电力远动CDT规约向IEC61850转换的研究和实现

电力远动CDT规约向IEC61850转换的研究和实现
电力远动CDT 规约向IEC 61850转换的研究和实现
Research and Implementation of the Conversion of CDT Protocol towards IEC 61850
广东电网公司广州供电局周强强
Guangdong Power Gird Corporation Guangzhou Power Supply Bureau Zhou Qiangqiang
合肥供电局徐宁
Hefei Power Supply Bureau Xu Ning
摘要：面向点技术的传统规约向面向对象技术的IEC 61850的转换，是网络技术发展的必然趋势。

这里结合广州番禺供电局的运行实际，以CDT 规约作为传统规约的代表， IEC 61850标准的实现为基础，探讨了CDT 规约向IEC 61850转换理论。

并设计一个转换网关应用串口通信，信息建模以及XML 等技术实现其转换过程。

Abstract: The conversion of traditional protocol dot-facing technique towards IEC 61850 of the object-oriented technique is an inevitable trend of the network technique development. Combining with the application in Guangzhou Panyu Power Supply Bureau, based on IEC 61850 standard realization, taken CDT protocol as the representative of traditional protocol, the theory of conversing CDT protocol to IEC 61850 is approached, and a conversion gateway using the technique of serial communication, information modeling and XML etc is designed to succeed the conversion process.
关键词：CDT IEC 61850 XML 串口通信信息模型
Key words: CDT IEC 61850 XML Serial communication Information model 中图分类号：TM734 文献标识码：B
换的过程。

1.前言
电力远动通信系统和所采用的通信协议关系 2.规约简介
[1]
密切。

目前电网运行的规约种目繁多，可能达到2.1 CDT 规约上百种。

其中典型的是101、104、CDT 等面向点电力部1991年颁布的CDT (Cyclic Digital 的电力远动规约。

所谓面向点的，即依靠各种数Transmit )规约是一种典型的循环式传送规约。

子据地址“点”值来区分不同的信息，如某个开关站和主站之间传送的信息有：遥信、遥测、事件状态、某条线路的电压、电流或功率等测量值。

顺序记录(SOE )、电能脉冲计数、遥控命令、设定这些地址值由远动工程师预先分配，带有随意命令、升降命令、对时命令、广播命令、复归命性。

此外它还存在通信速率低，浪费信道资源等令及子站工作状态。

它采用可变帧长度、多种帧缺点。

类别循环传送，变位遥信优先传送。

重要遥测更在广州供电局变电一部番禺分部所管辖的新循环时间较短，区分循环量、随机量和插入量40个变电站中，有33个变电站都是采用的CDT 规采用不同形式传送信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。

约，其他的变电站都是采用101和104规约。

在网络技术迅猛发展的今天，这种状况很难CDT 规约简单可靠，在我国得到广泛应用，适应形势发展的需要。

因此有必要从信息源(变电但是它受制于规约结构，最多只能传输512个遥站)的过程层一直到调度中心采用统一的通信协信、256个遥测，不适合在传输大量信息的系统中议，数据对象统一建立标签名字库，以方便建采用。

此外CDT 规约采用传统的串行工作方式，模。

建立各个控制层次的公共对象建模工具(相互为低速网络设计；并且采用点到点的电路交换方的控制软/硬件方式)，建立全局性对象模型和同式进行数据传输，独占通信信道，已经不适应现一标签名字库字典，形成无缝的远动通信结构体代电力自动化系统的通信要求。

系。

在此种背景下，有必要探讨传统面向点的电 2.2 IEC61850
力规约向面向对象电力规约IEC 61850的转换，并2002年IEC
TC57制定的IEC 61850是关于变电以CDT 规约作为传统规约的代表，实现其规约转
站自动化系统计算机通信网络和系统的标准，是
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实用技术与管理
●
[2]今后电力系统无缝通信体系和建立数字化变电站[3-4]自动化系统的基础。

