CN103593568A - 基于iec 61850的在线监测数据模型映射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在线监测的技术领域，尤其涉及一种基于IEC61850的在线监测数据模型映射方法。通过IEC61850模型与各监测装置厂家协议模型映射的方法，完成通信协议规约转换，实现变电站现场在线监测装置监测数据到综合监测单元的接入、存储、转发，完成在线监测数据到站端监测单元的标准化接入；基于IEC61850的在线监测数据模型映射方法，在规范各厂家监测装置数据接入接口规范基础上，采用基于嵌入式数据库以事件为中心的映射方法。本发明完成了传统在线监测装置的监测数据模型到IEC61850数据模型的映射过程，实现了多种类监测装置接入的高效、统一管理，使工作效率得到了显著的提高。

Description

基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法
技术领域
本发明涉及在线监测的技术领域，尤其涉及一种基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法。 
背景技术
国家电网公司推出了一系列标准，规定了智能变电站站端监测单元(CAC)接入各类综合监测单元（或符合IEC 61850标准通信要求的在线监测装置）都必须遵循I1接口规范。现阶段变电站在线监测装置的监测数据接入除变压器、电抗器等高压设备的油中溶解气体、局部放电监测装置在综合考虑了一次设备的重要性、经济性等因素的基础上满足IEC 61850通信标准外，大多数在线监测装置的通信仍然采用Modbus、IEC60870-5-101/103/104等协议以及在线监测厂家定义的私有协议。从传统在线监测装置的监测数据模型到IEC 61850数据模型的映射是接入过程中亟需解决的关键问题。IEC 61850-8-1标准将抽象通信服务接口模型映射到制造报文规范、ISO/IEC 8802-3标准满足站控层网络通信要求。过程层网络通信协议多样，在线监测数据的接入没有统一的建模规范，接入协议管理复杂。目前已经有关于Modbus等协议和IEC 61850标准模型直接映射的方法研究，但这种方法适合于单一通信协议的规约转换，对于接入装置种类多样，监测类型较多的综合监测单元来说，对在线监测数据接入的统一管理及接入效率不利。 
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法，是在统一在线监测装置接入接口规范的基础上，数据模型映射采用以事件为中心的映射方法，通过基于嵌入式数据库的数据映射及寻址方法，完成传统监测装置监测数据与IEC 61850标准数据模型的映射。 
本发明是通过以下技术方案实现的： 
基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法是：通过IEC 61850模型与各监测装置厂家协议模型映射的方法，完成通信协议规约转换，实现变电站现场在线监测装置监测数据到综合监测单元的接入、存储、转发，完成在线监测数据到站端监测单元的标准化接入；在规范各厂家监测装置数据接入采用统一的I0接口规范基础上，采用基于嵌入式数据库以事件为中心的映射方法。 
规范了各厂家监测装置的数据接入统一采用基于Modbus的I0接口，并通过基于嵌入式数据库的数据映射寻址方法，完成传统监测装置监测数据与IEC61850标准模型的映射。 
本发明具有以下优点及有益效果： 
1、建立统一的、易扩展的数据库存储表结构，进行时间序列存盘，实现接入的在线监测数据的集中管理和数据映射，具有适应综合监测单元的标准接口与上层平台通信； 
2、提出了以事件为中心的基于IEC 61850标准化数据模型的映射方法，方便接入层装置协议的数据转换； 
3、统一了监测装置的通信接口，规范了在线监测装置的接入接口规范。 
本发明是在综合监测单元的研发过程中，提出的一种在规范各厂家监测装置数据接入接口规范的基础上，采用基于IEC 61850标准的以事件为中心与各监测装置厂家协议模型映射的方法，完成通信协议规约转换，实现变电站现场在线监测装置监测数据到综合监测单元的接入、存储、转发，完成在线监测数据到站端监测单元的标准化接入。通过便于数据映射的数据库表存储结构的设 计，完成传统监测装置监测数据与IEC 61850标准模型的映射。完成传统在线监测装置的监测数据模型到IEC 61850数据模型的映射过程，实现多种类监测装置接入的高效、统一管理，使工作效率得到了显著的提高。 
