维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第１０期 ２００３年１０月 文章编号：１０００－３６７３（２００３）ｌ０．００６１－０５ 电网技术 、，．０１．２７Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０ｏ３ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 中图分类号：ＴＭ７１２ 文献标识码：Ａ 基于Ｉ ＥＣ ６１ ８５０标准的变电站自动化系统研究 吴在军，胡敏强 （东南大学电气工程系，江苏省南京市２１００９６） ＲＥＳＥＡＲＣＨ ｏＮ Ａ ＳＵＢＳＴ棚ｏＮ ＡＵＴｏ 姗ｏＮ ＳＹＳＴＥＭ ＢＡＳＥＤ ｏＮ ＩＥＣ ６１８５Ｏ ＷＵＺａｉ－ｊｕｎ．ＨＵＭｉｎ—ｑｉａｎｇ （Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｄｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，￣ａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：．Ｗｈｉｌｅ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉＨＫ＝ｔｉ０ｎｓ ａｒｃ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ。ａ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｈｏｕｌｄ ｂｏｃｏｉｎ￣ａ ｏｐｅｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｉ．ｅ．，ｔＯ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｈａｒｉｎｇ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ 关键词：变电站自动化系统；通信系统；ＩＥＣ ６１８５０通信标 准；互操作性；面向对象建模；智能电子设备 １ 引言 变电站自动化系统的功能除控制、监视和保 护３大功能外，还包括变电站自动化系统的维护 功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能【ｌ】。 采用变电站自动化系统可以把原本分隔的控 制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形 式进行集成，由少量多功能智能电子设备 （Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ，ＩＥＤ）组成自动化 ｍａｎｕｆａｃｔｍｅｒｓ ａｎｄ ｔｏ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｉｎｔｅｒｏｐｅｍｂｉｌＲｙ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｐｍｌｍ￣，ａ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ，ｉ．ｅ．，ＩＥＣ ６１８５０，ｉｓ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ＩＥＣ．Ｏｎ ｔｈｅｂａｓｉｓｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓｏｆｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｉｎｇ， ｕｎｉｉｆｅｄ ｏｂｊｅｃｔ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｄａｄａ ｏｂｊｅｃｔ ｓｅｌｆ－ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ａｎｄ柚 由ｆａｃ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｐｐ＇ｍｇ，ｅｔｃ．，ａ ｉｆ＇ａｍｅｏｆｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓｗｈｉｃｈｉｓ ｃｏｎｆｏｒｍｅｄ ｔｏ正Ｃ ６１８５０ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｉｄｅａ ｏｆ ｂｊｏｅｃｔ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｐｐｉｎｇ， ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｉｆｉｅｄ 系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使 信号电缆大为减少，系统结构简化。