故障錄波信息系統(tǒng)構(gòu)成從故障錄波裝置到變電站子站、主站側(cè)的前置、主站側(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)、主站側(cè)的應(yīng)用服務(wù)器，直至主站側(cè)客戶端的一個(gè)完整的信息傳輸、處理、應(yīng)用的過程，是一個(gè)典型的分散分級(jí)數(shù)據(jù)采集、傳輸、數(shù)據(jù)匯集的過程。采用IEC61850的故障錄波信息系統(tǒng)所提供的對(duì)象調(diào)用將極大地滿足主站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)用的自由度和效率，從調(diào)度端的應(yīng)用出發(fā)，發(fā)揮最大效能最迫切、最實(shí)際的就是首先在變電站加速建立符合IEC61850和制造報(bào)文規(guī)范(MMS)的故障錄波信息系統(tǒng)模型，這樣，調(diào)度端對(duì)錄波數(shù)據(jù)獲取將完全是面向?qū)ο?、面向目?biāo)應(yīng)用和面向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
　　完成錄波系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的主要工作有:建立錄波系統(tǒng)(IED)抽象模型、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、ASCI-MMS映射、網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)連接等。VMD中應(yīng)有唯一的標(biāo)識(shí)，同時(shí)其屬性不僅要滿足現(xiàn)有IED的屬性定義和操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)設(shè)備IED的控制，并實(shí)現(xiàn)實(shí)設(shè)備VMD的屬性向IEC61850定義的邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)構(gòu)成的邏輯設(shè)備的映射，同時(shí)實(shí)現(xiàn)其IEC61850和MMS與主站通信。
1 錄波系統(tǒng)通信建模
　　對(duì)于錄波系統(tǒng)通信模型，采用擴(kuò)展的RADE和RBDE分別描述模擬通道和數(shù)字通道以便對(duì)IEEE-COMTRADE通道數(shù)據(jù)進(jìn)行全局性標(biāo)識(shí)。由于IEC61850沒有規(guī)定以文件方式交換錄波系統(tǒng)數(shù)據(jù)的通信方式，本文建立了錄波系統(tǒng)的通信功能模型，如圖1所示。

　　RADE和RBDE分別描述模擬通道和數(shù)字通道。對(duì)每一通道建模一個(gè)RADE或RBDE實(shí)例。以對(duì)IEEE-COMTRADE通道數(shù)據(jù)進(jìn)行全局性標(biāo)識(shí)以及進(jìn)行配置描述。RADE和RBDE的cmtCfg數(shù)據(jù)項(xiàng)(CHNDT類型)用于描述該通道與信號(hào)源設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及描述承載該通道數(shù)據(jù)的IEEE-COMTRADE文件和與文件中通道編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。IEDM用于建模錄波系統(tǒng)的通知和交換功能。擾動(dòng)記錄裝置每次動(dòng)作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要形成或分解成多個(gè)IEEE-COMTRADE數(shù)據(jù)文件(.DAT)，根據(jù)數(shù)據(jù)文件的個(gè)數(shù)，建模IEDM實(shí)例的個(gè)數(shù)。IEDM的chgEvt數(shù)據(jù)項(xiàng)用于通知新擾動(dòng)記錄的產(chǎn)生以及對(duì)應(yīng)的.HDR.CFG.INF文件的更改。其中，
ehgEvt.eelssx(x=1到5)將反應(yīng)本次事件的觸發(fā)條件：ChgEvt.eClssl為TRUE表示發(fā)生了1類事件，一般指
.HDR.CFG.INF文件的更改事件；
    chgEvt.eclss2為TRUE表示發(fā)生了2類事件，一般指新擾動(dòng)記錄產(chǎn)生的事件；
    chgEvt.eclss3為TRUE表示發(fā)生了3類事件，一般指有持續(xù)5 ms以內(nèi)的模擬量波形的突變；
    chgEvt.eclss4為TRUE表示發(fā)生了4類事件，一般指有持續(xù)5 ms以上的模擬量波形的突變；
    chgEvt.eclss5為TRUE表示發(fā)生了5類事件，一般指有數(shù)字量波形的突變。
    chgEvt.FileName屬性用于指定事件所涉及文件的文件名。
2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的總體規(guī)劃
　　  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有關(guān)的信息，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相比，主要在調(diào)度機(jī)制、并發(fā)控制機(jī)制和事務(wù)管理方面有較大的區(qū)別。實(shí)時(shí)應(yīng)用是具有定時(shí)限制的數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)，它是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象，也是實(shí)時(shí)事務(wù)產(chǎn)生的源泉?；诖?，本文將從實(shí)時(shí)調(diào)度、實(shí)時(shí)并發(fā)控制與數(shù)據(jù)管理三方面設(shè)計(jì)面向?qū)ο髮?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方法
　　通過解析IEC 61850中的變電站描述語(yǔ)言SCL，根據(jù)SCL的內(nèi)容，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，調(diào)用IEC61850類庫(kù)中相關(guān)類的定義，動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)和服務(wù)。在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建基于IEC61850協(xié)議的面向?qū)ο髢?nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并通過對(duì)此面向?qū)ο髢?nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)添加相應(yīng)的實(shí)時(shí)性約束，將其最終創(chuàng)建為滿足實(shí)時(shí)性要求的基于IEC61850協(xié)議規(guī)定的面向?qū)ο髮?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
