CN107566370A

CN107566370A - 一种智能电网报文传输方法

Info

Publication number: CN107566370A
Application number: CN201710788751.8A
Authority: CN
Inventors: 曾楠; 王成现; 陈刚; 李齐龙
Original assignee: State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Jiangsu Electric Power Information Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Jiangsu Electric Power Information Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明公开一种智能电网报文传输方法，通过规约的映射与转换：网关把103规约报文通过协议转换，然后根据IEC61850实时数据库的映射模型对遥测、遥控信息进行描述；通过ACSI和SCSM由ASN.1编码NMMS进行信息的网络传输。本发明通过引入IEC61850标准解决103规约带来的问题，针对采用103规范的故障信息系统，在不影响现在系统运行的基础上，通过IEC协议标准，从而提高智能变电站通信的可靠性、安全性以及稳定性。

Description

一种智能电网报文传输方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种智能电网报文传输方法。

背景技术

近年来，继电保护故障信息系统的建设得到了长足的发展，数字化变电站是由一次设备智能化和二次设备网络化分层构建，建立在IEC61850通信标准基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站具有全站统一的数据模型和通信平台，站内一次电气设备和二次设备均实现数字化通信。它的特点主要是：一次设备数字化，二次设备网络化，数据平台标准化。一次设备数字化主要体现为全数字化输出的电子互感器和智能开关；二次设备网络化体现在二次设备对上和对下均通过高速网络通信；数据平台标准化体现为IEC61850标准。

以南方电网组织的互操作实验为代码的全国范围内的互联互通测试以及各网省调故障信息系统的建设实践促进了该系统在保护装置接入、录波器接入、信息远传，主站监视，故障信息获取等方面的技术不断成熟，系统在电网生产运行中发挥着越来越大的作用，提高了继电保护运行管理的自动化和信息化水平。另一方面，随着系统建设进程的逐步推进与深入确定，也暴露出以下一些问题，这些问题对系统深入发展的影响日益明显，逐渐成为系统大规模建设的障碍。

说明一下103协议的通信规约。比如一个继电保护设备（从站）是103规约的，那么它的数据，比如它的保护动作信息等，要传给它的监控电脑（主站），就要用到103规约传输。为了传输数据的稳定性，可靠性，所以经过链路或者其它介质传输之后必须保证主站收到的信息和从站发送的信息保持一致，避免外界的干扰造成信息的中断或者缺失或者被改变了信息原有的意义，就需要在传输的过程中遵循很多的规则，比如固定字节校验，长度校验，功能码校验等等，规约就是这套规则，当信息在传输过程中出现了问题，那么接收端可以将其识别，知道了这段信息是错误的，进而不会因为错误信息解析出错误的数据误导工作人员了。但是不同的规约有各自不同的特点，101规约为串口通讯，用作本地数据（站内数据）向远方（调度）传输，正规的说法是，101规约为串口通讯，负责站内数据和调度通讯，102规约用作站内的主站（监控主机）采集本站内的电能数据，103规约用作站内继电保护装置的通讯（站内监控主机和站内继保之间的通讯），104规约以太网（网线）通讯，负责站内数据和调度的通讯。下面列出目前存在的问题：

1.1、系统缺乏有效的运行维护体系

故障信息系统完成信息接入的过程中存在大量的中间环节，对这些环节的有效管理和控制是系统运行维护体系的重要组成部分。目前103协议的通信规范仅仅在规约层面按103信息结构传送装置配置信息的方法，而没有提供如何管理这些装置配置信息的手段，由此导致的一个结果就是子站厂家自行配置装置信息，不同子站所反映出的同一型号保护的信息也有可能不同，主站系统无法对子站传送信息的完整性，正确性进行检验与判断。这样的结果必然会导致系统在调试和运行过程中存在大量的协调和对点工作，涉及主站厂家，子站厂家，保护厂家，运行维护等多单位人员，系统的使用者只能依赖厂家对各种变动进行维护，给系统的正常运行维护带来困难。

1.2、主子站之间的通信规范不统一

国内网省调大多制订的是103协议的通信规范，如南网103，华中103，华北103，华东103，江苏103等等，这些协议标准或多或少存在一些私有约定，互不兼容，无法形成全国范围内的通信标准，给系统的大面积推广造成障碍。