与以往电力系统的通信标准相比,具有如下的优点：①用面向对象建模技术；②采用分布分层的结构体系；③使用抽象通信服务接口ACSI 和特殊通信服务映射SCSM 技术；④实现智能如图1所示，转换过程可分为以下几步：电子设备间的互操作性；⑤提供自我描述的数据对1)CDT 报文数据通过串口通信解析变电站信象及其服务；⑥具有面向未来的、开放的体系结息；
构。

2)根据IEC61850标准中的定义以及变电站信可见IEC 61850的制定思路是：①由面向通信息，建立CDT 规约向IEC61850转换的网关信息模协议的描述转向面向信息交换的描述；②由面向型；
点的描述转向面向对象的描述；③应对通信技术3)第一步解析的变电站信息，向转换网关模和网络技术迅速发展的挑战；④满足应用技术迅型所对应得数据对象映射；
猛发展的要求。

4)用XML 文档对转换网关的配置性能进行描3.转换理论研究
述。

对于采用传统远动规约的通信系统，调度中 4.转换的实现
心一般都不直接与变电站设备进行通信。

变电站 4.1串口通信
设备往往先与RTU 相连，RTU 再采用传统规约与串口通信有多种实现方法，仅在控制中心的前置机通信。

从现有系统到IEC WINDOWS 操作系统中，就可以利用MSComm 控61850的转换，可以通过替换、扩展和改型完成。

件、WINDOWS API 、MFC 的
CFile 类等来实现串现有变电站的所有通信设备的替换，牵涉到变电口通讯。

但是MSComm 控件不适于多线程，站内相应设备的硬件和软件的修改。

若用这种方法就相当于要把变电站内大部分能正常工作的设CFile 类并未完全封装对串口的操作。

选用备都替换下来，代价高昂，是对现有资源极大的WINDOWS API 实现串口程序，具有灵活、通浪费。

应该选择的方案是在变电站层RTU 处增加用、使用方便等优点。

IED 代理，实现传统远动规约向IEC 61850的转WIN32串口API 有：CreateFile ()创建串口，换。

对于符合IEC 61850的智能电子设备，则可以GetCommState ()获得缺省串口设备状态，不经过代理直接和控制中心通信。

SetCommState ()设置串口设备状态，WriteFile ()发从CDT 规约到IEC 61850的转换，主要在协议出数据，ReadFile ()读入数据。

转换网关中完成。

网关一方面作为主站通过具体设计中运用多线程技术实现串口通信。

CDT 规约把变电站的远动信息收集上来；另一方首先打开串口，设置串口。

调用CreateFile ()函数面，网关又充当服务器，采用IEC 61850通信规约打开串口，注意设置FILE_FLAG_ OVER 为控制中心提供服务。

CDT 规约是面向点的。

而LAPPED 参数。

这个参数的设置决定了串口通信IEC 61850采用面向对象技术组织数据，它有自己使用的是同步方式还是异步方式。

在串口通信定义的信息模型。

运用IEC 61850进行信息传输，中，一般都采用异步通信方式。

打开串口后调用首先要完成的就是把CDT 规约上传过来的远动数SetCommMask ()函数设置事件驱动的类型，调用据，按IEC 61850规约定义的信息模型组织起来。

SetCommState ()进行端口配置，包括缓冲区设这种规约转换工作主要靠IED 代理来完成。

从控置，超时设置和数据格式等等。

接着，启动一个辅助线程，用于串口事件的处理。

使用辅助线程制中心看来，代理完全采用了IEC 61850的结构体的目的在于监视串口状态，线程的创建是通过系，等同于一个采用IEC 61850通信规约的IED 。

API 函数AfxBeginThread ()来实现。

同时运用IEC 61850中定义的变电站配置语言，对数据帧在程序中用BYTE 类型数组来存储。

上述网关的配置性能进行描述。

IEC 61850
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数据帧的组织实际上就是一个不断匹配条件和不单且不影响模型功能的实现。

