CN114123482A

CN114123482A - 一种主厂站信息联调解耦方法

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Publication number: CN114123482A
Application number: CN202111111351.6A
Authority: CN
Inventors: 王宇; 徐长宝; 高吉普; 辛明勇; 祝健杨; 林呈辉; 张承模; 胡星; 吕黔苏; 文屹; 徐玉韬; 张历; 张俊杰; 刘斌; 李鑫卓; 古庭赟; 孟令雯; 代奇迹; 陈敦辉; 李博文
Original assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2021-09-18
Filing date: 2021-09-18
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本发明公开了一种主厂站信息联调解耦方法，包括IED仿真工具、模拟主站工具和多数据源离线处理工具，IED仿真工具连接到监控后台、远动装置和多数据源离线处理工具，模拟主站工具连接到远动装置和多数据源离线处理工具。本发明实现了调试模式上的创新，解决了传统调试模式中存在的弊端，使远动装置遥信配置校核工作离线化、机器化，使远动装置遥信配置校核工作更具完整性，缩短信息联调工作的调试时间，优化调试周期，可以使远动信息联调工作尽可能摆脱人为因素的干扰，大大解放了人力和时间，有效提高了变电站远动信息核对工作的效率和可靠性。

Description

一种主厂站信息联调解耦方法

技术领域

本发明涉及远动装置遥信配置快速校核技术领域，具体涉及一种主厂站信息联调解耦方法。

背景技术

变电站在现场调试环节一般不必再验证二次装置逻揖、通信等功能问题，而将重点放在施工正确性的验证上，采取模拟的方式进行验证，调试人员在现场设备施加电气模拟量和开关量检查监控***人机界面反应为主要手段，验证监控及远动***的正确性，此方法可同时检査电气二次回路接线的正确性、光纤连接和交换机配置的正确性以及人机界面制作的正确性。

随着变电站一、二次设备智能化技术的发展，变电站监控及远动***信号数量急剧上升。经统计一个500kV的变电站有数万个信号，信号更加细致和全面，在为分析诊断电网和设备故障提供便利的同时，也带来了信号维护工作量的成倍增长。

变电站监控***的现场对点以及主厂站之间的远动信息联调需要现场人员、监控人员与调度人员相互配合完成。一般是现场人员对监控的量测逐一施加模拟量或者触发状态量，监控人员予以监视现场确认，并与调度人员远方确认后再进行下一个。对点调试在现场调试环节占用了较大的人力、物力和工时。据调研，变电站对点工作量占整体调试工作的30％左右，主厂站对点一般要耗时3～6星期，操作人员劳动强度大，调试效率低。此外人工验收核对带来的信息遗漏、信息错误的风险，难以保证监控***信号的一致性和准确性，影响了对点调试质量。

目前，变电站远动信息联调必须在主厂站通讯通道联通后开始实施，这时往往临近变电站投运时间，工期非常紧张。另外，当前变电站现场调试结果基本上采用人工记录的方式，验收人员一般是查阅以前人工调试记录，并现场重复以前的试验，还是以人工方式为主，并没有一个验证***支撑验收工作，验收效率不高。此外对于一些新型设备来说，虽然经过实验室环境检测，但毕竟与现场存在出入，出于安全可靠需要，需要对现场重新安装的新***、新设备进行调试验证，但现阶段并没有相应的工具。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种主厂站信息联调解耦方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种主厂站信息联调解耦方法，该方法包括以下步骤：

(1)使用IED仿真工具及模拟主站工具的软件提前对数据网关机和监控后台进行扫描及校验，发现问题提前修正；

(2)使用IED仿真工具模拟站内间隔层设备，经数据网关机，与调度进行对点，同时接入监控后台，进行二次校核。

步骤(1)中详细方法为：在IED仿真工具导入点表和SCD文件，模拟站内间隔层设备，对全站信号进行扫描，回环数据网关机送往调度的104信号，回环监控后台告警记录文件，匹配生成以点表为参考的站内信号与调度信号的转发对应表，对转发对应表进行审核，发现问题，进行整改，再进行扫描，如此往复直到转发对应表正确无误。

步骤(1)中详细方法为：在IED仿真工具上导入SCD文件、点表、审核正确的转发对应表，由IED仿真工具触发信号，与调度进行对点，同时观察监控后台，进行二次校核。

IED仿真工具通过模拟IEC61850保护、测控装置的MMS服务端，经站控层网络向监控后台、远动装置的客户端发送MMS报文，IED仿真工具包括仿真运行模块、运行管理功能模块和模型解析功能模块，仿真运行模块通过MMS网络通信模块连接到客户端，运行管理功能模块连接到仿真运行模块和模型解析功能模块。

IED仿真工具的实现方法包括以下步骤：

(1)导入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依据Q/GDW 1396-2012 《IEC61850工程继电保护应用模型》构造仿真所需的数据模型，确定全站所有信号；

(2)仿真运行管理功能模块使仿真过程以手动测试或自动测试方式开展，自动测试方式主要实现全站信息的逐点发送，即全景信息扫描模式，保证模型解析出来的所有信号带着工具自动标记的、唯一且具有特定含义的SOE时间以全变0、全变1或自复位变化的变位设置按顺序动作一遍；手动测试自由配置测试策略，满足单点测试、多点测试、批处理、手动定义SOE时间的操作需求；

(3)仿真运行管理功能模块导入经过全站遥信配置离线核对流程后形成的实际映射表；

(4)仿真运行模块根据运行管理功能模块设置的发送策略，使仿真工具的报文输出按订制需求发送报文，且报文以设定的时间间隔连续发送；

(5)MMS网络通信模块依据IEC 61850中通信服务标准，保证仿真工具与客户端之间正常的MMS通信；

(6)仿真工具应对所有的MMS交互过程进行记录，并生成仿真工具记录文件。

在调度数据网接通之前，提前查找出数据网关机配置问题，过程如下：在模拟主站时，在模拟主站工具的软件上导入调度点表，并配置模拟主站(包括远动装置IP、模拟主站IP、厂站地址、网关、模拟主站掩码)，配置后，向数据网关机发起连接，并总召，与数据网关机实现正常104连接。

全站信号进行扫描包括遥测、遥信、遥控信号进行扫描和自动对点。

模拟主站工具主要实现模拟远方调度主站的功能，支持目前主流的电力远动规约，具备报文解析和记录存储功能，能够实时解析远动装置发出的104报文并将104地址、点号变位情况的存储为模拟主站记录文件。

与模拟主站连接的多数据源离线处理工具，对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作；多数据源离线处理工具能够自动输出两份文档，一份是调试报告，报告中呈现104地址、某一条信息在仿真工具记录文件、监控后台记录文件和调控信息表中的三个信息描述d1、d2、d3的内容及机器对三个信息描述d1、d2、d3之间匹配度的机器判断结果；另一份是实际映射表，表中呈现104地址和对应信号的数据路径；其中，调试报告供工程调试人员审阅，作为修改远动装置中错误配置的依据，还能同步发现SCD文件中 61850对象的描述错误或缺省问题，帮助集成商及时进行SCD的完善，实际映射表导入到 IED仿真工具中。

具体步骤为：

(1)采用IED仿真工具通过导入SCD文件，仿真所需的数据模型，进行预处理，确定全站所有遥信信号；

(2)采用IED仿真工具通过站控层网络向监控后台和远动装置按需发送带有特定SOE 时标的MMS报文，即进行全站试验时实现全景信息扫描；

(3)采用IED仿真工具在向监控后台和远动装置的客户端发送MMS报文的同时记录下操作记录，形成仿真工具记录文件；

(4)远动装置在收到MMS报文后，根据装置内部配置的遥信转发表，向模拟主站工具转发104报文；

(5)监控后台在收到MMS报文后，存储监控主机数据库配置的实时测点变化记录，形成监控后台记录文件；

(6)模拟主站工具对收到的104报文进行解析并记录104地址、变位情况，形成模拟主站记录文件；

(7)多数据源离线处理工具读取调控信息表、仿真工具记录文件、监控后台记录文件和模拟主站记录文件，根据SOE时标、104地址的要素的唯一性进行信号关联和核对；

(8)多数据源离线处理工具自动出具调试报告，供工程调试人员审核；

(9)多数据源离线处理工具给出经过测试验证的远动装置的实际映射表；

(10)实际映射表可导回至IED仿真工具，为后期站内与调度主站在线核对提供支撑。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明支持同时模拟整个站的间隔层设备的三遥功能，采用基于全站信号扫描的远动转发表快速生成技术，通过读取SCD文件获取厂站端全部遥信信号，并模拟产生信号变位，向远动装置和站内监控后台发送带有特定信息的全站MMS信号，加以记录，并模拟主站接收变位信息，呈现出远动装置内104信号与对应的61850模型文件中DO对象数据路径的配置关联，同时将调控信息对应表中的对应站内信息与监控后台实际呈现的告警信息关联起来，进而通过一致性核对来判断远动装置的配置是否正确。

