收稿日期:20072052301基金项目:国家自然科学基金资助项目(60574037)1104规约向IEC 61850信息模型转换的研究与实现李 强,朱永利,董志敏(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)摘要:面向点的传统规约向面向对象技术的IEC 61850转换是网络技术发展的必然趋势。
文章在深入研究IEC 60870-5-104和IEC 61850协议的基础上,建立了一种兼顾现有系统又遵循IEC 61850的新型电力远动通信系统网络结构。
通过应用XML Schema 技术对协议映射建模这种新的规约映射方法来设计规约转换网关。
该转换网关是利用以太网通信、信息建模以及XML 等技术来实现传统通信协议与IEC 61850协议的无缝转换,它具有配制灵活、通用性强的优点。
关键词:IEC 60870-5-104;IEC 61850;XML Schema ;转换网关;无缝通信中图分类号:TM764 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2008)02-0098-05Research and implementation of conversion of 104protocol toward IEC 61850information modelL I Qiang ,ZHU Y ong 2li ,Dong Zhi 2min(School of Electrical and Electronic Engineering ,North China Electric Power University ,Baoding 071003,China )Abstract :The conversion of traditional protocol of the dot 2oriented technique toward object 2oriented IEC 61850is an inevitable trend.Based on the in 2depth study on IEC60870-5-104and IEC 61850,a new network architecture of telecontrol communication which puts both the existing system and IEC 61850into consideration is established .Through applying a new protocol mapping method that uses XML Schema technology to model the protocol mapping ,a conversion gateway is designed.The gateway uses the technique of Ethernet Communication ,Information Modeling and XML to realize the seamlessly conversion between the traditional communication protocol and IEC 61850,it is en 2abled to have the characteristics of smart configuration and strong universality.K ey w ords :IEC 60870-5-104;IEC 61850;XML Schema ;conversion gateway ;seamless communication0 引 言目前,在我国电力系统远动信息交换中使用较多的是IEC60870-5-104。
在新的网络化规约陆续出台的今天,将采用旧通信规约的远动系统纳入新型网络化远动系统的体系结构中,在保持原有系统结构和设备不变的情况下使其与最新的国际标准接轨。
这是实现电力系统无缝远动通信的重要环节。
文章在对IEC60870-5-104和IEC 61850协议进行深入研究的基础上,针对IEC 61850所定义的数据结构和104数据单元格式的特点,提出了104规约向IEC 61850规约进行映射和转换的方法,并详细描述了它基于XML 技术的具体实现过程,为新旧规约之间的转换创造了条件。
1 IEC 60870-5-104标准简介IEC60870-5-104远动规约(以下简称104规约)的网络参考模型可分为5层:物理层、链第35卷第2期2008年3月 华北电力大学学报Journal ofNorth China Electric Power University Vol 135,No 12Mar 1,2008路层、网络层、传输层和应用层。
在应用层以下104规约采用标准的TCP/IP网络传输协议,从而得到可靠的连接。
在应用层,应用规约数据单元由应用规约控制信息(APCI)和应用服务数据单元(ASDU)组成。
ASDU的结构如图1所示。
104的ASDU中仅存在公共地址域,取消了原来101的ASDU中的链路地址域,这是因为104规约的IP层已经通过IP地址确认了主站和子站的位置,不需要再通过其他地址来确认。