附图说明
图1为本发明的综合监测单元数据映射方法示意图； 
图2为本发明的综合监测单元系统结构示意图； 
图3为本发明的智能变电站在线监测系统接口示意图； 
图4为本发明的在线监测数据数据库存储结构示意图。 
下面结合附图及具体实施实例对本发明做进一步的详细说明。 
具体实施方式
实施例1： 
本发明是一种基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法。是通过IEC61850模型与各监测装置厂家协议模型映射的方法，完成通信协议规约转换，实现变电站现场在线监测装置监测数据到综合监测单元的接入、存储、转发，完成在线监测数据到站端监测单元的标准化接入。 
基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法，规范了各厂家监测装置数据接入统一采用基于Modbus的I0接口，采用以事件为中心方法完成数据模型映射。 
本发明实施方案如下： 
图1为综合监测单元数据映射方法示意图，从图中可看出综合监测单元协议规约转换方法及过程。图2为综合监测单元系统结构示意图，从图中可以看出综合监测单元在站内状态监测系统中的功能及作用。图3为智能变电站在线监测系统接口示意图，描述了智能变电站在线监测系统站内接口关系。 
图1描述了智能变电站综合监测单元将各厂家监测装置以统一的I0接口规范接入，并采用基于嵌入式数据库的存取方式，将数据库表与IEC 61850逻辑节点数据对象建立一一对应关系，完成标准化数据寻址与映射。 
图2以系统的视角描述了综合监测单元的功能，并描述了监测数据接入的数据流向及软件结构。 
图3描述了智能变电站在线监测系统接口，智能变电站在线监测系统由站控层设备，包括站端监测单元、综合应用服务器、数据通信网关机等；综合监测单元；监测装置组成。状态监测系统的接口包括两个部分：一是状态监测系统内部的接口，二是与外部系统的接口。其中I0、I1是状态监测系统内部接口，I2、I3是系统与外部系统间的接口。综合监测单元作为在线监测系统发展的过渡装置，出于成本控制和安装方面考虑，对于功能单一的监测装置，例如避雷器、铁芯接地电流监测装置；采用统一的I0接口规范，对数据进行加工处理，实现与站端监测单元进行标准化数据通信。CAC主要用于非智能站，负责一次高压设备的在线监测数据接入、处理和主站转发的功能，并能转发主站对在线监测装置的控制指令，为主站提供基础支撑。站端监测单元以变电站为对象，承担站内全部监测数据的分析和对监测装置、综合监测单元的管理，并具有CAC的功能与上层平台通信。 
1、IEC 61850数据对象引用与状态监测数据库存储地址映射。 
IEC 61850标准对象引用被用于IEC 61850标准分层信息模型中唯一标识一个类实例，基本结构为: 
LDName/LNName.DataName[.DataName[…]].DataAttributeName[.DAComponent Name[…]]。其中,“/”用于将逻辑设备名称和逻辑节点名称分开，“.”用于将更深层次的数据与数据属性的名称分开。接入数据模型的存储由设备地址映射关系表和状态监测数据存储表组成。其中设备地址映射关系表主要包括图4所示字段构成，MapName记录IEC61850标准中的逻辑节点实例名，ID记录该监测装置的逻辑地址，Addr记录状态监测装置的IP或串口地址等物理地址，Type记录状态监测项名称，同时可以兼做状态监测存储表名，作为状态监测存储表索引记录，ComStat记录每一个接入综合监测单元的监测设备与综合监测单元的 通信状态。 
如图4所示，图4记录了状态监测存储表结构和存储策略，除了包括常规状态监测的监测数据参量以外，还包括每个监测数据的数据品质信息。 
数据模型映射的第一步是建立IEC 61850标准对象引用与状态监测数据存储位置的映射。 
逻辑设备实例映射为数据库名，设备地址映射关系表和状态监测数据存储表均存在于同一数据库内，逻辑设备的信息存储在该数据库内。IEC 61850标准逻辑设备代表物理设备的信息模型，综合监测单元可能同时接入多台、多类型状态监测装置，可以将该数据库建模为综合监测单元中的逻辑设备，通常情况下状态监测数据库只有一个。 