1.3、装置信息条目与语义缺乏统一

目前故障信息系统通信规范的制定主要是依据是103协议，通过应用服务数据单元的功能序号和信息序号规定信息的语义，并通过公共分类服务的方式进行信息的扩充。但是这种信息语义的规定方式过于粗糙，既缺乏结构化模型描述，又不具备名称空间标识语义的一致性范围，而且公共分类服务也仅仅是通讯语法范畴的机制，扩充后的信息将丧失语义确定性的基础，在103实际应用过程中形成了大量的来自设备制造厂家之间的私有约定，相同的语义反映在不同的装置上却是不同的信息，使主站系统无法对信息的涵义进行深入的应用，制约了主站应用的发展。

IEC61850是未来智能数字化变电站的唯一通信标准。本规约参考了IEC60870-5-103（继电保护设备信息接口配套标准）传输规约（以下简称103规约），采用103规约的应用服务数据单元。根据103规约的要求，新研制的保护、测量、控制设备必须采用该配套标准的兼容范围，不能满足的部分采用通用分类服务完成。对于对等网形式多主站或单主站的网络结构，为充分发挥网络的优势，自（特）发事件及变化数据必须主动上传，因此在103规约的基础上(仅采用103规约的应用服务数据单元)，链路层采用网络传输规则（包含源和目的地址、数据是否有效传送等）。

在目前的实际应用过程中．变电站的继电保护设备(或者间隔单元)与控制系统之间的信息交换主要还是采用IEC 60870-5-103规约。IEC61850标准已经正式颁布。变电站的通信协议应该使用国际标准协议，以实现系统的互操作性和达到无缝通信的要求。传统变电站自动化系统的实时数据多采用关系型结构，维护几个点的信息表．如遥测信息一览表、遥信信息一览表等，每一个点表示某个信息，但是数据不能实现自我的描述。点与点之间没有联系，没有采用面向对象的方法对设备建模。IEC61850对于信息均采用面向对象自我描述的方法，总体结构义是按逻辑设备、逻辑节点、数据对象划分的层次结构．这样使得不同厂家之问的变电站综合自动化信息交换成为可能。变电站自动化系统存保持现有系统结构和设备不变的情况下实现103规约定义的信息向IEC61850标准的描述信息的平滑过渡是实现变电站无缝通信的重要环节，是IEC61850标准在实际应中最终得以实现的重要环节。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能电网报文传输方法，通过引入IEC61850标准解决103规约带来的问题，针对采用103规范的故障信息系统，在不影响现在系统运行的基础上，通过IEC协议标准，从而提高智能变电站通信的可靠性、安全性以及稳定性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种智能电网报文传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）规约的映射与转换：对于不支持IEC61850的设备采用一个网关进行规约的转换工作；网关与支持103规约的设备一起作为支持IEC61850的变电站自动化系统；

103规约报文中最重要部分信息体是由包含功能类型和信息序号的信息体标识单元、信息体元素和信息体时标3部分组成；在任何一帧包含了信息体的数据报文中，仅从信息体标识即可判断该报文中传递的数据基本类型，确定是遥信、遥测、电度还是遥控点的数据信息；网关将103规约的应用服务数据单元中的数据，对应为IEC61850标准下逻辑节点和数据对象；ASDU公共地址、功能类型、信息序号、信息元素集、时标分别映射至IEC61850-7模型下的逻辑设备、逻辑节点、数据、数据属性和数据属性；IEC61850采用面向对象的数据自描述，在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明；不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换工作；由于数据本身带有说明，所以传输时不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护T作；

2)网关把103规约报文通过协议转换，然后根据IEC61850实时数据库的映射模型对遥测、遥控信息进行描述；通过ACSI和SCSM由ASN．1编码NMMS进行信息的网络传输。

本发明中，IEC61850标准下的变电站自动化系统的功能逻辑分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层；间隔层由保护单元和测控单元组成，间隔层包括各种能独立完成某种功能的二次设备，且具有与外部进行数据交换的能力；网关所接受的间隔层信息包括各种保护和测控信息。

近年来，继电保护故障信息系统的建设得到了长足的发展，数字化智能变电站日趋发展，网络通信质量越来越受到重视。由于IED生产厂商都采用103规约，但某些具体应用各有不同的处理方式，导致103规约的实现具有较大的差异性，而IEC61850具有较强的扩充性，因此，在绝大部分情况下，IEC61850协议标准有着至关重要的作用，对于103规约可以做到映射以及转换，对工程实践具有一定的参考意义。因此，在深入研究IEC60870-5-103和IEC61850信息模型的基础上，本发明通过IEC协议标准，从而提高智能变电站通信的可靠性、安全性以及稳定性。

