广东]业大学硕士学位论文 1.1.5过渡期电力通信体系 虽然从长远看，IEC61850终将取代原有的通信规约，但是建立无缝通信体系 的标准也并非一朝一夕所能完成的。从现有系统到IEC61850的转换，如果通过 对现有变电站的所有通信设备进行替换的方式进行，牵涉到变电站内相应设备的 硬件和软件的修改，这种方法就相当于要把变电站内大部分能正常工作的设备都 替换下来，代价高昂，对现有资源是一种极大的浪费。所以转换只能通过逐步替 换、扩展、改型来完成，现有系统与新系统之间必将有一个过渡期。在工程上实 现无缝通信体系需要经过多年的努力才有可能。在一个相当长的历史时期内，IEC TC57提出了一个各种通信协议并存的TC57参考通信体系（如图1-6所示）。 61970/61968-应用报文 61970/61968-公共信总模型(CIM) 61970组件接口规范模型(CIS) 61968 SIDMS SCADA 计算机间 数据链路 EMS Apps DMS Apps 61850 ACSI 60970-6 SCSM-1,-2 60870-5 61334 OSI协议栈 (ISO/TCP) 控制中心 61850站总线 RTU 61850过程总线 开关设备，变压器 变电站/现场设备 图1-6过渡期电力系统通信规约体系 Fig.1-6 the Transitional Period Communication Potocols System of Power Systemt2 1)从控制中心到控制中心采用OSI协议栈的IEC60870-6通过控制中心之间的数 据链路进行通信
广东?I：业大学硕士学位论文 1．1．5过渡期电力通信体系 虽然从长远看，IEC 61850终将取代原有的通信规约，但是建立无缝通信体系 的标准也并非一朝一夕所能完成的。从现有系统到IEC 61850的转换，如果通过 对现有变电站的所有通信设备进行替换的方式进行，牵涉到变电站内相应设备的 硬件和软件的修改，这种方法就相当于要把变电站内大部分能正常工作的设备都 替换下来，代价高昂，对现有资源是一种极大的浪费。所以转换只能通过逐步替 换、扩展、改型来完成，现有系统与新系统之间必将有一个过渡期。在工程上实 现无缝通信体系需要经过多年的努力才有可能。在一个相当长的历史时期内，IEC TC57提出了一个各种通信协议并存的TC57参考通信体系(如图1-6所示)12]。 61970，61968．应用报文 61970／61968．公共信息模型(CIM) 61970组件接口规范模型(cIs) 61968 SlDMS 计算机间 SCADA EMSApps DMS Apps 数据链路 61850 ACSI 60970-6 SCSM-1，-2 60870-5 61334 OSI协议栈 (ISo厂I℃P) 控制中心 61850站总线 RTU 61850过程总线 开关设备，变压器 变电站／现场设备 图1-6过渡期电力系统通信规约体系【：】 Fig．1-6 the Transitional Period Communication Potocols System of Power Systemt21 1)从控制中心到控制中心采用OSI协议栈的IEC 60870．6通过控制中心之间的数 据链路进行通信。 6
第一章绪论 2)现场装置到变电站、变电站到控制中心采用OSI协议栈的IEC61850ACSI和 SCSM-1,SCSM-2进行通信。 3)从变电站到控制中心采用EC60870-5系列标准的IEC60870-5-101,IEC 60870-5-102和通过采用0SI协议栈的IEC60870-5-104进行通信。 4)配电网系统采用IEC61334-4,IEC60870-5-101系列标准和TC13的IEC62056 进行通信。 5)从变电站到控制中心之间采用过IEC60870-6和专用通信协议进行通信。 6)现场装置到变电站、变电站到Web服务器，从Web服务器到Web客户之间， 采用OSI协议找的IEC61850ACSI和SCSM-1,SCSM-2进行通信。 7)从用户计量表到DMS的用户接口可采用TC13的62056和ANSI C12进行通信 四。 在过渡期，有这么多通信协议应用在电力系统不同的设备中，这些设备把采 集到的数据按各自的规约形式组织起来互相进行信息交换，为了理解信息交换方 设备的信息含义，必然要对彼此的规约作以映射和转换。 