断往数组中赋值的过程。

而对于数据的解析，则以下用C++实现兼容逻辑节点类MMXU 是一个对数据帧匹配和对有用信息的不断提取过class MMXU:public LOGICAL_NODE 程。

CRC 检验的实现方法比较多，考虑到在{CDT 规约中采用的是(48,40)循环码，其中码长n 为public:48，信息元k 为40。

码长和信息元相差不大(n －MMXU();k ＝8)，而且信息元k 为(n －k )的整数倍，可以采用virtual ~MMXU();软件表算法来实现CRC 校验。

protected:
4.2 信息模型建立
///common Logical Node Information////在IEC61850标准下，整个转换网关可看成一INC Mode;//Mode 个IED ，下面划分多个间隔(可看成逻辑设备)。

这INS Beh;//Behaviour 些间隔按照变电站的具体功能进行分解，运用面INS Health;//Health 向对象的方法对子功能建立信息模型。

这里的关LPL NamPlt;//Name plate 键就是要实现CDT 规约的遥测、遥信、遥调和遥/////Measured values///////////////[5-8]
控等信息的在IEC61850中的建模。

下面就以遥MV T otW;//Total Active Power 测信息建模为例，说明转换网关信息模型实现过MV TotVar;//Total Reactive Power 程。

WYE A;//Phase currents 例如，变电站有一线路遥测信息如下：有…
功，无功和电流值。

要建立其信息模型，首先就};
要选择合适的逻辑节点。

IEC 61850定义的逻辑节以上就完成了对遥测的建模，对于其他信息点MMXU 与其相对应。

MMXU 包含了有功功率的建模可参见IEC61850-7-4。

标准中没有定义的和、无功功率和、总视在功率和、平均功率因数据对象，可以按照标准的定义进行扩展。

在完数、频率、相间电压、相电压、相电流、单相有成了逻辑节点的建模后，可以将变电站给出的信功功率、单相无功功率、单相视在功率、单相功息一一对应到相应的逻辑节点下的数据对象中，率因数等数据，是电网运行信息测量值的集合。

这就是映射的过程。

变电站线路中的有功、无功、电流值，可以建立4.3 配置文档说明
逻辑节点MMXU 实例如表1所示。

由于在变电站XML 作为一种标记语言，具有简单、开放、中线路中上传的有功、无功都是三相之和，所以高效且可扩展、国际化、可移植等特点。

XML 是没有选用W 和Var 数据而选用T otW 和T otV Ar 数据。

基于INTERNET 数据交换和大量业务集成的标准公共数据类是抽象概念，而兼容逻辑数据类是具体概念。

所以实际处理中可省去兼容数据语言。

在程序设计中，可以考虑采用XML 来描述类，用公共数据类的对象作为兼容逻辑节点类的IEC 61850中定义的数据模型。

XML-Schema 是一属性，由类的继承变成类的实例化，编程相对简种特殊的XML 文档，它按XML 的基本语法规则来定义XML 文档的结构。

基于SCL 定义的信息模型，IEC 61850标准采用XML 来建立变电站、IED 、通信系统等模型的描述文档，并给出了建立各种模型描述文档所需要的XML 模式（Schema ），以达到在不同厂家提供的智能电子装置IED 管理工具和系统管理工具之间，交换智能电子装置信息和变电站自动化系统信息的目的。

表1 测量单元逻辑节点实例TotW ：MV 有功功率之和TotVar ：
MV 无功功率之和A ：WYE 相电流
MMXU (测量单元逻辑节点实例)Mode ：INC Beh ：INS Health ：INS NamPlt ：LPL
继承公共逻辑节点类中所有必须的数据对象
(下转第58页)
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实用技术与管理
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2) 对于各支管与主管连接的单、U 型及十字插(斜柱式承台)，可使竖向力产生的偏心弯矩，抵板三种形式的插板连接，发现在插板端部有发生过消水平力在承台底产生的弯矩，令每根桩受力更应力集中迹象。