这样既提高 了系统的经济性，又改善了可靠性。因此，变电 站集成和自动化已成为电力行业降低安装、维护 和运行成本的有效途径。 在变电站自动化系统集成过程中面临的最大 障碍是不同厂家的ＩＥＤ，甚至同一厂家不同型号 ｈａｉｄｗａｌ＇￣ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｌｃｔｅｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ（ＩＤＥｓ） ｗ／ｔｈｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ａｓｗｅｌｌ ａｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｈｏｕｌｄｐａｙ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ａｒｃ ｒｅｓｅａｚｃｈｅｄｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｉｓ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｎ ｔｈｅ ｉｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｉｎｔｅｒｏｌ￣ｍｂｉｌｉｔｙ，ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｅｍ（ｔＳＡＳ）． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；Ｃｏｍｍｕ— ｎｉｃａｆｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ＩＥＣ ６１８５０；Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ；Ｏｂｊｅｃｔ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＥｌｃｔｅｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１ＥＤ） 的ⅢＤ所采用的通信协议和用户界面的不相同， 因而难以实现无缝集成和互操作。因为需要额外 摘要；变电站自动化系统在实现控制、监视和保护功能的 同时，为了实现不同厂家的设备达到信息共享，使变电站 自动化系统成为开放系统，还应具有互操作性。为此，国 际电工委员会（正Ｃ）制定了变电站内通信网络和系统标 准体系——ⅢＣ ６１８５０。文章在分析ＩＥＣ ６１８５０标准的信息 分层、面向对象的数据对象统一建模、数据自描述和抽象 通信服务映射等概念的基础上，提出了一种符合ＩＥＣ ６１８５０ 标准的变电站内通信系统的框架模型。同时，遵循面向对 象建模和抽象服务映射的思想，对变电站内智能电子设备 （刀团Ｄ）统一硬件平台设计和软件系统的实现方法以及应 该注意的相关问题进行了详细讨论，为变电站自动化系统 的互操作性、可扩展性和高可靠性要求的实现提供了依据。 的硬件（如规约转换器）和软件来实现ＩＥＤ互联， 还要对用户进行培训，这在很大程度上削弱了变 电站实现自动化的优点和意义。因此变电站自动 化系统在实现功能之外，还应具备互操作性、可 扩展性和高可靠性等性能。这在以往系统分析和 设计过程中通常是被忽视的。 互操作性，即同一厂家或不同厂家的多个ＩＥＤ 要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的 能力。设备的互操作性可以最大限度地保护用户 原来的软硬件投资，实现不同厂家产品集成。 可扩展性，这就要求系统在设计时，软件系 统和硬件系统都尽可能采用模块化设计方法，方 ／ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 、ｂ１．２７Ｎｏ．１０ 便未来的系统扩展，同时要求通信接口标准化， 系统具有开放性。 高可靠性，系统应具有冗余结构，特别是作 为系统数据通道的通信系统和人机界面的监控主 站应具有互相独立的冗余配置 在故障情况下， 冗余的通信系统和监控主站应该可以在系统不停 动化系统的功能模型（Ｐａｒｔ ５）。 （２）数据建模（３）通信协议采用面向对象的方法，定义 定义了数据访问机制（通信 了基于客户机朋艮务器结构的数据模型（Ｐａｒｔ ７－３／４）。 服务）和向通信协议栈的映射，如在变电站层和 间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到 ＭＭＳ（ⅢＣ ６１８５０－８—１）。在间隔层和过程层之间的 止工作的情况下进行热切换，以保证系统执行相 应的保护和自动控制任务。 ｉＣ在充分考虑上述变电站自动化系统的功能 ｌ网络映射成串行单向多点或点对点传输网络（ⅢＣ ６１８５０－９—１）或映射成基于ＩＥ Ｅ ８０２．３标准的过程 总线（ⅢＣ ６１８５０—９—２）（Ｐａｒｔ７－２，Ｐａｒｔ ８／９）。 