CN113904928A

CN113904928A - 一种远动装置遥信配置快速校核系统和方法

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Publication number: CN113904928A
Application number: CN202111098778.7A
Authority: CN
Inventors: 王宇; 祝健杨; 辛明勇; 徐长宝; 高吉普; 林呈辉; 张承模; 胡星; 吕黔苏; 文屹; 徐玉韬; 张历; 张俊杰; 刘斌; 李鑫卓; 古庭赟; 孟令雯; 代奇迹; 陈敦辉; 李博文
Original assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2021-09-18
Filing date: 2021-09-18
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2041-09-18
Also published as: CN113904928B

Abstract

本发明公开了一种远动装置遥信配置快速校核系统和方法，包括IED仿真工具、模拟主站工具和多数据源离线处理工具，IED仿真工具连接到监控后台、远动装置和多数据源离线处理工具，模拟主站工具连接到远动装置和多数据源离线处理工具。本发明实现了调试模式上的创新，解决了传统调试模式中存在的弊端，使远动装置遥信配置校核工作离线化、机器化，使远动装置遥信配置校核工作更具完整性，缩短信息联调工作的调试时间，优化调试周期，可以使远动信息联调工作尽可能摆脱人为因素的干扰，大大解放了人力和时间，有效提高了变电站远动信息核对工作的效率和可靠性。

Description

一种远动装置遥信配置快速校核系统和方法

技术领域

本发明涉及远动装置遥信配置快速校核技术领域，具体涉及一种远动装置遥信配置快速校核系统和方法。

背景技术

智能变电站数据通信网关机(即远动装置)作为重要的站控层设备，对下与站内间隔层设备进行通信，对上与各级调控中心进行远动信息的实时交互，为主站系统实现变电站监视控制、信息查询和远程浏览等功能提供数据、模型、图形和文件的传输服务，是支撑智能变电站实现调控一体化运行的关键设备，对电网的安全稳定运行至关重要。对远动装置开展功能调试，特别是开展主站端与厂站端之间的调控信息联调工作，是智能变电站监控系统工程调试阶段的重点工作，工程中也将这项工作简述为“信息对点”。

目前，远动装置的调控信息联调工作主要依赖人工在主站端与厂站端之间通过实时通信方式进行，即采用手动逐个对点的方式将主站端收到的信息与厂站端实发信息进行校对。这样的方式技术手段单一，缺乏有效的调试工具，自动化程度低，需耗费大量的人力和时间。为了提升工程调试实施效率，提高调试工作的自动化水平，开展远动信息智能和快速校核技术的研究势在必行。

当前在智能变电站监控系统工程调试阶段，由于技术手段和调试工具的缺失，远动信息联调工作往往通过厂站端调试人员根据调控信息对应表中的内容在变电站内“产生”某个信号，主站端工作人员在远方调度主站收到以某104地址为标识的告警信息，主站、厂站双方实时沟通发出和接收的信号是否一致来校核该信号在远动装置内的转发配置是否正确。这样的调试模式需要逐个校验，主站、厂站工作人员需时刻保持通信，不仅耗费大量的人力和时间，而且依赖现场保护、测控等装置发送实际信号，往往会与厂站端其他调试工作产生冲突，影响校验结果。所以目前信息联调工作需要在站内其他调试工作基本完成后开展，往往安排在工程调试末期，调试周期十分紧张，调试人员极易出现遗漏的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种远动装置遥信配置快速校核系统和方法，具备104客户端功能，能够接受并解析数据网关机、间隔层设备上送的遥测、遥信报文，以及发送遥控命令，并同时记录测试过程，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种远动装置遥信配置快速校核系统，包括IED仿真工具、模拟主站工具和多数据源离线处理工具，IED仿真工具连接到监控后台、远动装置和多数据源离线处理工具，模拟主站工具连接到远动装置和多数据源离线处理工具。

IED仿真工具通过模拟IEC 61850保护、测控装置的MMS服务端，经站控层网络向监控后台、远动装置的客户端发送MMS报文，IED仿真工具包括仿真运行模块、运行管理功能模块和模型解析功能模块，仿真运行模块通过MMS网络通信模块连接到客户端，运行管理功能模块连接到仿真运行模块和模型解析功能模块。

IED仿真工具的实现方法包括以下步骤：

(1)导入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依据Q/GDW 1396-2012《IEC61850工程继电保护应用模型》构造仿真所需的数据模型，确定全站所有信号，为调试系统提供基础数据；