附图说明

图1是遥信功能示意图；

图2是远动装置转发关系表生成过程图；

图3是IED仿真工具设计框架图；

图4是IEC104主站模拟***功能模块图；

图5是APDU结构图；

图6是U帧控制域格式图；

图7是I帧控制域格式图；

图8是S帧报文控制域示意图；

图9是I帧ASDU结构图；

图10是IEC104报文存入结构体IEC_APDU过程的流程图；

图11是U/S帧解析过程图；

图12是I帧解析过程图；

图13是U帧启动命令图；

图14是I帧总召命令图；

图15是数据网关机和监控后台扫描及校验接线图

图16是调度对点接线图；

图17是数据元素值组成图；

图18是MMS解码过程图；

图19是输入MMS对点表创建过程图；

图20是遥信模拟流程图；

图21是遥测模拟流程图；

图22是遥控模拟处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

本发明中IEC104主站模拟技术，具备104客户端功能，能够接受并解析数据网关机、间隔层设备上送的遥测、遥信报文，以及发送遥控命令，并同时记录测试过程。

MMS服务端模拟技术，具备仿真MMS服务端功能，可同时模拟整个站的间隔层设备的三遥功能。

远动转发表快速生成技术，IED信息全站扫描技术，快速、自动上送所有遥测和遥信信号，同时监控远动装置转发信息并导入监控后台记录文件，自动生成监控后台信息及远动信息对应关系。

一种主厂站信息联调解耦方法采用变电站远动信息智能联调装置，可同时接入104双网和MMS双网，真实再现现场应用场景。

实施例1、一种主厂站信息联调解耦方法，该方法包括以下步骤：

如图15所示，在IED仿真工具导入点表和SCD文件，模拟站内间隔层设备，对全站信号进行扫描，回环数据网关机送往调度的104信号，回环监控后台告警记录文件，匹配生成以点表为参考的站内信号与调度信号的转发对应表。对转发对应表进行审核，发现问题，进行整改，再进行扫描，如此往复直到转发对应表正确无误；

(2)使用IED仿真工具模拟站内间隔层设备，经数据网关机，与调度进行对点，同时接入监控后台，进行二次校核；

如图16所示，在IED仿真工具上导入SCD文件、点表、审核正确的转发对应表，由IED仿真工具触发信号，与调度进行对点，同时观察监控后台，进行二次校核。

配置模拟主站：在调度数据网接通之前，提前查找出数据网关机配置问题，过程如下：在模拟主站时，在模拟主站工具的软件上导入调度点表，并配置模拟主站(包括远动装置 IP、模拟主站IP、厂站地址、网关、模拟主站掩码)，配置后，向数据网关机发起连接，并总召，与数据网关机实现正常104连接，在调度数据网接通之前，预先查找出数据网关机配置问题，有助于后续定位问题，减少调度通道的时间。

遥信扫描校核与对点：遥信扫描校核、通过模拟站内间隔设备，自动扫描数据网关机遥信配置关系，接线方式如图16，遥信扫描结果统计如图17所示，此次遥信配置中，共有12项有配置问题(不包括错配)；

在调度通道搭建好后，如果使用该配置与主站进行对点，在遥信对点时将耗费大量的时间查找定位问题。而采用智能对点方式时，可以在调度通道搭建前，将数据网关机纳入校核对象，提前、准确、批量查找数据网关机的配置问题，为整个对点环节节约大量的时间。

针对扫描中发现的问题，进行问题定位：

A)核查配置完整性及生效问题

针对上述未扫描出对应关系的12个点表点号，与集成厂家、调试单位进行逐一核查，在12个点表信号均无站内站内对应信号。

B)核查配置错误问题

配置完整性及配置生效问题核查完毕后，即核查配置错误问题，与集成厂家及调试专家校核数据网关机配置。

经查，该站数据网网关机配置无误。

遥信对点：遥信对点接线方式如图2所示，通过IED仿真工具模拟IED加量，调度主站接收数据网关机上送的104信号，同时监视监控后台信息，与调度主站完成对点。

在进行遥信对点时，智能对点方式：

1)在调度网通道完善前就对数据网关机进行测试，核查数据网关机的配置错误，减少后续时间紧迫带来的压力；

2)极大减少遥信对点所投入的人力需求；

3)极大缩短遥信对点所需的时间。

遥测扫描校核与对点

遥测扫描校核：通过模拟站内间隔设备，自动扫描数据网关机遥测配置关系，接线方式如图2。

经校核，调控点表信号与站内信号对应关系正确，也么有漏配，遥测配置无误。

遥测智能对点：通过IED仿真工具模拟IED加量，调度主站接收数据网关机上送的104信号，同时监视监控后台信息，与调度主站完成对点。

在进行遥测对点时，智能对点方式：

2)极大减少遥测对点所投入的人力需求；

3)极大缩短遥测对点所需的时间。

遥控校核：提前校核遥控正确性，通过模拟主站，向数据网关机发送遥控命令；通过模拟主站软件发送遥控命令，查看监控后台光字牌的响应，接收数据网关机上送的开关变位信号，核验数据网关机配置的有效性及正确性。经查，麻屯变数据网关机遥控配置全部正确。

在进行遥控对点时，智能对点方式：

1)在调度网通道完善前就可对数据网关机进行测试，核查数据网关机的遥控配置错误，减少后续时间紧迫带来的压力；

2)遥控的验证涉及到整个信号回路，包括通过网关机下行遥控命令，由一次设备关联状态位置，传递位置信息，由网关机上送关联遥信，智能对点方式能提前对整个信号环节进行验证。

本发明的联调解耦方法能让单个远动信息联调时间由15～20秒降低至6～8秒，以110kV 变电站为例，约有50台IED(仅保护测控，不含合并单元和智能终端)、3000个遥信和遥测。按照监控***联动试验每日有效工作时间(主站调试人员无法全天投入调试)3小时计算，应用前后全站远动信息联调(不含厂家配置和消缺)时间由4.2～5.5日降低至1.7～2.2 日。

实施例2：如图2-3所示，一种远动装置遥信配置快速校核***，包括IED仿真工具、模拟主站工具和多数据源离线处理工具，IED仿真工具连接到监控后台、远动装置和多数据源离线处理工具，模拟主站工具连接到远动装置和多数据源离线处理工具。看到技术方案里涉及到了仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件和调控信息表这几个数据源，下文用f1，f2，f3和f4来代表这4个文件，以d1，d2，d3来表示某一条信息在f1，f2，f4中的信息描述。分析f1，f2，f3和f4中信息的描述要素可以发现，通过 SOE时标和104地址这两个具有唯一性的要素可以将所有文件串联起来。具体环节如图2 所示。

一切工作的基础就是调控信息对应表(即f4文件)。以某一条信息为例，从f4出发，根据它在f4中的104地址找到相同104地址在f3中的位置，从而确定这条信息的SOE时间；进而根据SOE时间在f1和f2中找到相同SOE时间的信息记录，这样就可以将同一个104地址和同一个SOE时间的信息在f1，f2，f4中的d1，d2，d3提取出来进行核对判断了。

由于集成商在制作SCD文件时对对象描述不规范，监控后台数据库测点描述是人工录入的等原因，d1，d2，d3这三者会存在对同一个信号描述不尽相同的情况。而调控信息联调工作的传统模式中，调试人员正是通过人工判断d2与d3是否代表一致的含义来判断远动装置转发是否正确。

若某条记录中d2和d3被判出代表一致的含义，则说明该条记录的104地址与SCD中DO对象数据路径已正确关联，这也正是远动信息联调工作的核心。

举一个简单的例子，根据某次试验后输出的调试报告可以看到对于104地址为233的点，d3和d2的描述不对应，说明远动装置对这个点存在错配的情况；而104地址为234 的点，按照调控信息表应该有2条站内对应信息，但是经测试发现只关联了一条站内信息，存在漏配的情况。类似的情况是在针对远动装置遥信配置的校核中需要发现的，这些关联不正确的情况应反馈给远动装置厂家工程人员加以修改。

IED仿真工具通过模拟IEC 61850保护、测控装置的MMS服务端，经站控层网络向监控后台、远动装置的客户端发送MMS报文，IED仿真工具包括仿真运行模块、运行管理功能模块和模型解析功能模块，仿真运行模块通过MMS网络通信模块连接到客户端，运行管理功能模块连接到仿真运行模块和模型解析功能模块。仿真工具设计框架见图3， IED仿真工具的实现方法包括以下步骤：

(1)导入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依据Q/GDW 1396-2012 《IEC61850工程继电保护应用模型》构造仿真所需的数据模型，确定全站所有信号，为调试***提供基础数据；

(2)仿真运行管理功能模块使仿真过程以手动测试或自动测试方式开展，自动测试方式主要实现全站信息的逐点发送，即全景信息扫描模式，保证模型解析出来的所有信号带着工具自动标记的、唯一且具有特定含义的SOE时间以全变0、全变1或自复位变化(先变1再变0)的变位设置按顺序动作一遍；手动测试自由配置测试策略，满足单点测试、多点测试、批处理、手动定义SOE时间的操作需求；