和要求，特别是互操作性要求的基础上，制定了 变电站内通信网络与系统的通信标准体系—＿ⅢＣ ６１８５０标准。它采用分层分布式体系、面向对象的 建模技术，使得数据对象的自描述成为可能，为 不同厂商的衄了途径。 （４）变电站自动化系统工程和一致性测试定 义了基于ＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｋｅ ｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）的 结构化语言（Ｐａｒｔ ６），描述变电站和自动化系统的 拓扑以及ｌｉＤ结构化数据。为了验证互操作性，Ｐａｒｔ ｌ０描述了ｌｉＣ ６１８５０标准一致性测试。 ２．２ ＩＥＣ ６１ ８５０标准的主要特点 ２．２．１信息分层 实现互操作和系统无缝集成提供 ２ ｌＥＣ ６１８５０标准简介 ２．１ ＩＥＣ ６１８５０标准的主要内容 在２０世纪９０年代初，欧洲和美国同时开展 变电站通信网络和系统协议ｌｉＣ ６１８５０标准草 案提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑 概念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体 系分为３个层次，即变电站层、间隔层和过程层， 并且定义了层和层之间的通信接口，如图２所示。 了这方面的研究工作，并制定了相应标准【２．３】。为 了避免两个标准冲突，在ｌｉＥＥ和ｌｉＣ的共同协调 下，ＩＥＣ决定以ＵＣＡ ２．０数据模型和服务为基础， 将ＵＣＡ的研究结果纳入ＩＥＣ标准，建立世界范围 的统一标准——ⅢＣ ６１８５０，并于１９９９年３月提出 了委员会草案版本。ｌｉＣ ６１８５０标准草案主要包括 的系列文档如图ｌ所示。 远方控制± ⑦ 技术服务 ⑧ ⑧ 间隔屡ｌ匝 远方 ② 圃 ｌ 匝 ｌ圈圈 ｌ ②远拊 过程屡Ｉ［二 圃Ｉ ｅ—一，一面压设备—ｅ—一，一图２信息分层的变电站自动化系统 ２ ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｉｎｇｉｎＳｌｌｂ￣ａｌｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ 基本通信框架 Ｐａｒｔ７ ２．２．２ 面向对象的数据对象统一建模 ＩＳＣ￣ＡｌＳＣＳＭＢＩＩＩＳＣＳＭｘｌ ｌＳＣＳＭＹｌ Ｐａｒｔ９ Ｉｓｔ￣＾ｌ ＳｔａｃｋＢＩＩＩ ＳｔａｃｋＸｌ ｌＳｔａｃｋＹｌ ｉＣ ６１８５０标准采用面向对象的建模技术，定 ｌ义了基于客户机／服务器结构数据模型。每个ｌｉＤ 包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含 致性测试 Ｐａｒｔ １０ 图１ ｌｅｅ６１８５０标准草案包括的系列文档 １ ｌＥｅ６１８５０ｄｏｃｕｍｅｎｔｐａｒｔｓ 个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点， 逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属 就概念而言，ｌｉＣ ６１８５０标准草案主要围绕以 下４个方面展开： 性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言，ｌｉＤ 同时也扮演客户的角色。任何一个客户可通过抽 象通信服务接口（ＡＣＳＩ）和服务器通信可访问数 据对象，如图３所示。 （１）功能建模从变电站自动化通信系统的 通信性能（ＰＩＣ０Ｍ）要求出发，定义了变电站自 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第ｌＯ期 电网技术 日… 层协议的抽象通信服务接口（Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｍｍｕｎｉ— ｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＡＣＳＩ）。在ＩＥＣ ６ｌ８５ｏ－７—２ ＾ 中，建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服 务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻 辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过 ＡＣＳＩ，由专用通信服务映射（Ｓｐｅｃｉｉｆｃ Ｃｏｍｍｕｎｉ． ｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｍａｐ，ＳＣＳＭ）映射到所采用的具体 协议栈，如制造报文规范（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ＭＭＳ）等。ＩＥＣ ６１８５０标准使用ＡＣＳＩ 和ＳＣＳＭ技术，解决了标准的稳定性与未来网络 技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要 改动ＳＣＳＭ，而不需要修改ＡＣＳＩ。 