    主要步驟如圖2所示，包括以下3步：

    (1)利用XMLDOM，依據(jù)IEC61850-6中SCL的描述，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
    (2)根據(jù)IEC61850類庫(kù)提供的相關(guān)類的定義，創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)和服務(wù)，并將這些數(shù)據(jù)和服務(wù)添加到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
    (3)為面向?qū)ο蟮膬?nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，添加實(shí)時(shí)調(diào)度算法和并發(fā)控制策略等實(shí)時(shí)性約束條件，使之最終能夠建成面向?qū)ο蟮膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
　　在這3步中，對(duì)于第一部分而言，主要工作包括數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、動(dòng)態(tài)管理、數(shù)據(jù)對(duì)象的添加和刪除等基本工作；第二部分的工作主要是根據(jù)IEC61850類庫(kù)所提供的數(shù)據(jù)類和相關(guān)服務(wù)，初步實(shí)現(xiàn)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象的一些基本操作功能，如數(shù)據(jù)對(duì)象的基本讀、寫、修改等操作。這兩步工作的結(jié)果在內(nèi)存中動(dòng)態(tài)創(chuàng)建基于IEC61850協(xié)議的面向?qū)ο蟮膬?nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)存數(shù)據(jù)對(duì)象和服務(wù)。第三部分工作的主要功能是為這個(gè)基于IEC61850協(xié)議的面向?qū)ο蟮膬?nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)添加實(shí)時(shí)性約束，根據(jù)實(shí)時(shí)事務(wù)的輕重緩急決定哪個(gè)實(shí)時(shí)事務(wù)在何時(shí)執(zhí)行，使之既能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求，又能夠滿足數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯一致性，并最終將此內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)成為滿足實(shí)時(shí)性要求的面向?qū)ο蟮膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
3 ASCI類到MMS的映射實(shí)現(xiàn)
　　ASCI類向MMS映射需要將ACSI類的屬性結(jié)構(gòu)映射為MMS類的一個(gè)或多個(gè)字段的值。這種映射可以看作是ACSI類的MMS封裝。下面以邏輯節(jié)點(diǎn)類的映射為例加以說(shuō)明。邏輯節(jié)點(diǎn)類的實(shí)例被映射為一個(gè)MMS的有名變量對(duì)象。MMS有名變量類的ASN.1描述如下：
　　NAMED-VARIABLE ::= CLASS
　　{  &name ObjectName，
        &accessControl Identifier，
        &typeDescription TypeDescription，
        &value Data，
        &accessMethod ENUMERATED
              {
           public ，
           anythingElse ，
           ... }，
        &address Address ，
        &meaning ObjectName
    }
　　以上類定義中的字段類型TypeDescription是一個(gè)用于嵌套的、分層的描述一個(gè)數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)，它的值可以完整地確定一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Data則是用于存儲(chǔ)相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)的值的結(jié)構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)MMS映射時(shí)，邏輯節(jié)點(diǎn)的屬性結(jié)構(gòu)可以映射為MMS有名變量的TypeDescription的一個(gè)值，相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例的值映射為按TypeDescription指定的用Data結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的值。這個(gè)類型描述的生成可按如下算法實(shí)現(xiàn)：
    針對(duì)IEC61850定義的每一功能約束(FC)的值c，進(jìn)行如下操作：
　　(1)對(duì)于邏輯節(jié)點(diǎn)中的每一成員DATA(d)，
　?、俪跏蓟豢战Y(jié)構(gòu)s；
    ②如果在功能約束c下產(chǎn)生的功能約束數(shù)據(jù)FCD非空，則在結(jié)構(gòu)s中添加一個(gè)成員到結(jié)構(gòu)s，成員的名稱為d，類型為由FCD確定的類型。
    ③重復(fù)①、②，直到邏輯節(jié)點(diǎn)所有成員被處理。
　　(2)如果結(jié)構(gòu)s非空，則在生成的TypeDescription中添加一個(gè)以功能約束值c為名稱成員，其類型為結(jié)構(gòu)s。
    (3)重復(fù)(1)、(2)，直到所有功能約束值被處理。
如果一個(gè)功能約束值在任何成員上產(chǎn)生的FCD均空，則這個(gè)功能約束值將不作為有名變量的TypeDescription的一個(gè)成員出現(xiàn)。