(3)仿真运行管理功能模块导入经过全站遥信配置离线核对流程后形成的实际映射表，为后期与真实的远方调度主站进行在线核对提供技术支撑；

(4)仿真运行模块根据运行管理功能模块设置的发送策略，使仿真工具的报文输出按订制需求发送报文，且报文以设定的时间间隔(如30ms)连续发送；

IEC104模拟主站工具主要实现模拟远方调度主站的功能，支持目前主流的电力远动规约(如DL/T6345104-2009《远动设备及***第5-104部分：传输规约采用标准传输协议子集的IEC 60870-5-104网络访问》)，具备报文解析和记录存储功能，能够实时解析远动装置发出的104报文并将104地址、点号变位情况的存储为模拟主站记录文件。

多数据源离线处理工具是调试***的大脑，实现对对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作。

多数据源离线处理工具能够自动输出两份文档，一份是调试报告，报告中呈现104地址、某一条信息在仿真工具记录文件、监控后台记录文件和调控信息表中的三个信息描述 d1、d2、d3的内容及机器对三个信息描述d1、d2、d3之间匹配度的机器判断结果；另一份是实际映射表，表中呈现104地址和对应信号的数据路径(reference)；其中，调试报告供工程调试人员审阅，作为修改远动装置中错误配置的依据，还能同步发现SCD文件中 61850对象的描述错误或缺省问题，帮助集成商及时进行SCD的完善，实际映射表导入到 IED仿真工具中，为后期辅助在线信息联调工作提供便利。

实施例3：一种远动装置遥信配置快速校核***的快速校核方法，该方法为：通过全景信息扫描的方式，获取完整的远动装置内已经配置的实际转发关系，通过判断这些转发关系与调控信息对应表中的内容是否一致来完成校核工作，理论上，一次厂站端DO对象的变位通过远动装置可以触发一次对应的104信息传递，通过读取SCD文件获取厂站端全部遥信信号，并模拟在极短时间间隔内逐一产生信号变位，向远动装置和站内监控后台发送带有特定SOE(事件顺序记录)时标的全站MMS信息，加以记录，利用SOE时间、104 点号的因子的唯一性使不同数据源的数据紧密关联起来，呈现出远动装置内104地址与对应的61850模型文件中DO对象数据路径的配置关联，以及将调控信息对应表中的对应站内信息与监控后台实际呈现的告警信息描述关联起来，进而通过一致性核对来判断远动装置的配置是否正确。

一种远动装置遥信配置快速校核***的快速校核方法实现对远动装置内全站遥信配置的离线快速校核过程的闭环调试，具体步骤为：

提出的远动装置遥信配置快速校核方法实现了调试模式上的创新，解决了传统调试模式中存在的弊端，具体体现在以下几个方面：

(1)使远动装置遥信配置校核工作离线化、机器化。依靠智能站远动信息智能调试***的IED仿真工具，摆脱了现场实际保护、测控等装置的约束，不受厂站端其他调试工作的影响；依靠模拟主站工具，摆脱了主站、厂站两端需要时刻保持通信的枷锁，解放了主站端工作人员的时间；

(2)使远动装置遥信配置校核工作更具完整性。通过IED仿真工具实现全站信息的全景扫描，避免了传统模式中人工核对可能出现遗漏核对的情况；

(3)缩短信息联调工作的调试时间，优化调试周期。核对工作的离线化开展模式支持信息联调工作不受其他调试工作的影响，可独立开展，不需要放在工程调试的末期；

由此可见，这样的模式创新可以使远动信息联调工作尽可能摆脱人为因素的干扰，大大解放了人力和时间，有效提高了变电站远动信息核对工作的效率和可靠性。

实施例4：如图4-14所示，模拟主站工具，包括报文接收模块、报文解析模块、报文模拟发送模块、通信模块、报文存储模块和人机交互界面；报文接收模块：通过通信模块接收远动机上送的IEC104报文，并用相应的数据结构对报文分类存储，并能将IEC104报文送至报文解析模块进行报文解析，或将原始报文保存于IEC104报文存储库中；报文解析模块：对IEC104报文进行分类解析，通过人机交互界面显示出原始报文和对于每一原始报文每一字节代表的报文含义，最终能将解析的IEC104报文中的信息值与变电站点表对应，传入IEC104报文存储库，产生主站对点表；报文模拟发送模块：对远动机发送的对时、总召、遥控、遥调等报文；报文存储模块：对原始IEC104报文、解析后的IEC104 报文进行实时存储，按照历史报文的类型和时间方式进行分类、查找、比较、分析，并能产生主站对点表；通信模块：与远动机建立TCP/IP连接，实现IEC104报文的接收和发送；人机交互界面：提供人机交互界面，对各个模块功能的集中展示，测试人员能够通过交互界面，读取收发的报文信息，以及报文解析的内容，通过调用IEC104存储库查找历史报文。模拟主站工具具备104客户端功能，能够接受并解析数据网关机、间隔层设备上送的遥测、遥信报文，以及发送遥控命令，并同时记录测试过程。

模拟IEC104主站报文接收模块实现方法如下：

根据IEC60870-5-104规定，调度主站与远动机之间通信分为双方对等通信和主从方式通信两种方式。本发明设计的模拟IEC104主站作为客户端，远动机作为服务器进行网络通信，实现了模拟IEC104主站与远动机之间的IEC104报文的接收和发送。

本发明依托QT平台实现网络编程，QT提供了QTCPSocket和QTCPServer两个类。分别用于实现TCP的客户端和服务器端。其中QTCPSocket和QTCPserver间接继承 QIODevice而来，能够使用QDataStream和QTextStream对网络数据进行读写操作。QT中采用信号与槽的消息机制进行网络编程，QObject类的Connect()函数将信号与槽进行关联起来。本发明自定义槽函数对QTCPSocket提供的connected()、disconnected()、readyRead() 信号进行响应。槽函数如表1所示。

表1信号与对应的自定义槽

槽函数	信号	函数功能描述
			void onConnectTCP()	connected()	响应TCP连接成功
onDisconnectTCP()	disconnected()	响应TCP连接失败
			Void onTcpReady()	readyRead()	响应接收新数据报文

模拟IEC104主站作为客户端进行网络通信实现过程如下代码所示：首先，使用QTCPSocket类创建相应的实例对象；其次，进行网络端口和IP地址配置，IEC104规定的端口号为2404；调用QTCPSocket类对象调用connectToHost()函数连接服务器；Connect() 函数将信号与槽关联；最后QTCPSocket类对象调用closeConnection()函数关闭TCP连接。

TCP连接成功，QTCPSocket对象发出conneted()信号；若连接失败，QTCPSocket对象发出error()信号；客户端接收到数据时，QTCPSocket对象发出readyRead()信号；当连接过程中出现错误时，QTCPSocket对象发出disconnected()信号。成功后，connected/error 信号对应的槽函数中添加相应的功能，实现TCP连接。

客户端与服务器连接成功后，当接收到数据时自定义槽函数onTcpReady()收到QTCPSocket对象发出的readyRead()信号。在onTcpReady()函数中调用QIODevice类的write()，read()函数与服务器进行读写数据。本发明为了保证IEC104数据块能够完整的传输，采用数据类型为quint64。

IEC104报文解析

IEC104报文由I帧、S帧、U帧三种格式的数据帧组成。U帧、S帧长度固定、结构较为简单。I帧是包含应用数据单元的数据帧，其长度不定，内容复杂。本发明对IEC104 报文进行解析时，对三种报文进行分类解析，同时将复杂的I帧结构，用对应的结构体进行存储，逐步简化最终完成解析。

IEC60870-5-104应用规约数据单元结构

IEC60870-5-104报文数据模型来源于开放***互联模型ISO-OSI，远动设备及***第 5-104部分：传输规约中规定，IEC60870-5-104数据帧仅有三层，分别对应网络ISO中的物理层、链路层、应用层。

IEC60870-5-104应用数据结构单元APDU对应网络传输中的应用层，由应用规约控制信息APCI和应用服务数据单元ASDU构成。基本的应用规约数据单元(APDU)有两种形式，一种仅由APCI组成，另一种由一个APCI和一个或多个ASDU组成。APCI占6个字节，有固定的结构，由起始字符68H，APDU长度、4个控制域构成。应用规约数据单元APDU 结构如图5所示。

应用规约控制信息APCI：IEC60870-5-104应用规约控制信息APCI由起始字符68H，APDU长度、4个控制域构成。

(1)第一个字节起始字符0x68转换为十进制即为104，表示传输报文为IEC104报文。

(2)第二个字节为APDU的长度，除去前两字节后APDU的长度，即为控制域和ASDU的长度之和。IEC60870-5-104报文的一个APDU长度被规定小于等于255个字节，所以 APDU的长度的值范围应在4-253内。