在EC61850规约出现以前，规约转换器已经广泛应用于传统规约的互相转 换。但是IEC61850规约最大的特点是面向对象建模，传统的规约转换器无论从 结构上还是功能上都不能满足新时期规约转换的要求了。研究和开发过渡期的新 型规约转换器，对于促进IEC61850规约在电力系统中的推广应用和旧变电站自 动化系统到新变电站自动化系统的平稳过渡具有重要的意义。 1.2传统规约向IEC61850规约转换研究现状 IEC61850规约文本发布以后，许多人进行了变电站数据建模、MMS协议和 SCL变电站配置语言等方面的研究和实践，这些论文对IEC61850规约文本的解 释和推广有很大帮助，同时也是本文研究工作的基础。但本文的切入点是传统规 约与IEC61850规约转换的研究，所以不对这些论文展开详细讨论。 虽然传统规约之间的规约转换器已经作为成熟的产品应用了很多年，但由于 IEC61850规约出现时间并不久，所以传统规约与IEC61850转换的研究及相关论 文还不多，现将已有方法和论文归纳总结如下。 文献[5]中，设计了用于CAN总线和RS485总线向以太网转换的接口转换卡， 7
第一章绪论 2)现场装置到变电站、变电站到控制中心采用OSI协议栈的IEC 61850 ACSI和 SCSM一1，SCSM．2进行通信。 3)从变电站到控制中心采用IEC 60870．5系列标准的IEC 60870．5．101，IEC 60870—5—102和通过采用OSI协议栈的IEC 60870．5—104进行通信。 4)配电网系统采用IEC 61334—4，IEC 60870．5．101系列标准和TCl3的IEC 62056 进行通信。 5)从变电站到控制中心之间采用过IEC 60870—6和专用通信协议进行通信。 6)现场装置到变电站、变电站到Web服务器，从Web服务器到Web客户之间， 采用OSI协议找的IEC 61850 ACSI和SCSM．1，SCSM．2进行通信。 7)从用户计量表到DMS的用户接口可采用TCl3的62056和ANSI C12进行通信 [21 o 在过渡期，有这么多通信协议应用在电力系统不同的设备中，这些设备把采 集到的数据按各自的规约形式组织起来互相进行信息交换，为了理解信息交换方 设备的信息含义，必然要对彼此的规约作以映射和转换。 在IEC 61 850规约出现以前，规约转换器已经广泛应用于传统规约的互相转 换。但是IEC 61850规约最大的特点是面向对象建模，传统的规约转换器无论从 结构上还是功能上都不能满足新时期规约转换的要求了。研究和开发过渡期的新 型规约转换器，对于促进IEC 61 850规约在电力系统中的推广应用和旧变电站自 动化系统到新变电站自动化系统的平稳过渡具有重要的意义。 1．2传统规约向IEC61 850规约转换研究现状 IEC61850规约文本发布以后，许多人进行了变电站数据建模、MMS协议和 SCL变电站配置语言等方面的研究和实践，这些论文对IEC61850规约文本的解 释和推广有很大帮助，同时也是本文研究工作的基础。但本文的切入点是传统规 约与IEC61850规约转换的研究，所以不对这些论文展开详细讨论。 虽然传统规约之间的规约转换器已经作为成熟的产品应用了很多年，但由于 IEC 61 850规约出现时间并不久，所以传统规约与IEC61 850转换的研究及相关论 文还不多，现将已有方法和论文归纳总结如下。 文献[5】中，设计了用于CAN总线和RS。485总线向以太网转换的接口转换卡， 7
广东工业大学硕十学位论文 编写了相关接口转换程序，构建了基于以太网的无缝通信系统的硬件平台。并在 此基础上提出了一个基于MMS通信协议及以太网的变电站自动化系统设计方 案。 文献[6]中，对如何将采用旧通信规约的远动系统纳入新型网络化远动系统体 系结构进行了尝试。选取IEC60870-5-101规约和CDT规约作为代表，对其接入 IEC61850的方法进行了研究。并运用IEC61850的建模方法把通过101或者CDT 规约上传的数据用IEC61850数据模型进行组织，为IEC60870-5-101和CDT远 动通信规约向IEC61850规约的转化打下基础。 