(2)仿真运行管理功能模块使仿真过程以手动测试或自动测试方式开展，自动测试方式主要实现全站信息的逐点发送，即全景信息扫描模式，保证模型解析出来的所有信号带着工具自动标记的、唯一且具有特定含义的SOE时间以全变0、全变1或自复位变化(先变1再变0)的变位设置按顺序动作一遍；手动测试自由配置测试策略，满足单点测试、多点测试、批处理、手动定义SOE时间的操作需求；

(3)仿真运行管理功能模块导入经过全站遥信配置离线核对流程后形成的实际映射表，为后期与真实的远方调度主站进行在线核对提供技术支撑；

(4)仿真运行模块根据运行管理功能模块设置的发送策略，使仿真工具的报文输出按订制需求发送报文，且报文以设定的时间间隔(如30ms)连续发送；

(5)MMS网络通信模块依据IEC 61850中通信服务标准，保证仿真工具与客户端之间正常的MMS通信；

(6)仿真工具应对所有的MMS交互过程进行记录，并生成仿真工具记录文件。

IEC104模拟主站工具主要实现模拟远方调度主站的功能，支持目前主流的电力远动规约(如DL/T6345104-2009《远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议子集的IEC 60870-5-104网络访问》)，具备报文解析和记录存储功能，能够实时解析远动装置发出的104报文并将104地址、点号变位情况的存储为模拟主站记录文件。

多数据源离线处理工具，对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作。

多数据源离线处理工具能够自动输出两份文档，一份是调试报告，报告中呈现104地址、某一条信息在仿真工具记录文件、监控后台记录文件和调控信息表中的三个信息描述d1、d2、d3的内容及机器对三个信息描述d1、d2、d3之间匹配度的机器判断结果；另一份是实际映射表，表中呈现104地址和对应信号的数据路径(reference)；其中，调试报告供工程调试人员审阅，作为修改远动装置中错误配置的依据，还能同步发现SCD文件中61850对象的描述错误或缺省问题，帮助集成商及时进行SCD的完善，实际映射表导入到IED仿真工具中，为后期辅助在线信息联调工作提供便利。

一种基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核方法，该方法为：通过全景信息扫描的方式，获取完整的远动装置内已经配置的实际转发关系，通过判断这些转发关系与调控信息对应表中的内容是否一致来完成校核工作，即通过读取SCD文件获取厂站端全部遥信信号，并模拟在10～50ms间隔内逐一产生遥信信号变位，即由分位到合位和再由合位到分位的信号变位，向远动装置和站内监控后台发送带有特定SOE(事件顺序记录)时标的全站MMS信息，加以记录，利用SOE时间、104点号的因子的唯一性使不同数据源的数据紧密关联起来，呈现出远动装置内104地址与对应的61850模型文件中DO对象数据路径的配置关联，以及将调控信息对应表中的对应站内信息与监控后台实际呈现的告警信息描述关联起来，进而通过一致性核对来判断远动装置的配置是否正确。

一种基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核方法具体步骤为：

(1)采用IED仿真工具通过导入SCD文件，仿真所需的数据模型，进行预处理，确定全站所有遥信信号；

(2)采用IED仿真工具通过站控层网络向监控后台和远动装置按需发送带有特定SOE时标的MMS报文，即进行全站试验时实现全景信息扫描；

(3)采用IED仿真工具在向监控后台和远动装置的客户端发送MMS报文的同时记录下操作记录，形成仿真工具记录文件；

(4)远动装置在收到MMS报文后，根据装置内部配置的遥信转发表，向模拟主站工具转发104报文；

(5)监控后台在收到MMS报文后，存储监控主机数据库配置的实时测点变化记录，形成监控后台记录文件；

(6)模拟主站工具对收到的104报文进行解析并记录104地址、变位情况，形成模拟主站记录文件；

(7)多数据源离线处理工具读取调控信息表、仿真工具记录文件、监控后台记录文件和模拟主站记录文件，根据SOE时标、104地址的要素的唯一性进行信号关联和核对；

(8)多数据源离线处理工具自动出具调试报告，供工程调试人员审核；

(9)多数据源离线处理工具给出经过测试验证的远动装置的实际映射表；

(10)实际映射表可导回至IED仿真工具，为后期站内与调度主站在线核对提供支撑。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提出的基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核系统及其校核方法实现了调试模式上的创新，解决了传统调试模式中存在的弊端，具体体现在以下几个方面：

