摘要：随着电力事业的快速发展，近年来我国智能变电站领域实现了较为长足的进步，IEC61850规约的提出便是这种进步的最直观体现，基于此，本文简单分析了IEC61850规约特点，并详细论述了基于IEC61850的智能变电站一体化电源系统的通信接口硬件平台选择与具体设计，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键字：IEC61850规约；通信接口；智能变电站
前言：
作为世界电力发展的新趋势，智能电网的建设离不开智能变电站的支持，而为了避免智能变电站建设过程中出现不同厂家的产品设备无法互通问题，基于“同一个世界，同一种技术，同一种标准”理念的IEC61850规约开始广泛应用于智能变电站领域，由此可见本文围绕基于IEC61850智能变电站一体化电源系统通信接口设计开展研究具备的较高现实意义。
1.IEC61850规约特点
IEC61850规约主要由概述、术语、整体要求、系统和项目管理、功能和设备的通信要求、变电站与馈线设备的基本通信结构等内容组成，而对比传统变电站的通信标准不难发现，IEC61850规约具备分层分布式结构、面向高速以太网技术、采用面向对象的统一建模技术、体系结构开放、IED互操作性强等特征，如分层分布式结构的应用能够赋予智能变电站自我诊断功能，并能够简单实现各层和各设备之间的信息共享，单元原件故障对智能变电站的影响也能够得到较好控制，由此即可更深入了解IEC61850规约[1]。
2.通信接口的硬件平台选择
2.1总体结构
基于IEC61850的智能变电站一体化电源系统通信接口设计离不开硬件平台的支持，本文研究选择了TZJ-I-B硬件平台用于具体设计，该硬件平台为我（珠海泰坦科技股份有限公司）公司生产的智能通讯服务器，并具备2个以太网口（10/100Mpbs）、2个可选的串口（RS485），硬件平台预装了linux操作系统，同时所有软件均可存储至flash闪存中。深入分析不难发现，硬件平台可以细分为LED灯、电源、网络通信、串口通信、系统共五部分。
2.2具体构成
TZJ-I-B硬件平台采用的处理器、通信接口、存储系统如下所示：（1）处理器。采用了三星公司生产的S3C6410( ARM11)型号CPU，该CPU的主频为667MHz、基于ARM1176JZF-S内核。（2）通信接口。由串口和网口两种通信接口构成，通信速度为50bps~921.6Kbps，并能够支持任意波特率。（3）存储系统。由256MB的Flash闪存器与128MB的DRAM动态随机存储器组成，带有SD卡插槽以满足扩展需要，
3.通信接口的具体设计
3.1传统规约和IEC61850的转换
智能变电站的建设往往会涉及传统变电站改造问题，而由于很多传统变电站的电源设备仍基于传统电力通信规约，这就使得智能变电站改造必须解决新、旧变电站设备的通信问题，而这就需要得到IEC61850协议转换通信接口的支持，这一转换往往会用到IEC61850协议转换器，该转换器能够为智能变电站无缝通信的实现提供有力支持。具体来说，传统规约和IEC61850的转换需要得到信息模型映射、服务和服务数据的映射、配置说明文档的支持，具体支持如下所示：（1）信息模型映射。图1为信息模型映射示意图，基于控制、定值、遥测、遥信等信息进行再次建模，即可满足通信需要。（2）服务和服务数据的映射。需明确服务模型和服务、IEC61850与MODBUS间的服务映射，其中服务模型和服务主要包含服务模型的描述和服务，如定值组控制的描述为“定义如何编辑定值组、如何从一组定值切换到另一组”，而IEC61850与MODBUS间的服务映射则由二者服务的对应关系组成，如自发传输对应出发选项data-change的报告，而读取过程则对应Get服务。此外，映射关系的明确同时属于其中的重点内容，这一过程需要使用已经定义好的名字。（3）配置说明文档。需要通过XML语言进行通信系统配置、IED配置和参数等内容关系的描述[2]。
3.2软件平台选择
选择了linux嵌入式操作系统作为智能变电站一体化电源系统的通信接口设计软件平台，这是由于该平台具备多硬件平台支持、模块化操作系统精简、支持有线和无线网络连接、开发工具强大等特点，在linxu操作系统支持下，本文研究的开展将获得有力支持。
3.3功能模块的实现
基于IEC61850的智能变电站一体化电源系统的通信接口软件设计流程可以简单描述为：“开始→初始化环境→结束任务？→NO→设定IP地质→网络通信正常？→YES→串口接收数据→有无客户端请求→无/下发请求→转发已有请求？→NO/处理请求→数据映射、转发→查询→NO/查询遥信遥测值→处理本地缓冲→周期上送？→NO→响应客户端请求（取本地最新值）→数据存储→串口发送数据→完整转换？→YES→结束”，具体设计可细分为Memory模块、Reboot Device模块、Serial Receive模块、SetIPAddress模块、Watch Dog模块、61850Module模块，其中存储空间大小和剩余存储空间的显示均需要得到Memory模块的支持，串口通信与网口通信的数据交互采用共享内存。Reboot Device模块用来重启设备。Serial Receive模块用来接收串口（RS485）数据。Watch Dog模块用来实时监测软件程序的运行状态。而硬件平台地址设置则需要得到SetIPAddress模块的支持，其中SetIPAddress模块实现流程可以概况为：“使用ifconfig命令设置eth0IP地址→使用ifconfig eth0 down禁用eth0→使用ifconfig eth0 up生效eth0→使用ifconfig命令设置eth1IP地址→使用ifconfig eth1 down禁用eth1→使用ifconfig eth1 up生效eth1”。此外。在通信接口软件设计中，61850Module模块在其中发挥着关键性作用，该模块的程序流程图可以描述为：“开始→初始化环境→读取ICD文件→有无客户端请求？→NO→转发通道内已有请求或报告？→NO→数据映射、转发→查询？→NO→处理本地缓冲→周期上送？→其本地最新值→相应客户端请求→结束任务”，流程的实现采用了SCL语言，IEC61850规约具备的灵活配置等优点也得到了较好体现。
图1 信息模型映射示意图
3.4实验验证
采用了研究对象的UPS电源通信进行了IEC61850规约测试，实验平台主要由网线、光纤、UPS数据端、UPS、协议转换接口管理机、计算机组成，而通过开展UPS模型动态检测、UPS模型的关联测试、UPS模型数据读取、UPS数据采样值测试、时间同步测试、双网冗余测试，可确定本文开展的基于IEC61850智能变电站一体化电源系统的通信接口设计达到了预期的效果，如双网冗余测试在转换期间无数据丢失便较好证明了这一认知，由此可见研究具备的较高现实意义。
结论：综上所述，基于IEC61850的智能变电站一体化电源系统的通信接口设计具备较高现实意义，在此基础上，本文涉及的传统规约和IEC61850的转换、软件平台选择、功能模块的实现、实验验证等内容，则提供了可行性较高的相关设计路径，而为了更好推动我国智能电网事业的发展，更多传统电力规约也需要纳入转换研究领域，如CAN、CDT、DNP、UCA2、PROFIBUS等规约。
参考文献：
[1]刁光宇,张万征,尹宝林.智能变电站一体化电源的运用与安全可靠性研究[J].自动化应用,2016,11:107-108.
[2]吴博,吕晓平,卢泽光,张晓花.智能变电站一体化电源监控系统[J].山东工业技术,2016,14:159-160.
论文作者:王新晶,彭贻飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：变电站论文; 规约论文; 通信论文; 智能论文; 三星论文; 接口论文; 模块论文; 《基层建设》2018年第19期论文;