(3)四个控制域一共占四个字节，控制域包含了报文的收序、发序的控制信息以保证对报文不至丢失和重传，同时也包含了对报文控制信息如报文的传输启动、停止，报文的链路测试等。根据控制域意义和格式的不同，定义了三总不同类型的报文格式。其分别如下：Information Transmit Format(编号信息传输格式帧，简称I帧。Unnumbered controlfunction(不编号控制功能格式帧)，简称U帧。Numbered supervisory functions(编号监视功能格式帧)，简称S帧。

U帧具有控制功能，控制站采用通过U(STARTDT)(启动数据传输)和U(STOPDT)(停止数据传输)控制从站进行报文传输。同时当两站端报文传输达到最大空载超时时间t3时，控制站通过启动U(TESTFR)进行链路测试。其中U帧为无编号格式帧，不能对收发的报文进行计数的功能。图6为U帧控制域格式。

I帧报文用于有ASDU信息传输，I帧定义控制域为报文发送序列号和接收序列号构成，图7为I帧格式。

S帧报文具有编号信息监视功能。S帧定义由第一个八位位组控制域中第1位是否为1 和第2位是否为0决定。如图8所示为S帧控制域信息，只包含APCI数据。

应用服务数据单元ASDU：根据上述的介绍，IEC104报文中仅有I格式帧具有ASDU。I帧报文数据帧应用服务数据单元ASDU由数据单元标识、一个或多个信息体组成，其一般结构如图9所示。

数据单元标识包括了类型标识、可变结构限定词、传送原因、信息公共地址，下文对上述四类标识进行说明。

(1)类型标识

类型标识是对IEC104报文的ASDU类型进行标识，其占一个字节。本发明中模拟IEC10104主站模块报文解析功能主要针对子站向主站传送的过程信息，主站向子站传送的过程信息，子站到主站监视方向的***信息，以及主站到子站的控制方向的***信息，上述四个方面的信息在表2中罗列。104模拟主站报文解析模块实现了表2中的ASDU类型的报文信息的解析。

表2 IEC104的ASDU类型

(2)可变结构限定词

可变结构限定词占一个字节，1～7位表示信息体的个数，最高位表示信息体的排列方式，SQ为1表示ASDU中的信息体为连续的，前一个信息体地址加1得到后一个信息体地址。SQ为0表示ASDU中的信息体为离散的，每一个信息对象地址要在信息体中标识。

(3)传送原因

传送原因占两个字节。其中第一个字节是传送原因，1～6位为传送原因标识符；第7 位P/N为0时表示肯定确认，为1时表示否定确认。最高位T表示是否处于试验状态，T 为0时表示处于在试验状态，为1时表示此时的数值不处于试验状态。

第二个字节代表源发地址表示报文响应的主站地址，很少使用。一般不使用的情况将其置为0。

(4)信息公共地址

信息公共地址占两个字节，最高位字节为0，公共信息地址存储在低位的八位位组中，公共信息地址范围0～255之间。

I帧的应用数据服务单元ASDU信息体通常包括信息体地址、信息元素和信息体时标三个部分构成。信息体地址一般占3个字节。信息体个数大于1时，其组成形式分为两种：一种为信息体地址连续，此时只有第一个信息体有信息体地址，其他信息体不含信息体地址一项，其信息体地址上一个信息体地址加1得到；另一种为信息体地址离散，此时每一个信息体应包含信息体地址。

IEC104报文解析实现：IEC104报文解析实现分为两步首先，当IEC104模拟主站作为客户端接收到远动机上送的IEC104报文时，readyReady()信号发出，自定义的槽onTcpReady()接收信号。此时在函数onTcpReady()中将远动机上送IEC104报文存入自定义的结构体IEC_APDU中。然后，针对IEC104对应的不同格式帧进行分类，对不同的格式帧调用不同的解析函数，最终完成解析。

(1)结构体IEC_APDU

IEC104报文中U帧、S帧格式简单仅具有APCI部分，APCI具有相同的顺序结构。I 帧除了具有APCI还具有应用数据单元ASDU，不同类型的ASDU其信息体的个数、长度、内容都存在很大的差异，用统一的结构体存储IEC104各类报文信息存在一定的难度。但若采用多个结构体对IEC104各类报文分别定义，解析过程将复杂化，同时解析时速度也将受到影响。本发明在设计结构体IEC_APDU对IEC104报文进行存储时，采用了联合体的思想，使得不同类型的数据帧都能被存储入结构体中。

通过对报文报头，APDU长度过滤除IEC104外的其他数据帧，将IEC104数据帧存储于结构体IEC_APDU中。具体存储过程：TCP连接成功后定义结构体IEC_APDU对象，利用QTcpSocket中read()函数将IEC104数据帧，逐一存入IEC_APDU中，首先将报文头存入APDU.start中判断是否0x68，如果是继续报文第二字节存入APDU，如果不是则返回进行继续新一轮的读取报文。报文第二个字节存入APDU.Length中，判断长度是否小于4，若小于4则返回继续新一轮报报文读取，否则IEC104报文剩余数据帧读入IEC_APDU中，如图10所示。

不同I帧的ASDU数据标识单元具有相同的组成顺序，本发明定义了结构体 IEC_ASDU_TYPE，它包含I帧ASDU数据标识单元，其定义如下：

(2)ASDU信息体结构

I帧的ASDU结构复杂的原因是信息体地址分为离散和连续，以及信息元素的长度、内容不同。下文对单点信息(型标识＜1＞∶M_SPNA1)为例详细介绍I帧的ASDU的信息体结构和内容，进而介绍本发明IEC104报文存储数据结构IEC_APDU设计过程。

单点信息信息体分为离散和连续两种，表3为SQ＝0，信息体地址离散的单点信息ASDU结构。表4为SQ＝1，信息体地址连续的单点信息ASDU结构。表3中每一个信息体都由占三字节的信息地址和一个字节的信息元素两部分构成。表4中第一个信息体由一个占3个字节的信息地址和信息元素组成，后面N-1个信息体仅有N-1个信息元素构成，其信息地址为前一个信息地址加一得到。

表3 SQ＝0离散型ASDU

表4 SQ＝1连续型ASDU

信息元素各位定义如下：

第一位SPI∶＜0-1＞，＜0＞∶＝OFF开，＜1＞∶＝ON合；

第二至第四位为固定值零；

第五位BL∶＜0-1＞，＜0＞∶＝未被封锁，＜1＞∶＝被封锁；

第六位SB∶＜0-1＞，＜0＞∶＝未被取代，＜1＞∶＝被取代

第七位NT∶＜0-1＞，＜0＞∶＝当前值，＜1＞∶＝非当前值

第八位IV∶＜0-1＞，＜0＞∶＝有效，＜1＞∶＝无效

不同类型的ASDU通过ASDU首字节标识，不同类型的ASDU具有不同的信息元素，信息元素的长度、内容差别，难以用同一个结构体来进行统一定义。本发明在报文解析实现过程中，对不同类型的ASDU的信息元素通过不同的结构体对其分别定义，如单点信息的信息元素用结构体IEC_TYPE1定义、双点遥信的信息元素用IEC_TYPE3定义、步位信息的信息元素用IEC_TYPE5定义等等。上文中介绍了模拟IEC104主站软件模块所用到的 ASDU的类型，本发明都对其信息元素用结构体进行了定义。以下为单点信息的信息元素所对应的结构体，结构体中的参数与单点信息信息元素内容一一对应：

本发明定义的IEC104报文存储结构体IEC_APDU中的变量start、length、NS、NR按照APDU中APCI的组成顺序依次对应报头、ASDU长度、发序、收序；IEC_APDU中的数据类型IEC_ASDU为本发明定义的ASDU数据单元标识部分；IEC_APDU的联合体SQL 部分对应I帧ASDU的信息体部分。

IEC_APDU的联合体SQL的省略部分为不同类型的ASDU的信息体对应的结构体。本发明根据不同信息标识符将信息体元素定义为不同的数据结构体如上文介绍的结构体IEC_TYPE1代表单点遥信信息内容。本发明中了定义的强大的数据结构IEC_APDU，在读取I帧报文中时将不同类型的ASDU用此结构体进行存储。

IEC_APDU最大的特点就是结构体中的联合体SQL，由于联合体根据不同存储变量进行动态的分配内存，在对不同类型的ASDU进行存储时，其信息体能分别存入对应的结构体中。

上述结构体对离散型单点遥信、连续型单点遥信分别进行解析。离散型的单点遥信 SQ＝0存储时，由于离散型单点遥信每个信息体由一个信息地址和信息内容组成，在调用 IEC_APDU结构对其进行存储时，联合体根据实际进行内存分配，此时联合体实际上使用结构体数组nsq1[]对每一个离散型的信息体进行存储，每一个nsq1[]的数组元素包含了高地址位ioa16、低地址位ioa16、iec_type1类型变量obj，分别对应一个离散单点遥信信息体的信息体地址、信息元素。