公共地址既可以是实际存在的R TU地址,也可以是虚拟R TU地址以扩充容量。
ASDU ASDU域数据单元标识数据单元类型类型标识可变结构限定词传送原因公共地址信息体信息体地址信息体元素信息体时标图1 应用服务数据单元结构Fig11 Architecture of ASDU2 IEC61850的特性分析IEC TC57技术委员会于2004年正式出台了IEC61850标准,即变电站内通信网络和系统的标准。
它实现了在变电站内从过程层到间隔层到变电站层和从变电站到调度中心通信的一致性,并且彻底解决了不同厂商产品之间的互操作性问题。
与传统的电力系统通信规约相比IEC61850具有如下突出特点:采用分层、分布的体系结构,便于功能的自由分配;采用面向对象的信息建模技术,在信息源定义数据和数据属性,使维护和管理更加方便;使用抽象通信服务接口AC2 SI、特殊通信服务映射SCSM技术,与具体的网络应用层协议无关,能适应网络技术的不断发展;采用配置描述语言进行设备自描述,易于实现功能扩展和设备即插即用;整个电力系统统一建模,易于实现无缝体系结构;采用面向未来的、开放的体系,能有效延长自动化系统的生命周期,有效节省人力、物力。
另外还定义了系统的一致性测试内容[6]。
3 基于XML的远动通信协议转换311 规约转换的理论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,新型远动系统必须既要满足现有系统要求又能符合未来发展趋势。
本文建立的基于IEC61850的无缝远动通信体系结构如图2所示。
该系统可利用SDH电力通信专网的高带宽、高传输速率及高可靠性等特点将多个调度中心和多个变电站的远程终端设备及智能电子设备通过广域网相连。
变电站的协议转换网关和遵循IEC61850标准并具有网络接口的IED都可作为独立的网络节点而被分配IP地址,它们可直接向站控层的局域网或控制中心通信服务器传送信息,这种变电站IED直接上网的通信方式与传统方式相比,能极大提高数据传输速度。
图2 基于IEC61850的无缝远动通信体系结构 Fig12 The seamless telecontrol communicationstructure figure of IEC61850104规约同IEC61850的转换工作主要在转换网关中完成。
网关一方面作为主站通过104规约把变电站的远动信息收集上来;另一方面,又充当服务器,采用IEC61850通信规约为控制中心提供服务。
104规约和IEC61850分别采用面向点和面向对象的信息描述方法,它们有不同的信息模型。
因此要把104规约上传的远动数据按IEC61850规约定义的信息模型重新组织起来。
如图3所示,具体的规约转换工作可分为以下3步:(1)规约接收和解析。
104报文通过以太网通信方式来接收,然后,解析成遥测遥信等变电站信息,并将这些信息存入实时数据库中。
(2)IEC61850信息模型的建立。
根据IEC99第2期 李 强,等:104规约向IEC61850信息模型转换的研究与实现61850标准中的定义以及变电站信息,建立104规约向IEC61850转换网关的信息模型。
(3)数据映射。
将实时数据库中解析完成的变电站信息向对应的转换网关模型的数据对象属性进行映射。
图3 104规约向IEC 61850转换流程Fig 13 Conversion of 104protocol to IEC 61850312 规约转换的实现(1)以太网通信IEC60870-5-104是基于TCP/IP 的,因此接收程序必然涉及到基于TCP/IP 的网络编程。
MFC 提供了CAsyncSocket 类和派生于它的CSocket 类,它们完全封装了TCP/IP 协议,使得传输层、网络层、链路层的工作自动完成。
具体设计中运用CSocket 类来实现以太网通信。
首先,初始化socket 库,调用Create ()函数创建连接;创建成功之后,调用Listen ()侦听链路连接请求。
如果没有请求,则程序一直阻塞在这里;一旦侦听到请求,则调用Accept ()接受实际的连接。
当实际的连接建立以后,如果有来自IED 的数据,程序自动响应接收消息,调用OnReceive ()函数,对接收到的报文即APDU 进行解析。
(2)实时数据库的应用采用传统规约通信的IED 建立的IEC 61850模型和从变电站上传来的实时数据要想保存在内存中,要通过应用实时数据库来实现。
实时数据库是内存数据库,选择一种高效可靠的内存管理机制生成数据库实体十分重要。
目前主要有共享内存方式和文件映射方式2种实现机制。
从数据库设计模式来看,实时数据库可分为关系型、层次型、对象型。
IEC 61850数据模型虽然是按照对象建模的,但总体结构是按逻辑设备LD 、逻辑节点LN 、数据对象划分的层次结构,因此选择了基于层次模型的实时数据库产品,能够将IEC 61850模型以最直观的方式实现在内存中。
如果选择关系型实时数据库产品,需要按照一定的映射原则将IEC 61850模型实现在实时库中。
(3)信息模型的建立变电站自动化系统的信息交换机制主要依赖于良好的信息模型定义。
虚拟是IEC 61850建模的主要方法。
标准定义了信息模型和信息模型交换信息的方式。
信息的交换是在抽象模型之间进行的,这些抽象模型都是现实设备通过虚拟化而生成的模型。