图３服务器中典型数据模型分层结构 孽 ３ Ｓｔｒｎｃｌａｒｅｏｆａｄａｔａｍｏｄｅｉｎａｆｌｅｖｅｒ ２．２．３数据自描述 与卫巳Ｃ ６ｏ８７（１－５系列标准采用面向点的数据描 述方法不同，ＩＥＣ ６１８５０标准对于信息均采用面向 对象的自描述。 采用“面向点”的数据描述方法，在信息传 输时数据收发双方必须事先对数据库进行约定， 并一一对应，这样才能正确反应现场设备的状态。 协议一旦确立以后，如果要增加或删除某些信息 就必须对协议进行修改，这是一项耗费资金和时 间的工作。随着技术发展、电力市场的建立和变 电站自动化水平的提高，变电站内需要传输的新 信息不断增加，这种数据描述方法已不大适应， 因而使新功能的应用受到限制。 面向对象的数据自描述在数据源就对数据本 身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自 我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、 ３基于ｌＥＧ ６１８５０标准的变电站内通信系 统框架模型 作为变电站自动化通信网络和系统的标准， ＩＥＣ ６１８５０主要强调面向对象的建模和对基于客户 机，服务器结构的应用数据交换的定义。一典型变 电站自动化系统的通信系统框架模型如图４所示。 制造报文规范（ＭＭ．Ｓ） ＴＣＰ，ＩＰ 应用层 网络层 １０Ｍ以太网 （双绞线或光纤） 数链层 物理层 图４ ＩＥＣ ６１８５０变电站自动化通信系统框架 Ｆｉｇ．４ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅ （１）物理层，数据链路层 选择以太网作为通信系统的物理层和数据链 路层的主要原因是以太网在技术和市场上已处于 主流地位。另外，随着快速以太网、Ｇ－比特以太 网技术逐步成熟，对变电站自动化应用而言，网 络带宽已不再是制约因素，由冲撞引起的传输延 时随机性问题已淡化。 曾有一种观点，认为因以太网具有载波侦听 多路访问（ＣＳＭＡ／ＣＤ）的本质，其对“实时”信 息传输造成延迟的随机性无法预测，因而不能满 标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以 传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的 管理和维护工作。为此，ＩＥＣ ６１８５０标准提供了一 整套面向对象的数据自描述方法。 （１）ＩＥＣ ６１８５０对象名称对象名的命名规则。 （２）ＩＥＣ ６１８５０通信服务标准采用面向对 标准定义了采用 设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立 足实时系统的需要。因为两个或多个以太网节点 同时访问共享的传输介质局域网（ ）时会造 成数据冲突，此时所有冲突的节点会按退避算法 象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如， 获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表 的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。 ２．２．４抽象通信服务接口（ＡＣＳＩ） ＩＥＣ ６１８５０标准总结了变电站内信息传输所必 需的通信服务，设计了独立于所采用网络和应用 （ｂａｃｋｏｆｆ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）随机延迟一定的时间，然后 试图重新访问介质，以获得介质的访问权。这样 就无法确切地估计冲突节点所需的随机等待时 间，因而有可能造成“实时”信息传输无效。 为了定性地说明这一问题，美国电力研究院 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 、，＿０１．２７ＮＯ．１０ （Ｅ唧）对此进行了研究，在特定的“最恶劣” 减轻主控模块的负担，使其专注于数据处理、故 障判断和任务调度。同时，采用这种模块化的设 计方法，使得ＩＥＤ具有可扩展性，可以根据客户 的需要添加相应模块，为ＩＥＤ的高可靠性提供了 可能。而且这种模块化的设计方法可以随技术的 发展而更换相应模块，最大限度地保护了用户已 情形下对比了以太网和ｌ２Ｍ令牌传递Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网 的性能。研究结果表明，通过交换式ＨＵＢ连接的 ｌＯＭ以太网完全能够满足变电站自动化系统网络 通信“实时”性的要求，并且以太网快于ｌ２ Ｍ令 牌传递Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络【４】。 （２）网络层，传输层 选择事实标准的ＴＣＰ／ＩＰ协议作为站内ＩＥＤ的 高层接口，实现站内ＩＥＤ的Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｍｅｔ化， 有的投资，迅速实现产品的升级换代。 