文献[7]中，以CDT规约作为传统规约的代表，以IEC61850标准的实现为基 础，研究了CDT规约向IEC61850转换理论，并设计出一个转换网关，应用串口 通信、信息建模以及XML等技术实现其转换过程。文献[8]中，以IEC61850规 约文本中给出的一个变电站实例，进行数据建模和CDT到IEC61850的转换网关 设计。 文献[9]中提出了转换器和非转换器两种转换策略，其实质分别是以规约映射 为核心的转换器和以公共数据库为核心的转换器。 文献[10]中对IEC61850标准和IEC60870-5-103规约从通信结构模型、信息 模型、报文类型和传输规则等方面进行了比较，为IEC60870-5-103规约向IEC 61850规约的转换打下了基础。 文献[11]中提出基于IEC61850和制造报文规范的远动系统的网络结构与通信 模型。为了解决现有远动系统到新型远动系统的平稳过渡，设计了基于IEC61850 与制造报文规范的网关的软件结构和数据与服务模型，并给出传统远动规约CDT 和104与抽象通信服务接口之间映射的实现方法。另外，结合基于IEC61850的 电力远动通信的需要，对制造报文规范的通信功能子集进行了设计与实现。 这些研究尚未给出完整的规约转换器设计方案，本文在这些工作的基础上， 进一步完善了传统规约向IEC61850规约转换的方法，运用软件工程的相关理论 设计出规约转换器的完整方案。 1.3本研究课题的来源及主要研究内容 本文针对常规远动规约向IEC61850规约过渡的现状，受广州市迎桦计算机系
广东工业大学硕士学位论文 编写了相关接口转换程序，构建了基于以太网的无缝通信系统的硬件平台。并在 此基础上提出了一个基于MMS通信协议及以太网的变电站自动化系统设计方 案。 文献[6】中，对如何将采用旧通信规约的远动系统纳入新型网络化远动系统体 系结构进行了尝试。选取IEC 60870．5。101规约和CDT规约作为代表，对其接入 IEC 61850的方法进行了研究。并运用IEC 61850的建模方法把通过101或者CDT 规约上传的数据用IEC 61850数据模型进行组织，为IEC 60870．5．10l和CDT远 动通信规约向IEC 61850规约的转化打下基础。 文献[7]中，以CDT规约作为传统规约的代表，以IEC 61850标准的实现为基 础，研究了CDT规约向IEC 61850转换理论，并设计出一个转换网关，应用串口 通信、信息建模以及XML等技术实现其转换过程。文献[8】中，以IEC 61850规 约文本中给出的一个变电站实例，进行数据建模和CDT到IE C61850的转换网关 设计。 文献[9】中提出了转换器和非转换器两种转换策略，其实质分别是以规约映射 为核心的转换器和以公共数据库为核心的转换器。 文献[10】中对IEC 61850标准和IEC 60870—5—103规约从通信结构模型、信息 模型、报文类型和传输规则等方面进行了比较，为IEC 60870．5．103规约向IEC 61850规约的转换打下了基础。 文献[1l】中提出基于IEC 61850和制造报文规范的远动系统的网络结构与通信 模型。为了解决现有远动系统到新型远动系统的平稳过渡，设计了基于IEC 61850 与制造报文规范的网关的软件结构和数据与服务模型，并给出传统远动规约CDT 和104与抽象通信服务接口之间映射的实现方法。另外，结合基于IEC 61850的 电力远动通信的需要，对制造报文规范的通信功能子集进行了设计与实现。 这些研究尚未给出完整的规约转换器设计方案，本文在这些工作的基础上， 进一步完善了传统规约向IEC 61 850规约转换的方法，运用软件工程的相关理论 设计出规约转换器的完整方案。 1．3本研究课题的来源及主要研究内容 本文针对常规远动规约向IEC 61 850规约过渡的现状，受广州市迎桦计算机系 8