(1)使远动装置遥信配置校核工作离线化、机器化。依靠智能站远动信息智能调试系统的IED仿真工具，摆脱了现场实际保护、测控等装置的约束，不受厂站端其他调试工作的影响；依靠模拟主站工具，摆脱了主站、厂站两端需要时刻保持通信的枷锁，解放了主站端工作人员的时间；

(2)使远动装置遥信配置校核工作更具完整性。通过IED仿真工具实现全站信息的全景扫描，避免了传统模式中人工核对可能出现遗漏核对的情况；

(3)缩短信息联调工作的调试时间，优化调试周期。核对工作的离线化开展模式支持信息联调工作不受其他调试工作的影响，可独立开展，不需要放在工程调试的末期；

由此可见，这样的模式创新可以使远动信息联调工作尽可能摆脱人为因素的干扰，大大解放了人力和时间，有效提高了变电站远动信息核对工作的效率和可靠性。

附图说明

图1是遥信功能示意图；

图2是远动装置转发关系表生成过程图；

图3是IED仿真工具设计框架图；

图4是IEC104主站模拟系统功能模块图；

图5是APDU结构图；

图6是U帧控制域格式图；

图7是I帧控制域格式图；

图8是S帧报文控制域示意图；

图9是I帧ASDU结构图；

图10是IEC104报文存入结构体IEC_APDU过程的流程图；

图11是U/S帧解析过程图；

图12是I帧解析过程图；

图13是U帧启动命令图；

图14是I帧总召命令图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

智能变电站监控系统需要采集大量的设备运行状态信息，包括一次设备状态数据、二次设备状态数据和辅助设备数据。这些数据由保护装置、测控装置等间隔层IED(智能电子设备)通过MMS报文的方式发送给站控层设备，如监控主机、远动装置等。远动装置在接收到MMS报文后，根据装置内部配置的104转发表，通过专用的电力数据网以104报文的方式上送远方调度主站。这个过程就是基本“四遥”功能中的“遥信”功能，功能示意见图1。

智能站站内信息量达数万个之多，调度主站并不需要其全部。通常调度主站人员会选取站内的1个或几个信息，做一对一或多对一的归并后，形成1个调控信息点，并用唯一的主站信息对象地址(也称104地址)进行标识。所有的调控信息点汇总即形成全站的调控信息对应表，一般以Excel格式呈现。通常1个500kV的智能变电站分配给“遥信”功能的104地址数目达到几千甚至上万，而“遥控”和“遥测”功能的104地址数目仅占几百个。因此在调控信息对应表中，“遥信”部分所占比重最大，对该部分配置的校核工作是远动信息联调工作的重点，也是文中提出的快速校核技术着重解决的问题。

表1截取了某张典型调控信息对应表的“遥信”部分内容，所展示的内容表明了104地址与对应站内信息之间的关联关系。远动装置的厂家工程人员就是根据这份调控信息对应表对远动装置进行转发配置，其工作的本质是将104地址与变电站SCD(全站系统配置文件)中的某个或多个DO对象的数据路径关联起来。目前这个工作需要远动厂家工程人员手工配置，缺乏相应自动配置的技术，由于数据量大，且存在多个站内信息对应一个104地址的情况，这就不可避免得会出现关联出错、漏配、多配等配置错误。远动信息联调工作的重点就是验证远动装置内的104转发表是否配置正确，即104地址与变电站SCD文件中的DO对象数据路径是否关联正确。

表8典型调控信息对应表“遥信”部分

针对上述问题，本发明提出实施例1和实施例2中的智能站远动装置遥信配置快速技术，该技术依赖相对成熟的基于IEC 61850标准的通用IED仿真技术以及对MMS与IEC104等通信规约的利用实现的。

实施例1：如图2-3所示，一种远动装置遥信配置快速校核系统，包括IED仿真工具、模拟主站工具和多数据源离线处理工具，IED仿真工具连接到监控后台、远动装置和多数据源离线处理工具，模拟主站工具连接到远动装置和多数据源离线处理工具。看到技术方案里涉及到了仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件和调控信息表这几个数据源，下文用f1，f2，f3和f4来代表这4个文件，以d1，d2，d3来表示某一条信息在f1，f2，f4中的信息描述。分析f1，f2，f3和f4中信息的描述要素可以发现，通过SOE时标和104地址这两个具有唯一性的要素可以将所有文件串联起来。具体环节如图2所示。

