CN109274688A - 一种变电站规约转换功能的设计与实现方法 - Google Patents

一种变电站规约转换功能的设计与实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，在IEC60870‑5‑103规约通道下配置虚拟IED的ID映射表；在IEC60870‑5‑103规约中创建代理IED，实现与虚拟IED之间的映射关系；在IEC60870‑5‑103规约中构建代理IED数据传输模块，实现与监控***的实际规约数据传输；设计IEC60870‑5‑103规约定时分发模块，将监控***与现场IED之间的通信数据定时分发至代理IED处理；实现规约转换过程中的数据传输。本发明规避了发送表或信息点表的配置，减少了数据资源的占用，可以规避发送表配置错误导致的数据传输错误问题，极大地提高了传输效率，满足了监控***对变电站内不同现场IED的数据采集与监控，实现了通信规约和通信方式的统一和兼容，有利于实现变电站自动化***内设备的互换性和互操作性。

Description

一种变电站规约转换功能的设计与实现方法
技术领域
本发明属于电力***变电站自动化管理技术领域，具体涉及一种变电站规约转换功能的设计与实现方法。
背景技术
规约转换是变电站自动化***的一个重要组成部分，在整个变电站自动化***监控***与终端设备之间起着承上启下的作用。变电站规约转换设备的基本功能是通过与站内智能电子设备(IED)通信的建立，实现变电站内数据的采集和对IED的控制操作；同时，通过标准的电力行业通信规约与监控***进行通信，完成站内数据的上送和监控***操作命令的执行。因此，通过规约转换实现通信规约和通信网络的统一和兼容，有利于实现变电站自动化***内设备的互换性和互操作性，提升自动化水平，也有利于完成旧站向无人值守站模式的改造。
目前的变电站自动化***中，多种通信规约和通信方式并存，且部分规约存在着无相关行业标准支撑的情况，要实现监控***对站内所有IED的直接通信和站内数据的全方位监视，存在着比较大的难度。如果要对站内所有IED的通信规约和通信方式进行统一，存在涉及的厂家和设备种类繁多、工作推进相对较慢的问题。因此，设计一种将不同通信规约转换为统一的具备电力行业标准的通信规约的方法，具有较大的实用价值。
发明内容
针对现存的变电站自动化***多种通信规约和通信方式并存、监控***与IED直接通信难的问题，本发明提出了一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，即：在与监控***通信的IEC60870-5-103规约中设计代理IED、设计IEC60870-5-103规约中代理IED与虚拟IED映射表、构建IEC60870-5-103规约运行时代理IED对象创建机制、设计IEC60870-5-103规约的事项及任务分发机制，将不同的通信规约转换为标准IEC60870-5-103规约。本发明所采用的技术方案如下：
一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，包括以下步骤：
步骤1、在IEC60870-5-103规约通道下配置虚拟IED的ID映射表，根据需要进行规约转换的虚拟IED情况进行ID映射表的添加和配置；
步骤2、在IEC60870-5-103规约中创建代理IED，代理IED用于实现与虚拟IED之间的映射关系；
步骤3、在IEC60870-5-103规约中构建代理IED数据传输模块，用于实现与监控***的实际规约数据传输；
步骤4、设计IEC60870-5-103规约定时分发模块，用于将监控***与现场IED之间的通信数据定时分发至代理IED处理；
步骤5、通过虚拟IED及ID映射表、代理IED、代理IED数据传输模块、IEC60870-5-103规约定时分发模块，实现规约转换过程中的数据传输。
优选地，步骤1中进行ID映射表的添加和配置的具体方法是：ID映射表中需配置虚拟IED的全局唯一ID号和虚拟IED的地址，全局唯一ID号用来关联现场IED，虚拟IED的地址用来维护IEC60870-5-103规约通信链路。
优选地，步骤2所述的创建代理IED的创建依据是映射表中配置的每个虚拟IED的全局唯一ID号，创建代理IED的事项、任务队列，实现代理IED与监控***之间的数据传输。