附图说明

图1是本发明中满足IEC61850标准的变电站自动化系统图。

图2为103规约一个应用服务数据单元(ASDU)的结构示意图。

图3是本发明中网关的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

一种智能电网报文传输方法，包括以下步骤：

1）规约的映射与转换；

对于不支持IEC61850的设备采用一个网关进行规约的转换工作。在外部看来网关与支持103规约的设备可以一起被看成是支持IEC61850的变电站自动化系统（智能电子设备）。为了使现有变电站自动化系统向完全遵循，IEC61850标准的变电站自动化系统平滑过渡，新型继电保护设备必须既要满足现有系统要求又能符合未来发展趋势，如图1所示。IEC61850标准下的变电站自动化系统的功能逻辑可分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层。间隔层主要由保护单元和测控单元等组成，间隔层包括各种二次设备(有采集、测量、控制、保护、自动装置、故障滤波等)，它们大多能独立完成某种功能，且具有与外部进行数据交换的能力。网关所接受的间隔层信息包括各种保护和测控信息。图2为103规约一个应用服务数据单元(ASDU)的结构。

103规约报文中最重要部分信息体是由包含功能类型和信息序号的信息体标识单元、信息体元素和信息体时标(任选)3部分组成。在任何一帧包含了信息体的数据报文中，仅从信息体标识(2个字节)即可判断该报文中传递的数据基本类型，确定是遥信、遥测、电度还是遥控点的数据信息。网关可以将103规约的应用服务数据单元中的数据，对应为IEC61 850标准下逻辑节点和数据对象。ASDU公共地址、功能类型、信息序号、信息元素集、时标可以分别映射至1]IEC61850—7模型下的逻辑设备(LD)、逻辑节点(LN)、数据、数据属性(Val，q)和数据属性(t)。IEC61850采用面向对象的数据自描述，在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明。不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护T作。

2)网关把103规约报文通过协议转换，然后根据IEC61850实时数据库的映射模型对遥测、遥控信息进行描述；通过ACSI和SCSM由ASN.1编码NMMS进行信息的网络传输。

103规约在具体实现过程中各个厂家均按自己的需要进行了相关的定义，使得103规约的使用并不统一。因此网关的实现不能只针对某个具体的lED设备．而应该具有一定的通用性。如图3所示。网关把103规约报文通过协议转换，然后根据IEC61850实时数据库的映射模型对遥测、遥控等信息进行描述。通过ACSI和SCSM由ASN．1编码NMMS进行信息的传输。图3网关的工作流程图。

在103规约中以上距离保护的数据，是厂家根据自己需要按103规约定义的一串16进制的数字，如馈线保护测控装置的103规约下电抗整定值X。，在报文的传输中由4个16进制数字对测量值进行表示。在网关中通过协议转换。对应NIEC61850的实时数据库，转换为IEC61850标准下PDIS类中X。，客户通过ACSI。由特定通信服务映射(SCSM)映射到所采用的具体协议栈。例如制造报文规范（MMS）等进行信息的传输。103协议报文通过网关进行读取，解析成遥测谣雠等变电站信息，由网关实现IEC61850标准信息模型的建立。这里仅以距离保护为例对网关的IEC61850模型实现进行说明，对于遥测，遥信，遥控，差动保护，过流保护等诸多变电站信息均可采用类似方法完成从103规约到IEC61850标准的映射。

由于IED生产厂商都采用103规约，但某些具体应用各有不同的处理方式，导致103规约的实现具有较大的差异性，而IEC61850具有较强的扩充性，因此，在绝大部分情况下，IEC61850协议标准有着至关重要的作用，其对于103规约可以做到映射以及转换，对工程实践具有一定的参考意义。在深入研究IEC60870-5-103和IEC61850信息模型的基础上，本方法研究了过渡时期变电站进行通信时，通过IEC协议标准，从而提高智能变电站通信的可靠性、安全性以及稳定性。

Claims

1.一种智能电网报文传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的智能电网报文传输方法，其特征在于：IEC61850标准下的变电站自动化系统的功能逻辑分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层；间隔层由保护单元和测控单元组成，间隔层包括各种能独立完成某种功能的二次设备，且具有与外部进行数据交换的能力；网关所接受的间隔层信息包括各种保护和测控信息。