在该平台上直接与ＩＥＣ ６１８５０标准相关的模块 主要是负责信息处理和网络通信的模块，即通信 使得站内ＩＥＤ的数据收发都能以ＴＣＰ／ＩＰ方式进 模块。此通信模块设计时必须处理好ＣＰＵ处理速 行。这样，监控主站或远方调度中心采用ＴＣＰ／ＩＰ 度、ＲＡＭ的容量和ＲＯＭ的容量等。 协议就可以通过广域网（ＷＡＮ）甚至Ｉｎｔｅｍｅｔ获得 在实际设计过程中，将主控模块和通信模块 变电站内的数据。同时，采用标准的数据访问方 合二为一，选用Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司集成了以太网控制 式可以保证站内ＩＥＤ具有良好的互操作性。 器的３２位高性能芯片ＭＰＣ ８６０。通信模块中ＭＡＣ （３）应用层 层和ＬＬＣ层功能由ＭＰＣ ８６０中的以太网控制器实 选择制造报文规范（ＭＭＳ）【 １作为应用层协议 现，而１０／１００Ｍ自适应以太网收发器芯片ＬＸＴ ９７０ 与变电站控制系统通信。所有ＩＥＤ中基于ＩＥＣ ６１８５０ 则实现与通信介质接口和驱动等功能。在通信模 建立的对象和服务模型都被映射成ＭＭＳ中通用的 块中实现庞大的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈和ＭＭＳ，需要较 对象和服务，如数据对象的读、写、定义和创建以 大的存贮空间，因此，程序存储器和数据存储器 及文件操作等。ＭＭＳ对面向对象数据定义的支持， 分别采用大容量的Ｆｌａｓｈ ２９Ｆ０４ｏ和ＳＲＡＭ 使该数据自描述成为可能，改变了传统的面向点的 ＫＭ４１６Ｓ１０２０Ｂ以适应应用的需要。主控模块和通 数据描述方法。因数据本身带有说明，故传输可不 信模块的硬件结构如图６所示。 受预先定义的限制，简化了数据管理和维护工作。 控制总线 以太网通信标准和ＭＭＳ结合，加之ＩＥＣ ６１８５０ 地址总线 的应用描述，是将变电站自动化系统变成开放系 数据总线 个 统的一可能实现的途径【６】。 ￥： ｝： ： 、ｒ 、 ； ｝： ； ： ，、 ： Ｉ： 看门狗Ｉ斗时骥¨ｌ垴垂ｌ以太网ＩＩ舆ＩｃＰｕＩｏ，、，、Ｌ： ｌｃＰｕ）ｌ Ｆｌａｓｈ ＩＩＳＲＡＭｌｌｓＤｌ Ｍｌｌ４ ｌＥＤ统一硬件平台设计 Ｉ坊相Ｉ ＣＡｂ早 考虑ＩＥＤ本身的功能，以及可扩展性和可靠 性的要求，ＩＥＤ硬件设计采用可组态的模块化设 计方法，按功能划分各个模块，主要包括模拟量 输入输出模块，开关量输入输出模块，人机接口 图６基于模块化设计思想的ＩＥＤ主控模块和 模块（Ｍ ），通信模块（ＣＯＭ）和主控模块（ＣＰＵ）， 通信模块的硬件结构 Ｆｉｇ．６ Ｍｏｄｕｌａｒ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌＥＤ ｈａｒｄｗａｒｅ 如图５所示。 ｆｏｒＣＰＵ ａｎｄ ＣＯＭ ｌ电源 ５ ＩＥＤ软件系统设计 ＩＭＮＩＩ ＣＰＵ ５．１ ｌＥＤ功能模块的实现 ｌＣＯＭ 实现ＩＥＣ ６１８５０的重点、难点在于软件设计。 它主要涉及两个方面的内容：在变电站层的监控 图５基于模块化设计思想的ＩＥＤ硬件结构 ■ ５ ＭｏｄｕｌａｒｍｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆＩＥＤｈａｒｄｗａｒｅ 主站系统上实现与ＩＥＣ ６１８５０相关的功能：在间隔 层ＩＥＤ上实现保护、控制，尤其是在间隔层的ＩＥＤ 模块和模块之间的数据通信通过内部高速总 的通信模块中实现ＴＣＰ／ＩＰ、ＭＭＳ、ＸＭＬ等技术。 线实现。由于各模块都具有一定的智能化处理能 本文主要讨论ＩＥＤ中软件系统的实现。 力，可以对信号的输入输出进行一定的预处理， ＩＥＤ软件设计也是按功能划分进行模块化设计 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第ｌ０期 电网技术 的，使得软件具有可裁剪性，也便于功能扩充。按 功能划分主要可分为：数字信号处理元件、数据处 理元件、继电保护元件、可编程的数字量输入输出 （ ： 皇望墨至：一： ） （二二亘 二＝） 元件、事件捕获元件、人机接口元件和通信元件。 不同于以往一般的微机保护监控装置，ⅢＣ ６１８５０标准中为了实现互操作性和可扩展性，采用了 面向对象的建模技术，定义了数据模型和设备模型 以及描述数据对象的方法及一套面向对象的服务。 所以，ⅢＤ软件设计除了要实现测量、保护和控制 功能外，还应充分考虑并遵循这些要求。按照ＩＥＣ ６１８５０－５定义的逻辑节点模型，采用面向对象分层描 述方法描述电流速断保护逻辑节点，如图７所示 （ 协议回（ 回） ） 板级支持包（ＢＳＰ） 图８ ＩＥＤ软件实现示意图 Ｆｉｇ．８ Ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ＥＤ ｌｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ６结束语 文章在分析了ＩＥＣ ６１８５０标准的信息分层、面 向对象的数据对象统一建模、数据自描述和抽象 通信服务映射等概念的基础上，提出了变电站自 动化通信系统框架模型，同时遵循也Ｃ ６１８５０标 准，对ＩＥＤ硬件系统和软件系统具体实现方法及 应该注意的相关问题进行了讨论，为变电站自动 化系统互操作性、可扩展性和高可靠性的实现提 供了可行依据。 