一切工作的基础就是调控信息对应表(即f4文件)。以某一条信息为例，从f4出发，根据它在f4中的104地址找到相同104地址在f3中的位置，从而确定这条信息的SOE时间；进而根据SOE时间在f1和f2中找到相同SOE时间的信息记录，这样就可以将同一个104地址和同一个SOE时间的信息在f1，f2，f4中的d1，d2，d3提取出来进行核对判断了。

由于集成商在制作SCD文件时对对象描述不规范，监控后台数据库测点描述是人工录入的等原因，d1，d2，d3这三者会存在对同一个信号描述不尽相同的情况。而调控信息联调工作的传统模式中，调试人员正是通过人工判断d2与d3是否代表一致的含义来判断远动装置转发是否正确。

若某条记录中d2和d3被判出代表一致的含义，则说明该条记录的104地址与SCD中DO对象数据路径已正确关联，这也正是远动信息联调工作的核心。

举一个简单的例子，根据某次试验后输出的调试报告可以看到对于104地址为233的点，d3和d2的描述不对应，说明远动装置对这个点存在错配的情况；而104地址为234的点，按照调控信息表应该有2条站内对应信息，但是经测试发现只关联了一条站内信息，存在漏配的情况。类似的情况是在针对远动装置遥信配置的校核中需要发现的，这些关联不正确的情况应反馈给远动装置厂家工程人员加以修改。

IED仿真工具通过模拟IEC 61850保护、测控装置的MMS服务端，经站控层网络向监控后台、远动装置的客户端发送MMS报文，IED仿真工具包括仿真运行模块、运行管理功能模块和模型解析功能模块，仿真运行模块通过MMS网络通信模块连接到客户端，运行管理功能模块连接到仿真运行模块和模型解析功能模块。仿真工具设计框架见图3，IED仿真工具的实现方法包括以下步骤：

多数据源离线处理工具是调试系统的大脑，实现对对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作。

实施例2：一种基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核方法，该方法为：通过全景信息扫描的方式，获取完整的远动装置内已经配置的实际转发关系，通过判断这些转发关系与调控信息对应表中的内容是否一致来完成校核工作，理论上，一次厂站端DO对象的变位通过远动装置可以触发一次对应的104信息传递，通过读取SCD文件获取厂站端全部遥信信号，并模拟在10～50ms间隔内逐一产生信号变位，即由分位到合位和再由合位到分位的信号变位，向远动装置和站内监控后台发送带有特定SOE(事件顺序记录)时标的全站MMS信息，加以记录，利用SOE时间、104点号的因子的唯一性使不同数据源的数据紧密关联起来，呈现出远动装置内104地址与对应的61850模型文件中DO对象数据路径的配置关联，以及将调控信息对应表中的对应站内信息与监控后台实际呈现的告警信息描述关联起来，进而通过一致性核对来判断远动装置的配置是否正确。

一种基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核方法实现对远动装置内全站遥信配置的离线快速校核过程的闭环调试，具体步骤为：

实施例3：如图4-14所示，模拟主站工具，包括报文接收模块、报文解析模块、报文模拟发送模块、通信模块、报文存储模块和人机交互界面；报文接收模块：通过通信模块接收远动机上送的IEC104报文，并用相应的数据结构对报文分类存储，并能将IEC104报文送至报文解析模块进行报文解析，或将原始报文保存于IEC104报文存储库中；报文解析模块：对IEC104报文进行分类解析，通过人机交互界面显示出原始报文和对于每一原始报文每一字节代表的报文含义，最终能将解析的IEC104报文中的信息值与变电站点表对应，传入IEC104报文存储库，产生主站对点表；报文模拟发送模块：对远动机发送的对时、总召、遥控、遥调等报文；报文存储模块：对原始IEC104报文、解析后的IEC104报文进行实时存储，按照历史报文的类型和时间方式进行分类、查找、比较、分析，并能产生主站对点表；通信模块：与远动机建立TCP/IP连接，实现IEC104报文的接收和发送；人机交互界面：提供人机交互界面，对各个模块功能的集中展示，测试人员能够通过交互界面，读取收发的报文信息，以及报文解析的内容，通过调用IEC104存储库查找历史报文。模拟主站工具具备104客户端功能，能够接受并解析数据网关机、间隔层设备上送的遥测、遥信报文，以及发送遥控命令，并同时记录测试过程。