优选地，步骤3所述的代理IED数据传输模块中包含多个实现函数，用于向监控***传输规约数据并处理监控***下发的各种命令操作。
优选地，步骤4所述的IEC60870-5-103规约定时分发模块通过定时循环函数实现，该定时循环函数通过毫秒定时器控制调用周期。所述的定时循环函数包含两个子函数，一个用于分发命令、操作任务和任务响应，一个用于分发遥信变位、SOE事项信息。
优选地，步骤5所述的实现规约转换过程中的数据传输的流程如下：
对于监控***查询现场IED基本信息的请求，规约转换设备通过代理IED与虚拟IED的一一对应关系，把对应虚拟IED采集到的现场IED的基本信息直接按照IEC60870-5-103规约格式进行响应；现场IED上送的变位事项信息，虚拟IED采集到后提交至全局事项队列，规约转换设备的定时分发模块定时从全局事项队列获取，并根据其属性中的全局唯一ID号将其分发至对应的代理IED，由代理IED完成向监控***的传输；对于监控***下发的遥控、定值操作等命令，代理IED形成任务，并将其提交至全局任务队列，通信规约从全局队列获取到任务后，将命令下发至现场IED，现场IED确认或执行后返回的任务同样先提交至全局任务队列，规约转换设备的定时分发模块将返回的任务分发至对应的代理IED任务队列，由代理IED按照IED60870-5-103规约格式对监控***进行响应。
本发明的有益效果：
1)规约转换装置采用IEC60870-5-103规约与监控***通信时，多采用发送表或信息点表的方式进行数据传输及功能实现，本发明采用的规约中设计代理IED方式，规避了发送表或信息点表的配置。
2)当需要进行规约转换的现场IED数量较多时，发送表或信息点表容量较大，占用数据资源较多，本发明减少了数据资源的占用。
3)人工配置发送表信息，尤其是数据量较多时，易出现配置错误问题，本发明可以规避发送表配置错误导致的数据传输错误问题。
4)传统的规约转换方式中，事项、任务的转发需要对发送表或信息点表中的所有信息进行检索过滤比较，尤其转发信息量过多时，效率比较低，本发明采用的定时分发模块，根据虚拟IED的全局唯一ID标识号直接分发，极大地提高了传输效率。
5)本发明满足了监控***对变电站内不同现场IED的数据采集与监控，实现了通信规约和通信方式的统一和兼容，有利于实现变电站自动化***内设备的互换性和互操作性，提升其自动化水平，具有较大的实用价值。
附图说明
图1是本发明的功能设计与实现原理示意图；
图2是本发明的逻辑流程框图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。如图1所示，是本发明的功能设计与实现原理示意图。本发明在原有的规约转换设备与监控***之间设计增加了规约转换功能模块，智能电子设备IED(现场IED)通过规约转换设备与监控***之间进行数据交互时，通过设计增加的规约转换功能模块，将不同的通信规约转换为标准IEC60870-5-103规约，提升了自动化管理水平。具体功能与原理描述如下：
1)规约转换设备采用各种与现场IED通信的规约，通过串口或以太网等通信媒介与现场IED建立通信，每个现场IED在与规约转换设备通信时对应添加一个虚拟IED，并且每个虚拟IED的ID号全局唯一。
2)规约转换设备设计有全局事项队列和全局任务队列，每个现场IED产生的变位事项均添加至全局事项队列，对现场IED进行的命令操作通过任务的方式实现，形成的任务添加至全局任务队列，添加至队列的事项或任务均带有各个虚拟IED的全局唯一ID号等属性标识。
3)本发明设计的规约转换功能模块可实现将各种不同的与现场IED通信的规约转换为IEC60870-5-103规约，通过串口通道等通信媒介，与监控***通信，实现监控***要求的功能。在与监控***通信的通道下配置虚拟IED的ID映射表，规约转换模块初始化运行时，映射表中的每个ID号创建一个代理IED，每个代理IED除了可以传输现场IED的基本信息外，还创建各自的事项队列、任务队列。
4)本发明在实现规约转换功能时，设计了定时分发功能模块(事项、命令操作)，将全局事项队列、全局任务队列中的信息，根据全局唯一ID号进行区分，定时分发至对应代理IED的事项队列和任务队列，实现向监控***的传输和响应。