第-章绪论 统有限公司的委托，开发CDT、101、104等规约与IEC61850规约转换的新型规 约转换器软件。 本文根据项目的需求，选定一种典型的变电站自动化系统作为作用对象，选 定IEC61850、CDT、101和104规约作为转换对象，选定IEC61850模型数据库 作为规约转换器扩展接口，以在这些基础上的新型规约转换器为主要实现目标。 文中详细论述了各规约的功能和结构，对比了传统规约与IEC61850规约的异 同点，并以此为理论基础研究CDT、101、104规约与IEC61850转换的程序。规 约转换器软件开发的路线遵循软件工程的一般步骤，先对规约转换器进行需求分 析，再采用面向对象的系统分析和设计方法，给出规约转换器软件的3个子模型 和详细设计方案，然后通过面向对象实现和软件测试，解决了调试中出现的一些 问题，最后通过实验室模拟运行的结果，分析验证了规约转换器软件的可靠性。 本文的内容安排为： 第一章为绪论，主要介绍IEC61850规约和规约转换器的背景，传统规约向 IEC61850转换的研究现状，以及本文的研究内容和文章结构。 第二章论述各规约的功能、结构和传输规则，采用分层的分析方法，对比各 规约的异同，建立规约间映射关系，作为规约转换器的理论基础。 第三章论述规约转换器的面向对象分析和设计，IEC61850规约的部分实现， 和CDT、101、104规约以IEC61850公共数据库为接口的接入方法。 第四章通过模拟运行得到了运行结果，测试了软件的性能。 最后为结论与展望。 9
第一章绪论 统有限公司的委托，开发CDT、101、104等规约与IEC 61850规约转换的新型规 约转换器软件。 本文根据项目的需求，选定一种典型的变电站自动化系统作为作用对象，选 定IEC 61850、CDT、101和104规约作为转换对象，选定IEC 61850模型数据库 作为规约转换器扩展接口，以在这些基础上的新型规约转换器为主要实现目标。 文中详细论述了各规约的功能和结构，对比了传统规约与IEC 61850规约的异 同点，并以此为理论基础研究CDT、101、104规约与IEC 61 850转换的程序。规 约转换器软件开发的路线遵循软件工程的一般步骤，先对规约转换器进行需求分 析，再采用面向对象的系统分析和设计方法，给出规约转换器软件的3个子模型 和详细设计方案，然后通过面向对象实现和软件测试，解决了调试中出现的一些 问题，最后通过实验室模拟运行的结果，分析验证了规约转换器软件的可靠性。 本文的内容安排为： 第一章为绪论，主要介绍IEC 61850规约和规约转换器的背景，传统规约向 IEC 61 850转换的研究现状，以及本文的研究内容和文章结构。 第二章论述各规约的功能、结构和传输规则，采用分层的分析方法，对比各 规约的异同，建立规约间映射关系，作为规约转换器的理论基础。 第三章论述规约转换器的面向对象分析和设计，IEC 61850规约的部分实现， 和CDT、101、104规约以IEC 61 850公共数据库为接口的接入方法。 、 第四章通过模拟运行得到了运行结果，测试了软件的性能。 最后为结论与展望。 9
广东工业大学硕十学位论文 第二章规约分析 本章先分析规约转换器的模型，划定转换规约的范围，再对此范围内的规约 逐一进行分析对比。 2.1规约转换器的模型 2.1.1作用对象模型 为了体现一般性，本文选用了过渡期变电站自动化系统的典型结构模型（分 布式和分散分布式结构的混合体)作为要研制的IEC61850规约转换器的作用对 象。如图2-1所示。 调度中心 61850 远动通道 61850 规 61850 61850模型数据库 换 CDT、101、104 103 继电保护 RTU 管理机 以太网 61850 电 变电站常规设备部分 IED 变电站智能设备部分 图2-1规约转换器作用对象模型 Fig.2-1 the Role of Object Model of Protocol Converter o
广东一I：业大学硕十学位论文 第二章规约分析 本章先分析规约转换器的模型，划定转换规约的范围，再对此范围内的规约 逐一进行分析对比。 2．1规约转换器的模型 2．1．1作用对象模型 为了体现一般性，本文选用了过渡期变电站自动化系统的典型结构模型(分 布式和分散分布式结构的混合体)作为要研制的IEC 61850规约转换器的作用对 象。如图2．1所示。 变 电 站 调度中心 61850 远动通道 61850 规 61850 约 转 61850模型数据库 ” 换 器 CDT、101、104 103 {王 {王 继电保护 ≮夕 RTU 管理机 【 以太网 0 {王 {王 61850 变电站常规设备部分 卜l l正。l 变电站智能设备部分 图2．1规约转换器作用对象模型 Fig．2—1 the Role of Object Model of Protocol Converter 10