，从所述报告中解出数据并以树形结构完整描述面向对象的结构化数据提交给所述应用系统；或者将所述解出数据以四遥点表的形式提交给所述应用系统；

其中在线获取模型处理流程如下：

采用预先分配内存池的方式避免内存碎片的产生，预分配的内存池大小及内存池中划分的各类信息存储空间个数都做成可配置的参数；

第一次获取时以配置的参数为依据分配内存，当获取模型过程中发现空间不足时，动态追加内存；

按照标准IEC61850模型的层次关系设计模型信息描述结构；

采用异步方式获取模型，即应用系统只需通知通信子系统开始获取模型信息既可进行其它工作；

当模型信息获取结束后，通信子系统采用回调函数的方式通知应用，并告知应用模型信息存储地址；

在线模型验证模块的处理流程如下：

在线模型验证模块首先解析变电站配置描述scd文件中的离线模型信息，并以此为基础建立数据库；

对于影响变电站自动化功能的模型信息部分包括报告控制块、数据集、控制模型和定制控制块信息，利用在线获取模型模块获取IED实际运行的模型信息，并与离线模型信息比较是否一致；

如果不一致则提示告警信息，并不再与此IED进行进一步的信息交换；

通信子系统采用动态接口协商的办法，实现系统级兼容性，应用系统在初始化时，向通信子系统指定所需的数据交互方式，通信子系统配置自己支持该数据交互方式需要的各种环境，在运行时按照该方式与应用交互数据；在应用指定了数据交互方式后，还需要指定通信子系统应提供的命令版本；

应用系统在初始化时，向通信子系统指定所需的命令接口版本，通信子系统按照指定挂接相应版本的功能函数实体，通信子系统在运行时收到应用命令后，即可直接转到挂接的函数完成应用需要的功能，这种接口协商的办法，可以使通信子系统每次功能升级时，方便地扩充新的接口方式或不同版本的命令接口而不影响已有功能的正常运行，实现兼容升级前通信子系统的目的。

2.根据权利要求1所述的在线通信子系统，其特征在于，在线获取模型模块采用异步通信方式获取智能电子设备IED模型信息；所述在线获取模型模块采用内存池的方式预先分配内存空间，避免内存碎片；内存空间的大小可以配置，便于适应不同应用系统的需要；所述智能电子设备IED模型信息获取结束后采用回调函数通知应用，所述在线获取模型模块支持通信子系统运行前和运行中获取IED模型信息。

3.根据权利要求1所述的在线通信子系统，其特征在于，在线通信子系统初始化时以变电站配置描述scd文件中的离线模型信息为基础建立数据库，所述在线模型处理模块对影响变电站自动化功能的模型信息部分，利用在线获取模的智能电子设备IED实际运行的模型信息，校验离线模型和智能电子设备IED运行时模型是否一致，如果不一致则提示告警信息，验证的信息部分包括报告控制块、数据集、控制块的模型信息。

4.一种基于权利要求1所述的在线通信子系统的遗留系统迁移方法，所述遗留系统指每次功能升级前的通信子系统，其特征在于：

所述迁移方法基于动态链接库的实现技术，采用动态协商接口的方式，在通信子系统初始化过程中，由应用系统指定需要使用的数据交互接口方式及命令接口版本，在线通信子系统运行时按照应用系统指定的接口方式及版本实现功能，在线通信子系统进行功能升级时只需增加相应新接口而保留已有功能代码，使通信子系统可以满足不同应用系统的需求而保持核心代码的一致，完成功能升级又兼容功能升级前的在线通信子系统。