如图2所示，是本发明的逻辑流程框图。一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，包括以下步骤：
步骤1、在IEC60870-5-103规约通道下配置虚拟IED的ID映射表，根据需要进行规约转换的虚拟IED情况进行ID映射表的添加和配置。根据功能设计，ID映射表中需能够配置虚拟IED的全局唯一ID号和虚拟IED的地址，全局唯一ID号用来关联实际的IED，虚拟IED的地址用来维护IEC60870-5-103规约通信链路。
在每一路与监控***通信的IEC60870-5-103规约通道下添加一个映射表，在映射表中对虚拟IED的ID号和虚拟IED的地址进行配置，不同映射表中虚拟IED的ID号不重复配置。该处理方式可以对需要进行规约转换的虚拟IED进行灵活配置，并且映射表数量根据通信通道数量确定，可有效解决同一路通信通道虚拟IED数量过多时通信效率较低的问题。
步骤2、在IEC60870-5-103规约中创建代理IED，代理IED用于实现与虚拟IED之间的映射关系。创建依据是映射表中配置的每个虚拟IED的全局唯一ID号，创建代理IED的事项、任务队列，实现代理IED与监控***之间的数据传输。IEC60870-5-103规约模块初始化运行时，读取ID映射表配置，实现代理IED与虚拟IED的一一对应，并且对可配置的规约参数、定时器时限等进行设定。
步骤3、在IEC60870-5-103规约中构建代理IED数据传输模块，该模块用于实现与监控***的实际规约数据传输。代理IED数据传输模块各功能通过代理IED类来实现，在构造代理IED类的时候进行事项队列、任务队列、定值信息等队列的创建，并在创建时根据现场IED信息传输速度和规约转换装置处理能力定义队列的大小。在代理IED数据传输模块中包含多个实现函数，用于向监控***传输规约数据并处理监控***下发的各种命令操作。
规约初始化运行时，读取映射表配置，创建代理IED，建立与虚拟IED的一一对应关系；同时，创建代理IED的事项队列、任务队列等。监控***发起的IEC60870-5-103规约格式的通信，均交由代理IED去处理，每个代理IED的队列是独立的，队列的大小根据现场IED信息传输速度和规约转换装置处理能力确定。该处理方式可避免无规约实例运行时，多余代理IED的创建，减少对***资源的消耗，同时，将每个代理IED的通信和数据传输进行独立，防止信息混淆和误发。
步骤4、设计IEC60870-5-103规约定时分发模块，该模块用于将监控***与现场IED之间的通信数据定时分发至代理IED处理。
定时分发模块通过定时循环函数实现，该函数通过毫秒定时器控制调用周期，该函数主要包含两个子函数，一个用于分发命令、操作等任务和任务响应，一个用于分发遥信变位、SOE事项等信息。为避免有任务未能正常结束，影响后续正常通信和功能的实现，任务时限可以进行配置，保证到达时限后未正常结束的任务得到及时释放。
监控***下发的各种命令，IEC60870-5-103规约以任务的方式实现，任务以及虚拟IED上送的信息IEC60870-5-103规约采用定时分发模块分发至对应的代理IED，通过代理IED实现与监控***的通信传输。定时分发模块，时间设定上应满足监控***对信息采集和命令执行时间精度的要求，现场IED上送的事项、定值等信息，根据唯一的虚拟IED的ID号信息分发至对应的代理IED，由代理IED完成向监控***的传输，遥控、定值操作等命令通过任务下发至代理IED，通过与现场IED的对应关系，交由代理IED进行确认或执行，确认或执行后返回的任务同样由代理IED对监控***进行响应。该处理方式可有效保证规约数据传输的时效性，同时各个现场IED之间的数据互不影响，保证了数据传输的准确性。