连续型的单点遥信SQ＝1存储时，联合体根据实际进行内存分配，此时联合体实际使用结构体sq1对连续的信息体进行存储。结构体sq1的ioa16、ioa8对应连续单点信息第一个信息体的信息地址，iec_type1类型的数组obj[]对应存储连续信息体的N个信息元素。

(3)U帧、S帧解析

U帧、S帧模块控制域为APCI的第3字节位置，包括控制信息(V－生效(激活)C－确认)，命令(TEST－测试STOP－停止START－启动)。U、S帧的解析首先判断控制域第一位IEC_APDU->NS的值，当模拟主站接收到的报文为请求启动帧和测试帧时，输出解析的报文信息，再向子站发送发送确认请求帧和链路确认帧进行确认，最后结束报文解析。其余情况输出解析的报文信息，结束该报文的解析，如图11所示。

(4)I帧解析

I帧的解析过程是将I帧APDU依次存储对应的数据结构IEC_APDU中，再对其进行逐一解析，具体流程为：首先，解析APCI中报文的传输序号；接着，解析IEC_APDU中的结构体IEC_ASDU_TYPE，IEC_ASDU_TYPE中存储了I帧ASDU头信息，将类型、可变结构、传输原因、公共信息体地址依次解析；最后，判断通过SQ判断信息体类型，分别读取信息体地址；解析出根据不同的数据结构对应不同类型的信息体，解析出具体的信息内容。图12为I帧解析过程图。

IEC104报文存储库：本发明设计的IEC104报文存储库能对报文获取模块获取的原始报文进行实时存储，对解析后的IEC104报文进行分类存储。软件操作人员可以对存储报文进行历史浏览、查找、删除、产生柱形图进行比较等功能。IEC104报文存储库应同时具备历史数据库和实时数据库的功能。

***的数据存储方法：电力部门企业的数据具有高度实时性的特点，因此所有实时数据都需要随被控对象的状态的变化而做出相对应的变化。面对该实时性的数据，比如需要采集1000点的且都为32bit浮点型数据，其采集的频率为0.2Hz，则一天的数据量为1000* (60*0.2)*60*24*4/1024＝67500K，约为67.5M的数据量，且这些数据都是日复一日的不断递增和变化的数据。而传统的关系型数据库并不能满足该需求，实时数据库则满足该需求。实时数据库是数据库***发展的一个分支，它适用于处理不断更新和快速变化的数据以及具有时间限制的事务处理的情况。

本发明所设计的***，其基本需求是需要将从电力信息***中所获取的数据报文，进行实时的记录，并随时对其进行查询和应用。***可以实现将这些数据进行统计分析，形成数据表或趋势曲线等功能。对于实时数据记录的功能需求，本发明采用实时数据库的存储方法，同时鉴于目前国内比较流行的实时数据库产品价格十分昂贵，单以此需求而去专门购买一套实时数据库产品的思路显得过于浪费。因而，本设计通过研究实时数据库的设计理念和功能特点，并结合本***特定的需求，自行设计、研发了一款内存数据库，通过将数据全部放入内存，实现实时存储和处理该内存中的数据。同时，引入传统的关系型数据库，将从内存数据库实时获取的数据，通过***的自动调度***进行存储，最终实现对历史数据的统计分析等处理过程。

传统的关系型数据库存储时通过操作磁盘I/O，将数据存入磁盘中，而内存数据库则是将数据直接放入内存中，因此其读写速度要高出约5个数量级。由于内存中的数据具有易失性，即当***断点后，保存在内存中的数据将会立即消失，即使在通电后也并不会恢复。因此，本***可通过关系型数据库将这些数据进行及时的保存，最大限度地减少内存丢失数据。

本***只需要实时的记录数据报文的描述信息、极性、生数据、数据值和质量位。因此，只需要设计一张数据表即可完成该功能需求。其数据库表的信息如表5所示。

表5数据库信息表

列名	数据类型	完整性约束
			Mid	INT	主码
Desc	Vchar	非空
			Polar	BIT	非空
Data	BIT	非空
			DataValue	BIT	非空
Quality	BIT	非空
			Create Date	DATETIME	非空

根据表5的信息，创建SQLServer的数据库脚本，脚本如下所述：

CREATE TABLE MESSAGE(

Mid INT PRIMARYKEY,

Desc VCHAR NOTNULL,

Polar BIT NOT NULL,

Data BIT NOT NULL,

Data Value BIT NOT NULL,

Quality BIT NOT NULL,

CreateDate DATETIME)；

如上所述为数据库的表设计，而内存数据库和关系型数据库的数据库表的表结构则是一致的。

***的数据存储实现：本***的研发主要使用C++编程语言，对于内存数据库的实现方法，则使用面向对象的思维方式。该方式，首先将数据库表结构抽象为实体类MESSAGE，然后再构造一个Map容器，该容器的KEY为数据库表结构中的CreateDate，VALUE则为该实体类MESSAGE对象，根据每一条记录的CreateDate都不相同的原理，该Map容器会完整的记录每一条数据。

对于关系型数据库SQL Server的数据存储操作，本设计使用ADO(ActiveX DataObject)，它是Microsoft提出用以实现访问关系型或者非关系型数据库中数据的API。在本***中，通过建立实体类MESSAGE与关系型数据库数据表的一一对应关系，再利用ADO 的相关API，就能够成功的将内存数据库中的每条数据记录进行完整的保存。该操作过程主要分为4个步骤：添加对ADO的支持、创建一个数据源连接、对数据源中的数据库进行操作、关闭数据源。

通过以上的方法，能够成功的实时存储***中大量的数据，此外，针对该数据的其他应用(如统计分析)，则可直接去数据库中获取相关的数据，并通过编程实现各种形式的统计分析等操作。

IEC104报文模拟发送模块：报文发送作为调度主站的主要功能，其工作流程如下：当调度主站与远动子站建立网络连接后，调度主站对子站发送U格式的链路启动命令，随后主站向子站发送总召唤命令，对子站的遥测、遥信量发起总召，同时主站还能实现通过下发对时命令对主站与子站进行对时，及向子站发送遥控命令、遥调命令。本发明在模拟IEC104主站中设计的IEC104报文模拟发送功能，能够向主站发送上述报文，实现对应一系列功能。

发送U帧启动命令：当TCP连接成功后，人机友好界面将对其进行显示，并弹出TCP连接成功对话框。此时，软件操作人员可以通过界面，点击发送U帧启动命令。IEC104模拟报文发送模块产生启动U帧，其第一位控制域设为0x07。启动主站与子站的报文传输，操作人员可根据界面上提示的是否收到子站的启动命令确认帧，判断是否启动成功。具体过程如图13所示。

发送总召唤命令：模拟IEC104主站发送的启动命令成功后，人机交互界面弹出相应的报文解析模块，提醒启动成功，此时操作人员可以通过模拟报文发送模块产生总召唤命令报文进行发送，直到子站发送的接收到总召唤确认命名。产生的总召命令I帧报文，其ASDU的类型标识、传输原因分别设为0x64、0x07。模拟主站发送的总召命令至远动机，待模拟主站收到远动机的总召命令的确认报文。I帧总召命令如图14所示。

发送遥控、遥调命令：模拟报文发送模块能产生不同ASDU类型的遥控、遥调命令。软件使用人员能通过模拟IEC104主站的人机交互界面，向远动机发送各种类型的遥控、遥测命令。

实施例5、制造报文规范(MMS)作为一个应用层协议标准，规范了多厂商设备间的通信，为设备的互通互联提供了方便。IEC 61850标准把MMS引入电力***自动化，将 ACSI核心服务映射到MMS，有效地实现异构***通信的问题。

随着智能变电站技术在电力行业的推广和应用，不同厂商的设备基于IEC 61850标准，实现了互通互联；但智能变电站设备的开发测试和工程部署过程中，研发人员和工程实施人员也面临着诸多问题。

1)后台监控***、通信管理机研发者和相关的检测认证机构面临着如何方便快捷地搭建测试环境对后台监控***和通信管理机进行相应的功能/性能测试的问题；

2)在智能变电站的联调作业的场景下，工程技术人员也面临着如何快捷高效地核对信号，排查各厂家ICD配置文件兼容性问题；

3)各供电公司对于供电可靠性要求的提高，其运行维护人员也面临着如何在间隔不停电的情况下，完成数据库维护修改和信号核对工作的问题。

本项目以如何解决上述问题为出发点，设计开发了站控层仿真测试***，在如下作业场景中，有重要的实际意义。

1)可应用于变电站联调作业时的四遥信号核对工作，方便快捷地检查出，各厂家ICD 文件在与后台***通信时的问题。

2)在变电站运行人员对后台监控***的数据库进行重新配置后，可以在此站控层仿真测试***的配合下，实现在间隔不停电的情况下，实现后台数据库四遥信号的核对工作。

3)此仿真测试***可对后台监控***、远动通信装置、保信管理机进行功能/性能测试；后台监控***、远动通信装置、保信管理机的研发人员或相应的测试认证机构，无需耗费巨大的人力、物力便可搭建单个或者多个变电站的仿真运行环境，大大加快了对上述产品的测试速度，促进产生产品的性能、质量的提升。