4 通信網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)
　　設(shè)備接口模塊使用同設(shè)備相同的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)同設(shè)備的通信，并將收到的點(diǎn)信息存放到一個(gè)點(diǎn)信息表結(jié)構(gòu)中。針對(duì)設(shè)備采用的通信協(xié)議不同，可以設(shè)計(jì)不同的設(shè)備接口模塊，但它們完成的功能是相同的，即點(diǎn)信息的采集和發(fā)送。基于IEC 61850和MMS的通信網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　點(diǎn)信息表是一個(gè)針對(duì)設(shè)備發(fā)送的點(diǎn)信息設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它應(yīng)滿足設(shè)備點(diǎn)信息的唯一標(biāo)識(shí)，例如通過一個(gè)點(diǎn)ID號(hào)，還應(yīng)具備存儲(chǔ)點(diǎn)信息值的能力。由于設(shè)備接口模塊和MMS服務(wù)器可能同時(shí)訪問(讀寫操作)點(diǎn)表中信息，因此應(yīng)為每一個(gè)點(diǎn)信息增加一個(gè)標(biāo)志(互斥信號(hào)量)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)表信息的互斥訪問。此外還可以包含點(diǎn)信息的含義、數(shù)據(jù)類型等信息。點(diǎn)信息表的結(jié)構(gòu)也會(huì)因設(shè)備傳輸?shù)狞c(diǎn)信息的不同而不同。
5 數(shù)據(jù)連接過程
　　在故障錄波數(shù)據(jù)傳輸中采用客戶-服務(wù)器模型，服務(wù)器端程序?qū)崿F(xiàn)IEC61850的變電站智能電子設(shè)備代理功能，主要是調(diào)用前面定義的SCL解析程序，根據(jù)配置文件描述，采用ACSI動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的調(diào)用，生成IEDs的代理并初始化，然后發(fā)布61850 Server服務(wù)器，等待客戶訪問，同時(shí)啟動(dòng)服務(wù)器端的事件監(jiān)視功能，完成報(bào)告、記錄的更新。客戶端程序調(diào)用ACSI動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中沒有具體實(shí)現(xiàn)的版本，也就是接口定義部分，接口定義的主要作用就是讓客戶程序知道每個(gè)類的具體方法，客戶并不關(guān)心實(shí)現(xiàn)，只要調(diào)用所需方法，就可以獲得所需要的結(jié)果：
    InitClient()；//本地安全控制；
    TcpChannel chan=new TcpChannel()；
    ChannelServices.RegisterChannel(chan)；//注冊(cè)信道；
    abc=(SERVER)Activator.GetObject(typeof(SERVER)，'tcp://202.206.215.119:8085/SERVER')；//得到遠(yuǎn)程對(duì)象；
    …………//遠(yuǎn)程調(diào)用過程；
5.1 建立連接階段
　　建立連接的過程可以用一個(gè)服務(wù)原語(yǔ)的序列來(lái)描述：首先客戶端發(fā)出N-CONNECT.REQUEST原語(yǔ)，服務(wù)器端接收N-CONNECT.INDICATION原語(yǔ)并返回N-CONNECT.RESPONSE原語(yǔ)，客戶端接收N-CONNECT.CONFIRMATION原語(yǔ)。當(dāng)用TCP實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)N-CONNECT.REQUEST，客戶端TS(OSI傳輸服務(wù))提供者使用指定的IP地址和特定的端口執(zhí)行TCP-OPEN_PORT操作。在服務(wù)器端通過N-CONNECT.INDICATION事件通知連接指示的產(chǎn)生。為了捕獲N-CONNECT.INDICATION事件，服務(wù)器端需預(yù)先執(zhí)行TCP-LISTEN_PORT動(dòng)作，監(jiān)聽特定端口(102端口)，當(dāng)一個(gè)客戶成功連接到這個(gè)端口，TCP-CONNECTED事件發(fā)生時(shí)，執(zhí)行N-CONNCET.RESPONSE動(dòng)作。在這個(gè)過程中，服務(wù)器端的地址是IP地址加上端口號(hào)，客戶端地址是一個(gè)IP地址，其他參數(shù)不進(jìn)行映射。
5.2 數(shù)據(jù)傳輸階段
　　為了執(zhí)行N-DATA.REQUEST動(dòng)作，TS提供者首先將構(gòu)造好的傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元(TPDU)傳遞給NS(網(wǎng)絡(luò)層服務(wù))服務(wù)提供者，NS服務(wù)提供者再將TPDU封裝成稱為TPKT的報(bào)文單元(TPKT的定義將在下節(jié)介紹)，然后利用TCP-SEND_DATA傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)對(duì)端后，TCP通過TCP-DATA_READY事件表示數(shù)據(jù)到達(dá)，并觸發(fā)N-DATA.INDICATION事件，TS用戶通過TCP-READ_DATA讀取數(shù)據(jù)。
5.3 釋放連接階段
　　為了執(zhí)行N-DISCONNECT.REQUEST動(dòng)作，TS提供者只需通過TCP-CLOSE原語(yǔ)關(guān)閉TCP連接即可。TCP-CLOSED事件表明連接已關(guān)閉。
　　作為未來(lái)電力系統(tǒng)無(wú)縫通信的基礎(chǔ)，IEC61850定義了變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的抽象通信服務(wù)接口，并采用特殊通信服務(wù)映射的方式映射到多種具體的通信協(xié)議。MMS是其中最為重要的一個(gè)應(yīng)用層通信協(xié)議，本文研究了基于IEC61850/MMS的電力錄波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了錄波數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)61850規(guī)約的解析，以及到通信棧的映射，取得一定的成果。

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