步骤5、通过虚拟IED及ID映射表、代理IED、代理IED数据传输模块、IEC60870-5-103规约定时分发模块，实现规约转换过程中的数据传输：对于监控***查询现场IED基本信息的请求，规约转换设备通过代理IED与虚拟IED的一一对应关系，把对应虚拟IED采集到的现场IED的基本信息直接按照IEC60870-5-103规约格式进行响应；现场IED上送的变位事项信息，虚拟IED采集到后提交至全局事项队列，规约转换设备的定时分发模块定时从全局事项队列获取，并根据其属性中的全局唯一ID号将其分发至对应的代理IED，由代理IED完成向监控***的传输；对于监控***下发的遥控、定值操作等命令，代理IED形成任务，并将其提交至全局任务队列，通信规约从全局队列获取到任务后，将命令下发至现场IED，现场IED确认或执行后返回的任务同样先提交至全局任务队列，规约转换设备的定时分发模块将返回的任务分发至对应的代理IED任务队列，由代理IED按照IED60870-5-103规约格式对监控***进行响应。

Claims (7)

1.一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在IEC60870-5-103规约通道下配置虚拟IED的ID映射表，根据需要进行规约转换的虚拟IED情况进行ID映射表的添加和配置；
步骤2、在IEC60870-5-103规约中创建代理IED，代理IED用于实现与虚拟IED之间的映射关系；
步骤3、在IEC60870-5-103规约中构建代理IED数据传输模块，用于实现与监控***的实际规约数据传输；
步骤4、设计IEC60870-5-103规约定时分发模块，用于将监控***与现场IED之间的通信数据定时分发至代理IED处理；
步骤5、通过虚拟IED及ID映射表、代理IED、代理IED数据传输模块、IEC60870-5-103规约定时分发模块，实现规约转换过程中的数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，步骤1中进行ID映射表的添加和配置的具体方法是：ID映射表中需配置虚拟IED的全局唯一ID号和虚拟IED的地址，全局唯一ID号用来关联现场IED，虚拟IED的地址用来维护IEC60870-5-103规约通信链路。
3.根据权利要求2所述的一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，步骤2所述的创建代理IED的创建依据是映射表中配置的每个虚拟IED的全局唯一ID号，创建代理IED的事项、任务队列，实现代理IED与监控***之间的数据传输。
4.根据权利要求3所述的一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，步骤3所述的代理IED数据传输模块中包含多个实现函数，用于向监控***传输规约数据并处理监控***下发的各种命令操作。
5.根据权利要求1－4任一项所述的一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，步骤4所述的IEC60870-5-103规约定时分发模块通过定时循环函数实现，该定时循环函数通过毫秒定时器控制调用周期。
6.根据权利要求5所述的一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，所述的定时循环函数包含两个子函数，一个用于分发命令、操作任务和任务响应，一个用于分发遥信变位、SOE事项信息。
7.根据权利要求6所述的一种变电站规约转换功能的设计与实现方法，其特征在于，步骤5所述的实现规约转换过程中的数据传输的流程如下：
对于监控***查询现场IED基本信息的请求，规约转换设备通过代理IED与虚拟IED的一一对应关系，把对应虚拟IED采集到的现场IED的基本信息直接按照IEC60870-5-103规约格式进行响应；
现场IED上送的变位事项信息，虚拟IED采集到后提交至全局事项队列，规约转换设备的定时分发模块定时从全局事项队列获取，并根据其属性中的全局唯一ID号将其分发至对应的代理IED，由代理IED完成向监控***的传输；
对于监控***下发的遥控、定值操作等命令，代理IED形成任务，并将其提交至全局任务队列，通信规约从全局队列获取到任务后，将命令下发至现场IED，现场IED确认或执行后返回的任务同样先提交至全局任务队列，规约转换设备的定时分发模块将返回的任务分发至对应的代理IED任务队列，由代理IED按照IED60870-5-103规约格式对监控***进行响应。
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