但试验结果表明，由于钢材的塑性加均匀，因此桩长可减少2～3m ，从而节省基础使应力重分布，对节点整体承载力没有影响。

工程投资。

3) 对于相贯焊接节点，最大应力发生在相贯9.结语
焊的冠点、鞍点处；所以相贯焊接处的主管壁厚通过本工程大跨越钢管塔关键技术的研究应增大，提高了冠点、鞍点处的承载能力。

用，可总结出如下设计经验：
7.螺栓施工拧紧扭矩的确定
1）钢管由于具有较小的体型系数、回转半径大和抗失稳能力强等特性，是较好的送电线路大崖门大跨越塔最大的法兰螺栓用到8.8级跨越塔选型；
M85，其强度级别和直径已超出国家紧固件以及2）通过试验，Q345B 钢材30mm 厚直缝钢管《110～500kV 架空送电线路施工及验收规范》具有良好的受力性能，可在其他工程推广应用；(GB 50233-2005)的范围。

为慎重起见，曾向送电3）大跨越铁塔的动力分析是设计中的一个研结构专家唐国安教授咨询法兰螺栓拧紧扭矩取究重点。

通过大跨越塔进行动力特性分析，可准值。

唐教授经过对国内外工程进行查证和理论分确计算铁塔的风振系数；
［4］析，对法兰螺栓拧紧扭矩提出计算公式：
4）本工程采用的大直径螺栓施工拧紧扭矩的Tc=Pc×k×d
确定方法，可供同类工程参考。

Pc 为螺栓预拉力(kN)，取20%的屈服承载力；参考文献：
k 为扭矩系数，取0.3；d 为螺栓公称直径(m)。

[1] 同济大学，SKT572大跨越塔计算说明,2005 [2] 广东省电力设计研究院，崖门大跨越钢管塔风荷8.基础优化设计
载计算报告2004
崖门大跨越两基直线跨越塔分别立于西岸离[3] 同济大学，SKT572节点强度试验报告2005江边50m 和东岸离江边55m 的鱼塘，地下0-15m 为[4] 唐国安，关于大跨越铁塔上螺栓施工拧紧扭矩值呈流塑状淤泥层，地质条件极差。

大跨越直线塔的问题2005 的基础要承受巨大的上拔、下压力和水平力，基作者简介：
础只能采用桩基型式。

根据多年的工程经验，调李敏生(1972-)，男，工程师，从事送电线路结构设整承台的摆放方位和将承台主柱设计成几何偏心计。

(上接第55页)
IEC 61850电力规约所代替。

以上在认真研究两规约的基础上，设计了规约转换网关。

通过串口通 IEC 61850中给出的XML Schema 描述了变电站信解析，网关信息模型建立，变电站信息映射，配置语言文档的结构，定义了文档中标记的语法规以及配置文档说明等一系列过程，最终实现规约则，并严格规定了以它为标准的所有自描述文档树的转换。

状层次结构的全部细节。

包括数据对象的嵌套关参考文献：
系、数据属性的类型、约束条件、取值范围等。

为[1] 谭文恕.远动的无缝通信系统体系结构.电网技建立统一的系统或设备自描述文档打下基础，并能术,2001,25(8):8~10
够检验自描述文档的正确性和有效性。

因此对于所[2] 丁书文,史志鸿.数字化变电站的几个关键技术问设计的转换网关，就可以根据标准中Schema 对题[J]. 继电器,2008,36(10):53~56
IED 模型的描述和定义，用XML 语言对网关的配置[3] 高翔.数字
化变电站应用展望[J].华东电力,2006,34(8):47~53
性能进行说明(参见IEC 61850-6）。

[4]孙军平.面向对象的变电站网络通信抽象模型.计算5.结语
机工程与应用,2002,38(12):210~212
CDT 循环式远动规约是传统面向点技术的电作者简介：
力规约。

由于网络技术的迅猛发展，特别是数字周强强（1982-），男，江西抚州人，硕士，电气助化变电站的兴起，它逐渐被新型的面向对象的
理工程师，从事变电站运行与维护工作。

崖门大跨越钢管塔设计中的关键技术
58。