模拟IEC104主站报文接收模块实现方法如下：

根据IEC60870-5-104规定，调度主站与远动机之间通信分为双方对等通信和主从方式通信两种方式。本发明设计的模拟IEC104主站作为客户端，远动机作为服务器进行网络通信，实现了模拟IEC104主站与远动机之间的IEC104报文的接收和发送。

本发明依托QT平台实现网络编程，QT提供了QTCPSocket和QTCPServer两个类。分别用于实现TCP的客户端和服务器端。其中QTCPSocket和QTCPserver间接继承QIODevice而来，能够使用QDataStream和QTextStream对网络数据进行读写操作。QT中采用信号与槽的消息机制进行网络编程，QObject类的Connect()函数将信号与槽进行关联起来。本发明自定义槽函数对QTCPSocket提供的connected()、disconnected()、readyRead()信号进行响应。槽函数如表1所示。

表1信号与对应的自定义槽

槽函数	信号	函数功能描述
			voidonConnectTCP()	connected()	响应TCP连接成功
onDisconnectTCP()	disconnected()	响应TCP连接失败
			VoidonTcpReady()	readyRead()	响应接收新数据报文

模拟IEC104主站作为客户端进行网络通信实现过程如下代码所示：首先，使用QTCPSocket类创建相应的实例对象；其次，进行网络端口和IP地址配置，IEC104规定的端口号为2404；调用QTCPSocket类对象调用connectToHost()函数连接服务器；Connect()函数将信号与槽关联；最后QTCPSocket类对象调用closeConnection()函数关闭TCP连接。

TCP连接成功，QTCPSocket对象发出conneted()信号；若连接失败，QTCPSocket对象发出error()信号；客户端接收到数据时，QTCPSocket对象发出readyRead()信号；当连接过程中出现错误时，QTCPSocket对象发出disconnected()信号。成功后，connected/error信号对应的槽函数中添加相应的功能，实现TCP连接。

客户端与服务器连接成功后，当接收到数据时自定义槽函数onTcpReady()收到QTCPSocket对象发出的readyRead()信号。在onTcpReady()函数中调用QIODevice类的write()，read()函数与服务器进行读写数据。本发明为了保证IEC104数据块能够完整的传输，采用数据类型为quint64。

IEC104报文解析

IEC104报文由I帧、S帧、U帧三种格式的数据帧组成。U帧、S帧长度固定、结构较为简单。I帧是包含应用数据单元的数据帧，其长度不定，内容复杂。本发明对IEC104报文进行解析时，对三种报文进行分类解析，同时将复杂的I帧结构，用对应的结构体进行存储，逐步简化最终完成解析。

IEC60870-5-104应用规约数据单元结构

IEC60870-5-104报文数据模型来源于开放系统互联模型ISO-OSI，远动设备及系统第5-104部分：传输规约中规定，IEC60870-5-104数据帧仅有三层，分别对应网络ISO中的物理层、链路层、应用层。

IEC60870-5-104应用数据结构单元APDU对应网络传输中的应用层，由应用规约控制信息APCI和应用服务数据单元ASDU构成。基本的应用规约数据单元(APDU)有两种形式，一种仅由APCI组成，另一种由一个APCI和一个或多个ASDU组成。APCI占6个字节，有固定的结构，由起始字符68H，APDU长度、4个控制域构成。应用规约数据单元APDU结构如图5所示。

应用规约控制信息APCI：IEC60870-5-104应用规约控制信息APCI由起始字符68H，APDU长度、4个控制域构成。

(1)第一个字节起始字符0x68转换为十进制即为104，表示传输报文为IEC104报文。

(2)第二个字节为APDU的长度，除去前两字节后APDU的长度，即为控制域和ASDU的长度之和。IEC60870-5-104报文的一个APDU长度被规定小于等于255个字节，所以APDU的长度的值范围应在4-253内。

(3)四个控制域一共占四个字节，控制域包含了报文的收序、发序的控制信息以保证对报文不至丢失和重传，同时也包含了对报文控制信息如报文的传输启动、停止，报文的链路测试等。根据控制域意义和格式的不同，定义了三总不同类型的报文格式。其分别如下：Information Transmit Format(编号信息传输格式帧，简称I帧。Unnumbered controlfunction(不编号控制功能格式帧)，简称U帧。Numbered supervisory functions(编号监视功能格式帧)，简称S帧。