4)此仿真测试***可以仿真变电站的各型号装置，搭建变电站的仿真运行环境，因此可以作为电力***运维单位新员工的培训辅助工具，帮助新员工了解变电站的设计架构和运行情况及各装置的功能。

MMS(制造报文规范)服务端模拟方法，MMS-EASE Lite是利用MMS实现IEC61850 的重要方法，实现了对IEC61850的ACSI类模型的映射，基于MMS-EASE Lite，将数字化装置的遥测、遥信、遥控、定值、录波服务等功能进行移植，实现了对数字化装置MMS 通信的仿真。采用的仿真测试***可以通过解析数字化装置的ICD模板来获取仿真装置的各项参数，进一步加载61850服务器功能模块来实现装置的MMS通信功能仿真，将每个仿真装置的MMS通信进程绑定于计算机网卡上预设的IP地址，实现了单台计算机仿真多台虚装置的功能；每个虚装置的MMS通信进程通过TCP/IP协议与后台监控***，远动通信管理机，保信管理装置建立通信连接，并进行信息交互。

MMS服务端模拟技术采用分层设计的模式实现，共分为4层，自底向上分别为硬件层、操作***层、应用支撑层、应用层，具备如下优点：

1)模块化设计，使***结构更加合理。为了方便仿真装置的加载和降低***资源占用率，本***在开发时将***分为仿真装置DLL功能模块和测试功能管理模块，将基本功能服务和调用管理模块进行合理的分离，对于本***后续功能扩展和管理提供较大的便利。

2)简单易用的配置使用界面和强大的配置管理功能。使用者仅需导入ICD文件即可完成虚装置的建立过程，仿真功能的操作界面参照实际数字化装置的操作习惯设计，易于操作使用，在基本虚装置功能的基础上进一步实现强大的配置管理功能，使用者可以方便地保存测试项目，以利于下一次测试项目的展开。

3)安全稳定，性能高。采用模块化、组件化的设计架构，每个仿真装置运行时都分别加载不同的功能组件，并分别独立运行于各自的资源空间，保证了个别仿真模块出现异常时，不会对整个仿真***和其他仿真模块产生影响；本测试***的核心通信功能组件采用C语言开发，代码执行效率高，保证了本仿真***可在较低的硬件配置环境下(PC机也可运行)，实现较高的性能和效率，极大地扩展了本软件的部署场景。

SCD文件解析：SCD文件作为智能变电站可靠运行的依据，在新建、更改SCD文件的过程中，除了要严格按照设计文件的要求配置通信信息，校验虚端子连接正确性之外，还必须采用一些辅助性校验措施保证SCD文件的合理性、完整性。

SCD文件本身采用文本方式描述智能变电站的信息，可采用通用的XML解析工具(如 XMLSpy)以文本或者网格的模式查看。但是，这两种方式仅仅按照SCD本身的顺序逐次、分层展示信息，具有嵌套层次过多、结构不明确等缺点。为了方便现场运行、调试人员更好的查看智能变电站信息，厂站端软件采用专用的SCD文件解析工具，以图、表等图形化形式按类别展示信息，如一次设备表、二次设备表、通信子网及配置、IED的实例配置、 GOOSE/SV配置、IED虚端子连接关系等。

SCL语言是基于XML的，因此，SCD文件包括DTD(文档类型定义)文件、XML文件和schema (式样单)文件三部分。

1)DTD文件

DTD文件定义了标签及其属性，可完成声明标记任务。IEC61850-6标准中给出了SCL 语言的DTD文件的详细定义。理论上，可以在该标准内根据需要任意定义标签及属性，但在实际应用中，DTD的定义有很高的难度，包括标签的可用性、简洁性、从实际设备抽象出的良好的数据模型等，都需要有很丰富的实际工作经验。所有支持该标准的装置将使用相同的DTD文件。

2)XML文件

该文件是采用DTD文件定义的标签，用于完成数据对象置标的任务，也就是将IED、***等数据对象描述出来。XML文件严格受DTD的定义约束。IEC61850-6标准没有规定功能，也没有规定功能分配，各装置功能各不相同，其配置在IED上的LN也不同。所以， XML文件的内容也是不同的，但IED具有处理XML文件的能力。

3)schema文件

schema文件是专门描述结构性文档表现方式的文档，从应用角度讲，IED可直接处理 SCL数据文件，只要获取所需信息即可正常运行并与***交互，所以，式样单文件一般不是***所必须的。但是为了规范SCD文件的格式，避免出现不必要的错误，强制要求SCD 文件的描述应与schema文件保持一致。

SCL对象模型

根据变电站体系结构，SCL描述了变电站、通讯和IED三种对象模型。

其中变电站模型主要用于描述一个变电站的功能结构，标识变电站内的一次电力设备及其之间的连接关系。

通讯模型主要用于描述逻辑节点之间通过逻辑总线和IED访问点所建立起的连接。该通讯结构具体包括的对象模型有IED的mac地址、IP地址和子网掩码，以及逻辑节点之间的客户端/服务器关系等信息。

IED模型中描述了各IED的模型信息，包括报告接收者、逻辑节点实例、数据对象实例等。

SCL数据交换模式

1)SCL信息流模型

SCL文件在变电站内的通讯传输涉及到***配置工具、IED配置工具、IED数据库三个概念。

***配置工具是使用SCL进行变电站自动化***的配置和管理的工具，可输入、输出按IEC61850-6标准定义的SCL文件。

IED配置工具是IED制造商提供的IED调试专用工具，该工具能生成特定的IED描述文件(以.ICD为后缀的SCL文件)并下载到IED中，同时可向***配置工具提供ICD文件并能处理来自***配置工具生成的SCD文件。

IED数据库分为参数库和实时库，参数库用于描述变电站模型和通讯模型，实时库则用于描述IED模型。IED数据库包括了变电站的各种信息数据和属性，可以供配置工具和***调用。

2)SCL信息流动过程

SCL数据流模型中不包含DTD文件，XML文件才是真正包含配置数据的文件，也是参与配置数据流动的主要文件。

IED配置工具可以获取各IED的ICD文件并将其发给***配置工具，该ICD文件只包含IED的基本信息，其相关参数(如网络参数等)都没有进行设置。

***配置工具在接受全站的ICD文件后，将分析各IED信息，并结合IED数据库取得各逻辑节点及数据对象的信息，以生成或人工输入配置信息，同时生成SCD文件并返回给IED配置工具。

IED配置工具可接受并处理SCD文件，它可根据得到的各IED配置信息生成下载到具体IED的配置文件CID。

IED启动时首先解析CID文件以获取信息，并据此信息进行IED初始化，例如网络I/O 将按获取的网络参数配置并启动。

IED正常运行时可与IEC61850客户端进行通讯以交互数据，SCADA***可根据SCD文件进行参数配置，在实时运行时，它将生成参数库和实时数据库。

schema检验：SCD文件采用XML格式描述，包含多个元素，各元素应正确嵌套，并使用正确的属性，即符合XML的基本语法规则。另外，SCD文件作为电力***的一种专用文件，应符合IEC61850.6中schema的各种规则，如可使用的元素、元素的层次关系、元素顺序、元素的属性、属性是必须还是可选等。通过schema检验，可以保证SCD文件结构良好、信息完整，这也是SCD文件能被其他解析、配置工具正确识别的基础。

Schema的组成：IEC61850-6标准中，用XML Schema来定义SCL文件的结构，使用模块化的方法把SCL文档模型分解成多个式样模块，每一个模块单独成为一个schema文件(扩展名为.xsd)，共使用了8个schema文件，其中SCL.xsd是主文件，其他7个schema 文件作为子模块被主文件所包含，因为所有这些schema文件是属于同一个命名空间的，所以子模块之间以及子模块和主文件之间的关系，由多模式包含元素xs:include来确定，该元素的schemaLocation属性值所包含的文件名。各schema文件及其描述如表6所示。

表6 schema文件表

Schema校验方式：当数据从发送方被发送到接受方时，其要点是双方应有关于内容的相同的“期望值”，所有的属性均作为简易类型来声明。复合元素指包含其他元素或属性的XML元素。

简易元素无法拥有属性。假如某个元素拥有属性，它就会被当作某种复合类型。但是属性本身总是作为简易类型被声明的。

四种类型的复合元素：

1)空元素；

2)包含其他元素的元素；

3)仅包含文本的元素；

4)包含元素和文本的元素。

直接定义在schema元素下，即schema元素的顶级子元素的element和attribute都是全局的，称之为全局元素和全局属性，你在其他类型定义中可以直接引用指示器 <sequence>，这意味着子元素必须以它们被声明的次序出现complexContent元素给出的信号，打算限定或者拓展某个复合类型的内容模型<product prodid＝"1345"/>。