逻辑节点实例映射为状态监测设备，接入同一综合监测单元的状态监测设备可能有多个，为便于整个综合监测单元的数据接入管理，统一为状态监测装置分配逻辑ID，并和物理地址绑定。IEC 61850标准逻辑节点代表功能模型，可以将常规状态监测装置建模为综合监测单元中的逻辑节点，直接利用LNName的后缀建立与设备地址映射关系表中MapName的链接关系。 
数据对象实例映射为状态监测存储表参量地址，每个状态监测数据存储表是同类监测设备的存储数据集合，存储表内存逐条存放着状态监测数据，可根据状态监测装置的逻辑ID和物理地址Addr对数据实例建立链接，最新的一条数据映射为采样数据。 
2、IEC 61850数据对象类型映射。 
状态监测数据存储表结构中为每个监测参量指定了存储数据类型，数据映射将IEC 61850标准中的数据对象对应的数据类型与表结构中的存储数据类型一一对应。 
3、ACSI服务与监测数据存取的映射。 
智能变电站综合监测单元状态监测设备的信息主要通过IEC 61850的report服务与站端监测单元(CAC)通信，report服务通过数据库的寻址存取实例操作将接入的监测数据映射为符合IEC 61850模型要求的数据对象的读、写服务。 
以铁芯接地电流监测装置的数据映射为例，铁芯接地电流监测装置数据以I0接口接入综合监测单元后，监测数据存储于嵌入式数据库SQLite,数据库存储结构如表1所示。 
铁芯接地电流监测装置的采样数据包括：Amp(全电流)、SmpTm（采样时间）、ID（铁芯接地电流监测装置逻辑ID），不同的ID对应的铁芯接地电流监测装置是不同的，在综合监测单元对应的接入间隔内唯一。铁芯接地电流监测装置数据的存储依照图4的监测设备映射关系图与IEC 61850数据模型对象实例关联，数据库存储表名为MMXN，同时也标识了在线监测类型。通过监测类型和逻辑ID与设备映射表关联，如图4。 
监测设备映射实例如表2所示。 
上述实例表示，IEC 61850模型逻辑节点实例MMXN1，逻辑ID为1，挂接在综合监测单元的COM1接口，物理ID为1，监测类型为MMXN（铁芯接地电流监测项），通信状态为1（通信正常）。 
铁芯接地电流监测装置的数据存储表内数据按照每个监测装置的采样周期完成采样，并逐条存储于数据库表内，IEC 61850数据事件监视器一旦监测到铁芯接地电流监测数据的变化事件（数据变化、数据刷新、数据质量变化、完整性周期时间到）即开始数据映射过程。 
例如：IEC 61850数据对象引用MONT/MMXN1.Amp通过如图4的设备映射关系表内的映射实例，寻址到与逻辑节点MMXN1关联的在线监测数据库表MMXN，并通过逻辑ID和物理地址关联到铁芯接地电流监测装置存储表的最新一条存储条目，将（Amp,SmpTm）分别映射为IEC 61850数据模型的Amp数据对象的测 量量、数据品质、时间戳，完成铁芯接地电流接入装置监测数据模型与IEC 61850数据模型的映射，并通过I1接口与站端监测单元（CAC）通信，完成监测数据的标准化接入。 
表1： 
Figure BDA0000414698460000071
表2 
Figure BDA0000414698460000072

Claims (2)

1.基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法，其特征是：
通过IEC 61850模型与各监测装置厂家协议模型映射的方法，完成通信协议规约转换，实现变电站现场在线监测装置监测数据到综合监测单元的接入、存储、转发，完成在线监测数据到站端监测单元的标准化接入；
在规范各厂家监测装置数据接入采用统一的I0接口规范基础上，采用基于嵌入式数据库以事件为中心的映射方法。
2.根据权利要求1所述的基于IEC 61850的在线监测数据模型映射方法，其特征在于：规范了各厂家监测装置的数据接入采用统一的基于Modbus的I0接口，并通过以事件为中心的数据映射寻址方法，完成传统监测装置监测数据与 IEC 61850 标准模型的映射。
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