但由于受到目前技术条件的限制，本文对ＩＥＤ 硬件平台中通信模块１０Ｍ／１００Ｍ的自适应、‘双网 图７电流速断保护逻辑节点示意图 ｎ晷７ Ｌｏｇｉｃｎｏｄｅｏｆｉｎｓｔａｎｔｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ叫ａｙ 冗余设计及其切换策略，以及倍受关注的变电站 中过程层自动化实现的软、硬件方案等均未涉及， 这也是今后需要进一步研究的重点。 致谢 感谢东南大学一南瑞继保公司学位论文基金的资助。 ５．２ ｌＥＤ通信模块的实现 ＩＥＤ应具有强大的网络通信功能，以实现符合 ＩＥＣ ６１８５０标准的通信系统框架，因而通信模块的 实现显得尤为重要。在间隔层的ＩＥＤ中实现上节所 述功能，同时在通信模块中实现ＴＣ 、ＭＭＳ、ＸＭＬ 等技术，特别是在ⅢＤ中的单片机或ＤＳＰ上实现这 参考文献 【ｌ】ＩＥＣ６１８５０：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ，ｐａｒｔ５ 【Ｓ】．１９９９． 些技术，是有相当难度的。尤其是１＇（：Ｐ ，协议的处 理任务繁杂，并且还要求有很高的实时性。 【２１ＩＥＣ６１８５０：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ。ｐａｒｔ１ ｔＯｐａｒｔ １０【Ｓ】．１９９９． 【３】ＵＣＡ ２．０ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ．ＵＣＡ ｐｒｏｆｉｌｅｓ：ｄｒａｆｔ １．１，ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ 嵌入式实时操作系统（Ｒ ＩＤＳ）的出现，为此类 任务的实现提供了便捷方法。因此，ｌＥＤ软件设计采 用了Ｗ＇ｍｄｒｉｖ￣ｒ公司的嵌入式实时操作系统（Ｒ Ｓ） ＶｘＷｏｒｋｓ，利用ＲＴＯＳ提供的多任务机制以及任务之 间的通信和互斥等机制来进行任务的管理和调度。同 时，ＶｘＷｏｒｋｓ还提供了与ＢＳＤ ４．４版本基本兼容而实 时性方面有很大提高的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。 ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＥＰＲＤ［Ｓ］．１９９８． ［４】Ｈａｕｄ Ｊ，ＪａａｚＡ，ＲｕｄｏｌｐｈＴｅｔａ１．Ａｐｉｌｏｔｐｒｏｊｅｃｔｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｒａｆｔｓｆｏｒｏｐｅｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ－Ｆｉｒｓｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｗｉｔｈｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＥＣ ６１８５０［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｄｅ．ａｌｓｔｏｍ．ｏｍ／ｃｐ－ 【５】ＩＳＯ／ＩＥＣ ９５０６．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｐｅｃｉｉｃａｔｆｉｏｎ［Ｓ］ ［６】沈国荣，黄键（Ｓｈｅｎ Ｇｕｏｒｏｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｊｉａｎ）．２０００年国际大电网会 议系列报道——通信技术是变电站自动化的关键（Ａ ｒｅｎｅｗ ｏｆ ｃｉｇｒｅ’２ＯＯ０ｏｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）叨．电力系统自动化（Ａｕｔｏｍａｌｉｎ ｏｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ），２００１，２５（１ｏ１：１－５． 所以，ｍＤ软件设计是由嵌入式ＲＴＯＳ及其 上的ＴＣＰ／ＩＰ软件模块以及应用程序模块构成，如 图８所示。 收稿日期：２００２．１０－１７。 作者简介： 吴在军（１９７５．），男，江苏南京人，博士研究生，研究方向为变 电站自动化系统； 上述变电站内通信网络模型中物理层和数据 链路层功能由以太网收发器和集成在ＣＰＵ中的以 太网控制器实现。网络层ＴＣＰ／ＩＰ协议的实现则须 调用Ｖｘｗｏｒｋｓ中的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。 胡敏强（１９６１．），男，江苏丹阳人，教授，博士生导师，从事工 程电磁场计算、电机及其控制技术、电气主设备状态监测与故障诊断 等方面的研究工作。 （编辑查仁柏）