3.2.5.模型静态校验

模型静态校验，也称离线校验，其目的是检查SCD文件描述的模型是否满足实际工程的需要，不应出现使工程无法实施的错误，包括以下方面的校验：

1)信息模型一致性。SCD文件中所引用的逻辑节点(LN)、数据对象(DO)、数据属性(DA)应符合IEC61850.7.3和IEC61850.7.4的规定。除上述标准定义的信息之外，对于特定应用的信息扩展，应满足相关标准的要求，例如国家电网公司《Q/GDW 396IEC 61850 工程继电保护应用模型》中定义的LN类、统一扩充的公用数据类型(CDC)、统一定义的 DO和DA类型。对于现有标准没有定义而由厂家自定义的信息，应满足相关要求对信息模型扩展的需求。

2)信息唯一性。某些信息在SCD文件中应唯一，如IED名称，站控层访问点(AP)的IP地址，同一IED下AP名称，同一AP下逻辑设备(LD)的名称，同一LD下LN的名称，采样值控制块(SMVCB)和事件控制块(GSECB)的AppID、MAC地址、ID，定值控制块(SGCB)、报告控制块(RCB)的ID。

3)Communication段下引用的所有AP、SMVCB、GSECB必须在IED段中有定义。

4)IED中实例化的LN、DO、枚举和结构类型的DA必须在DataTypeTemplate中有定义，且不应出现DataTypeTemplate中没有的数据。

5)数据集中引用的数据所在的逻辑节点必须定义。

6)虚端子数据有效性和连接有效性。IED的输入虚端子(内部端子)及其与其他IED的输出虚端子(外部端子)的互连关系在SCD文件的Inputs段定义，输入虚端子和输出虚端子应已定义且数据类型应相同。

7)上述外部端子应为其所在IED发布的数据集的成员。

8)SMVCB的AppID应在[0x4000～0x7fff]范围内，GSECB的AppID应在[0x0000～0x3fff] 范围内。

静态模型校验时，主要对SCD文件中的数据信息进行语义上的判断，验证数据赋值命名的正确性，是否重名、未定义、数据缺失、不规范等等。

主要接口函数有以下几种：

1)void PrivateReferCount()。Private节点检查内部数据的合法性，快速查找数据命名及赋值是否正确、是否有重名、未定义等等。

2)void CommunicationReferCount()。Communication节点检查SV、GOOSE、MMS等通信信息是否完善，定义的合法性，判断是否存在未定义的IED通信信息，例如AppId不存在，相关Address不存在等等。

3)void IEDReferCount()。IED节点检查处理，判断是否重名，内部节点的规范性，合法性，完整性等等。

4)void AccessPointReferCount()。AccessPoint节点检查，查找相应的通信信息是否在Communication节点中实例化。

5)void FCDAReferCount()。FCDA节点检查，判断统计是否找到在相应的数据集DataSet中是否有数据源得到描述信息，在数据模板集DataTypeTemplates中是否定义类型。

6)void GSEControlReferCount()。GSEControl节点检查，处理数据内部节点的规范性，合法性，完整性等等。

7)void SMVControlReferCount()。SampledValueControl节点检查，处理数据内部节点的规范性，合法性，完整性等等。

8)void ExtRefReferCount()。ExtRef节点检查，判断统计是否找到在相应的数据集 DataSet中是否有数据源得到描述信息，在SampledValueControl或GSEControl中是否定义类型。

9)void LNodeTypeCount()。LNodeType节点检查，判断统计数据模板集DataTypeTemplates中是否规范性，合法性，完整性等等。

10)void DOTypeCount()。DOType节点检查，判断统计数据模板集DataTypeTemplates 中是否规范性，合法性，完整性等等。

11)void DATypeCount()。DAType节点检查，判断统计数据模板集DataTypeTemplates 中是否规范性，合法性，完整性等等。

MMS报文解析：MMS与ASI对象映射

MMS能够方便、可行地支持符合IEC61850标准的命名规则以及服务模型映射。IEC61850标准规定了各种面向对象的抽象结构化分层模型，并对变电站中各设备的功能及信息进行分解和建模。IEC61850对象模型分为五层，分别为服务器(Server)、逻辑设备(Logical Devices)、逻辑节点(Logical Node)、数据(Data)、数据集(DataSet)，而MMS 的抽象结构对象由VMD(虚拟制造设备)、Domain(域)及NamedVariable(变量)三层组成，所以IEC61850对象不能与MMS对象一一对应。此外，IEC61850中的其他辅助模块：报告控制块(RCB)、定值组控制块(SGCB)、日志控制块(LCB)、控制(Control)、日志(Logs)、文件(Files)，能与MMS中的日志、文件、有名列表对应。表7为IEC61850 与MMS对象映射关系。

表7IEC61850与MMS对象映射关系

MMS与ASN.1：ISO/OSI表示层的功能为确保数据的信息值在转移和增加结构时被保存。ASN.1为抽象语法标记(abstract syntax notation one)位于ISO/OSI的表示层，由语法规则和编码规则两部分构成。语法规则部分是对信息模型的数据类型、信息、结构等进行描述。编码规则定义了编码、解码语法。

在表示层，MMS使用ASN.1抽象语法标记。在传输前，ASN.1用一组特定的编码规则进行编码。BER(basic encoding rules)为ASN.1的一种常用的编码规则，IEC61850中 MMS信息采用这种编码规则。

BER通常也被称为标签长度值(TLV)编码，每个采用BER的编码由标记、长度值及内容三部分组成。BER是一种可以自识别和自定义的编码规则，因此每个数据值可以单独地被识别，提取和解码。

标记为用以进行类型标识的标识符，一共由四种类型组成：通用类，应用类，上下文相关类，专用类。其由一个或两个八位位组构成，bit7～bit6为类型标记，如“00”代表通用类，“01”代表应用类。bit5代表数据类型，若为“0”代表数据为简单型，若为“1”数据为为结构型。bit4～bit0是标记编号，即为Tag值，Tag值用来表示不同的数据类型，如 0x01代表布尔型，0x17代表UTCTME。

ASN.1定义的Tag值范围0x01～0x1a,在MMS应用时无法满足其要求，MMS值对Tag值进行了扩展。

BER编码的元素长度值由数据内容的八位位组的个数决定，根据不同的长度值可以分为短格式、长格式和不定式三种。当元素长度小于127时，长度值采用短格式，其中最高位bit7为零，bit6～bit0为长度值的二进制。当元素长度大于127时，长度值采用长格式，其中最高位bit7取1，bit6～bit0表示数据内容中除去首个八位位组后的个数。当数据元素类型为结构体时，长度值采用不定长，其编码都为10000000，不表示内容长度，仅标识其为不定长。MMS中一般采用定长格式。

数据元素值包含了简单数据类型，如整型、布尔型，同时还包含结构数据类型，如SEQUENCE，其采用分层结构，数据内容结构层层嵌套，最终至简单数据类型，其结构如图17所示。

MMS解析实现：MMS报文由不固定的数据帧组成，本项目对于不同类型的MMS定义了多个对应的解码函数，同时也定义了多个对应的C++数据结构对解码后的MMS报文进行存储。对其MMS解码过程为：首先读取ASN.1的标签和长度，判断MMS的服务类型，创建对应的C++数据结构；调用对应的解码函数对ASN.1解析，并将解析后的值存入对应的C++数据结构的变量中。在MMS解码过程中，由上文介绍ASN.1的结构组成，其数据元素结构复杂，往往层层嵌套。本项目采用设计C++数据结构中与ASN.1的结构对应，该数据结构也层层嵌套的树形结构，最终依次从外到内对MMS进行解析。MMS解码过程如图18所示。

如某MMS报文服务类型为write，根据标志位0xA0和0xA5读出其服务类型，调用对应的解码函数，创建对应的C++数据结构，首先将标识符和长度读入对应的存储结构中，然后对ASN.1解码信息存入对应C++数据结构中。

智能变电站中的MMS报文能够与IEC61850进行映射。对MMS报文解析后，将对应的C++数据结构中的信息进行提取，并与SCD解析模块中建立的逻辑设备模型进行映射，实现站端设备(即SCD解析的信息)与站端设备信息值(MMS解析的信息)的对应。最终，在MMS数据库中建立包含站端设备与站端设备信息值的对点表，用以实现自动对点过程。图19为输入MMS对点表创建过程。

设计实现：首先本仿真测试***可以实现单台数字化装置的模拟仿真，通过导入数字化装置的ICD模板，建立61850服务器进程，与后台监控***建立通信连接，向后台监控***发送遥测、遥信数据及响应后台监控***发出的遥控、定值、录波等操作命令。