U帧具有控制功能，控制站采用通过U(STARTDT)(启动数据传输)和U(STOPDT)(停止数据传输)控制从站进行报文传输。同时当两站端报文传输达到最大空载超时时间t3时，控制站通过启动U(TESTFR)进行链路测试。其中U帧为无编号格式帧，不能对收发的报文进行计数的功能。图6为U帧控制域格式。

I帧报文用于有ASDU信息传输，I帧定义控制域为报文发送序列号和接收序列号构成，图7为I帧格式。

S帧报文具有编号信息监视功能。S帧定义由第一个八位位组控制域中第1位是否为1和第2位是否为0决定。如图8所示为S帧控制域信息，只包含APCI数据。

应用服务数据单元ASDU：根据上述的介绍，IEC104报文中仅有I格式帧具有ASDU。I帧报文数据帧应用服务数据单元ASDU由数据单元标识、一个或多个信息体组成，其一般结构如图9所示。

数据单元标识包括了类型标识、可变结构限定词、传送原因、信息公共地址，下文对上述四类标识进行说明。

(1)类型标识

类型标识是对IEC104报文的ASDU类型进行标识，其占一个字节。本发明中模拟IEC10104主站模块报文解析功能主要针对子站向主站传送的过程信息，主站向子站传送的过程信息，子站到主站监视方向的系统信息，以及主站到子站的控制方向的系统信息，上述四个方面的信息在表2中罗列。104模拟主站报文解析模块实现了表2中的ASDU类型的报文信息的解析。

表2IEC104的ASDU类型

(2)可变结构限定词

可变结构限定词占一个字节，1～7位表示信息体的个数，最高位表示信息体的排列方式，SQ为1表示ASDU中的信息体为连续的，前一个信息体地址加1得到后一个信息体地址。SQ为0表示ASDU中的信息体为离散的，每一个信息对象地址要在信息体中标识。

(3)传送原因

传送原因占两个字节。其中第一个字节是传送原因，1～6位为传送原因标识符；第7位P/N为0时表示肯定确认，为1时表示否定确认。最高位T表示是否处于试验状态，T为0时表示处于在试验状态，为1时表示此时的数值不处于试验状态。

第二个字节代表源发地址表示报文响应的主站地址，很少使用。一般不使用的情况将其置为0。

(4)信息公共地址

信息公共地址占两个字节，最高位字节为0，公共信息地址存储在低位的八位位组中，公共信息地址范围0～255之间。

I帧的应用数据服务单元ASDU信息体通常包括信息体地址、信息元素和信息体时标三个部分构成。信息体地址一般占3个字节。信息体个数大于1时，其组成形式分为两种：一种为信息体地址连续，此时只有第一个信息体有信息体地址，其他信息体不含信息体地址一项，其信息体地址上一个信息体地址加1得到；另一种为信息体地址离散，此时每一个信息体应包含信息体地址。

IEC104报文解析实现：IEC104报文解析实现分为两步首先，当IEC104模拟主站作为客户端接收到远动机上送的IEC104报文时，readyReady()信号发出，自定义的槽onTcpReady()接收信号。此时在函数onTcpReady()中将远动机上送IEC104报文存入自定义的结构体IEC_APDU中。然后，针对IEC104对应的不同格式帧进行分类，对不同的格式帧调用不同的解析函数，最终完成解析。

(1)结构体IEC_APDU

IEC104报文中U帧、S帧格式简单仅具有APCI部分，APCI具有相同的顺序结构。I帧除了具有APCI还具有应用数据单元ASDU，不同类型的ASDU其信息体的个数、长度、内容都存在很大的差异，用统一的结构体存储IEC104各类报文信息存在一定的难度。但若采用多个结构体对IEC104各类报文分别定义，解析过程将复杂化，同时解析时速度也将受到影响。本发明在设计结构体IEC_APDU对IEC104报文进行存储时，采用了联合体的思想，使得不同类型的数据帧都能被存储入结构体中。