其次通过仿真装置的组合，可以为后台监控***搭建一个与实际变电站***相符的全站数字化装置的运行环境，通过测试用例的设计，可以模拟短时间内大数据流量的传送或交互的异常情况，用以测试后台监控***的性能。

站控层仿真测试***由单装置仿真功能模块和交互界面功能模块组成。

(1)单装置仿真功能实现模块

单装置仿真功能实现模块实现了单台仿真装置的遥测、遥信、遥控、定值、录波上送等基本功能的仿真，并采用DLL(动态链接库)技术进行了封装，供上层管理模块进行调用。

1)遥信模拟实现

遥信仿真处理流程见图20。

遥信仿真处理流程概述如下：

①在操作界面手动设置遥信状态，数据传递至遥信数据缓冲区。

②IEC61850服务器将遥信数据缓冲区中数据发送至监控后台，分两种模式上送。其一，遥信报告模式主动上送，其二，遥信完整性周期召唤响应上送。

2)遥测功能

遥测仿真处理流程见图21。

遥测仿真处理流程概述如下：

①在操作界面手动设置遥测值，数据传递至遥测数据缓冲区。

②IEC61850服务器：响应遥信完整性周期召唤，将遥测数据缓冲区中数据发送至监控后台。

3)遥控功能

遥控仿真处理流程见图22。

遥控仿真处理流程概述如下：

①在后台监控***设置遥控操作命令，通过MMS网络传送至仿真装置的61850服务器。

②IEC61850服务器将接受到的遥控操作命令，写入遥控数据缓冲区，由仿真处理程序响应遥控操作命令，并置位所关联的遥信信号。

③IEC61850服务器：返回遥控命令执行结果。

(2)交互管理功能模块

交互管理功能模块又可分为配置功能组件和执行功能组件

1)配置功能组件可以实现以下功能：

①导入仿真装置的ICD模板，配置仿真装置的参数信息。

②配置多个装置的参数信息，建立全站的仿真测试环境。

③配置自动测试任务，并存为测试用例以便于多次复用。

④定义模拟故障动作内容，包括定义相关保护遥测量，相关遥信，相关保护动作信息。

⑤定义遥控操作响应的相关信息。

通过配置模块，可较快建立全厂站间隔层数字化装置的采集信息。

2)执行功能组件可以实现以下功能：

①可以进行单装置四遥信息上送及相关交互功能的单项测试。

②可以通过多台仿真装置的配合模拟仿真变电站运行的真实情况，设计相关测试用例，测试后台监控***的功能、性能。

(3)操作过程概述

此仿真测试***的使用操作过程概括如下：

1)导入仿真装置的ICD模板，生成仿真装置的仿真模型。在此阶段可以对仿真装置的配置参数进行定义，如配置仿真装置的装置名称，IP地址，信号名称等。

2)仿真装置IP地址绑定网卡。仿真服务器主机的网卡上可以绑定多个IP地址，根据实际配置需要在网卡上配置多个IP地址，在仿真装置启动后，其相应的MMS通信进程会绑定至对应的IP地址，建立相应的61850MMS服务进程。

3)仿真功能模拟。各仿真装置的MMS通信进程建立后，就可进行相应装置仿真功能的操作，用以测试后台监控***的功能/性能，概括如下：

可手动进行仿真装置的功能操作，手动设置遥测值、置位/复位遥信、上送保护事件等，配合后台监控***也可进行遥控操作、召唤修改装置定值操作。

定制遥信雪崩测试任务，选中多个遥信向后台重复发送，同时，在后台进行遥控操作，以此来测试后台监控***的响应性能。

定制遥测越限测试任务，选中相应的遥测通道，按照时间状态制定遥测幅值变化顺序，用以测试后台监控***是否能够正确地发生相应告警。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）使用IED仿真工具及模拟主站工具的软件提前对数据网关机和监控后台进行扫描及校验，发现问题提前修正；

（2）使用IED仿真工具模拟站内间隔层设备，经数据网关机，与调度进行对点，同时接入监控后台，进行二次校核。

2.根据权利要求1所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：步骤（1）中详细方法为：在IED仿真工具导入点表和SCD文件，模拟站内间隔层设备，对全站信号进行扫描，回环数据网关机送往调度的104信号，回环监控后台告警记录文件，匹配生成以点表为参考的站内信号与调度信号的转发对应表，对转发对应表进行审核，发现问题，进行整改，再进行扫描，如此往复直到转发对应表正确无误。

3.根据权利要求1所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：步骤（1）中详细方法为：在IED仿真工具上导入SCD文件、点表、审核正确的转发对应表，由IED仿真工具触发信号，与调度进行对点，同时观察监控后台，进行二次校核。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：IED仿真工具通过模拟IEC61850保护、测控装置的MMS服务端，经站控层网络向监控后台、远动装置的客户端发送MMS报文，IED仿真工具包括仿真运行模块、运行管理功能模块和模型解析功能模块，仿真运行模块通过MMS网络通信模块连接到客户端，运行管理功能模块连接到仿真运行模块和模型解析功能模块。

5.根据权利要求4所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：IED仿真工具的实现方法包括以下步骤：

（1）导入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依据Q/GDW 1396-2012《IEC61850工程继电保护应用模型》构造仿真所需的数据模型，确定全站所有信号；

（2）仿真运行管理功能模块使仿真过程以手动测试或自动测试方式开展，自动测试方式主要实现全站信息的逐点发送，即全景信息扫描模式，保证模型解析出来的所有信号带着工具自动标记的、唯一且具有特定含义的SOE时间以全变0、全变1或自复位变化的变位设置按顺序动作一遍；手动测试自由配置测试策略，满足单点测试、多点测试、批处理、手动定义SOE时间的操作需求；

（3）仿真运行管理功能模块导入经过全站遥信配置离线核对流程后形成的实际映射表；

（4）仿真运行模块根据运行管理功能模块设置的发送策略，使仿真工具的报文输出按订制需求发送报文，且报文以设定的时间间隔连续发送；

（5）MMS网络通信模块依据IEC 61850中通信服务标准，保证仿真工具与客户端之间正常的MMS通信；

（6）仿真工具应对所有的MMS交互过程进行记录，并生成仿真工具记录文件。

6.根据权利要求1所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：在调度数据网接通之前，提前查找出数据网关机配置问题，过程如下：在模拟主站时，在模拟主站工具的软件上导入调度点表，并配置模拟主站（包括远动装置IP、模拟主站IP、厂站地址、网关、模拟主站掩码），配置后，向数据网关机发起连接，并总召，与数据网关机实现正常104连接。

7.根据权利要求2所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：全站信号进行扫描包括遥测、遥信、遥控信号进行扫描和自动对点。

8.根据权利要求6所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：模拟主站工具主要实现模拟远方调度主站的功能，支持目前主流的电力远动规约，具备报文解析和记录存储功能，能够实时解析远动装置发出的104报文并将104地址、点号变位情况的存储为模拟主站记录文件。

9.根据权利要求6所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：与模拟主站连接的多数据源离线处理工具，对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作；多数据源离线处理工具能够自动输出两份文档，一份是调试报告，报告中呈现104地址、某一条信息在仿真工具记录文件、监控后台记录文件和调控信息表中的三个信息描述d1、d2、d3的内容及机器对三个信息描述d1、d2、d3之间匹配度的机器判断结果；另一份是实际映射表，表中呈现104 地址和对应信号的数据路径；其中，调试报告供工程调试人员审阅，作为修改远动装置中错误配置的依据，还能同步发现SCD文件中61850对象的描述错误或缺省问题，帮助集成商及时进行SCD的完善，实际映射表导入到IED仿真工具中。

10.根据权利要求3所述的一种主厂站信息联调解耦方法，其特征在于：具体步骤为：

（1）采用IED仿真工具通过导入SCD文件，仿真所需的数据模型，进行预处理，确定全站所有遥信信号；

（2）采用IED仿真工具通过站控层网络向监控后台和远动装置按需发送带有特定SOE时标的MMS报文，即进行全站试验时实现全景信息扫描；

（3）采用IED仿真工具在向监控后台和远动装置的客户端发送MMS 报文的同时记录下操作记录，形成仿真工具记录文件；

（4）远动装置在收到MMS报文后，根据装置内部配置的遥信转发表，向模拟主站工具转发104报文；

（5）监控后台在收到MMS报文后，存储监控主机数据库配置的实时测点变化记录，形成监控后台记录文件；

（6）模拟主站工具对收到的104报文进行解析并记录104地址、变位情况，形成模拟主站记录文件；

（7）多数据源离线处理工具读取调控信息表、仿真工具记录文件、监控后台记录文件和模拟主站记录文件，根据SOE 时标、104地址的要素的唯一性进行信号关联和核对；

（8）多数据源离线处理工具自动出具调试报告，供工程调试人员审核；

（9）多数据源离线处理工具给出经过测试验证的远动装置的实际映射表；

（10）实际映射表可导回至IED仿真工具，为后期站内与调度主站在线核对提供支撑。