通过对报文报头，APDU长度过滤除IEC104外的其他数据帧，将IEC104数据帧存储于结构体IEC_APDU中。具体存储过程：TCP连接成功后定义结构体IEC_APDU对象，利用QTcpSocket中read()函数将IEC104数据帧，逐一存入IEC_APDU中，首先将报文头存入APDU.start中判断是否0x68，如果是继续报文第二字节存入APDU，如果不是则返回进行继续新一轮的读取报文。报文第二个字节存入APDU.Length中，判断长度是否小于4，若小于4则返回继续新一轮报报文读取，否则IEC104报文剩余数据帧读入IEC_APDU中，如图10所示。

不同I帧的ASDU数据标识单元具有相同的组成顺序，本发明定义了结构体IEC_ASDU_TYPE，它包含I帧ASDU数据标识单元，其定义如下：

(2)ASDU信息体结构

I帧的ASDU结构复杂的原因是信息体地址分为离散和连续，以及信息元素的长度、内容不同。下文对单点信息(型标识＜1＞∶M_SPNA1)为例详细介绍I帧的ASDU的信息体结构和内容，进而介绍本发明IEC104报文存储数据结构IEC_APDU设计过程。

单点信息信息体分为离散和连续两种，表3为SQ＝0，信息体地址离散的单点信息ASDU结构。表4为SQ＝1，信息体地址连续的单点信息ASDU结构。表3中每一个信息体都由占三字节的信息地址和一个字节的信息元素两部分构成。表4中第一个信息体由一个占3个字节的信息地址和信息元素组成，后面N-1个信息体仅有N-1个信息元素构成，其信息地址为前一个信息地址加一得到。

表3SQ＝0离散型ASDU

表4SQ＝1连续型ASDU

信息元素各位定义如下：

第一位SPI∶＜0-1＞，＜0＞∶＝OFF开，＜1＞∶＝ON合；

第二至第四位为固定值零；

第五位BL∶＜0-1＞，＜0＞∶＝未被封锁，＜1＞∶＝被封锁；

第六位SB∶＜0-1＞，＜0＞∶＝未被取代，＜1＞∶＝被取代

第七位NT∶＜0-1＞，＜0＞∶＝当前值，＜1＞∶＝非当前值

第八位IV∶＜0-1＞，＜0＞∶＝有效，＜1＞∶＝无效

不同类型的ASDU通过ASDU首字节标识，不同类型的ASDU具有不同的信息元素，信息元素的长度、内容差别，难以用同一个结构体来进行统一定义。本发明在报文解析实现过程中，对不同类型的ASDU的信息元素通过不同的结构体对其分别定义，如单点信息的信息元素用结构体IEC_TYPE1定义、双点遥信的信息元素用IEC_TYPE3定义、步位信息的信息元素用IEC_TYPE5定义等等。上文中介绍了模拟IEC104主站软件模块所用到的ASDU的类型，本发明都对其信息元素用结构体进行了定义。以下为单点信息的信息元素所对应的结构体，结构体中的参数与单点信息信息元素内容一一对应：

本发明定义的IEC104报文存储结构体IEC_APDU中的变量start、length、NS、NR按照APDU中APCI的组成顺序依次对应报头、ASDU长度、发序、收序；IEC_APDU中的数据类型IEC_ASDU为本发明定义的ASDU数据单元标识部分；IEC_APDU的联合体SQL部分对应I帧ASDU的信息体部分。结构体IEC_APDU的组成如下所示：

struct IEC_APDU

{

unsigned char start；//报头

unsigned char length；//长度

unsigned shortNS；//发序

unsigned shortNR；//收序

struct IEC_ASDU asduh；

union SQL{

struct{

unsigned short ioa16；

unsigned char ioa8；

iec_type1 obj[1]；//iec_type1为单点遥信信息体内容对应结构体

}sq1；//连续型单点遥信

struct{

unsigned short ioa16；

unsigned char ioa8；

iec_type1 obj；

}nsq1[1]；

struct{

unsigned short ioa16；

unsigned char ioa8；

iec_type3 obj[1]；

}sq3；

struct{

unsigned short ioa16；

unsigned char ioa8；

iec_type3 obj；

}nsq3[1]；

struct{

unsigned short ioa16；

unsigned char ioa8；

iec_type60 obj；

}nsq60；//遥控信息

unsigned char dados[255]；

iec_type107 asdu107；

}。

IEC_APDU的联合体SQL的省略部分为不同类型的ASDU的信息体对应的结构体。本发明根据不同信息标识符将信息体元素定义为不同的数据结构体如上文介绍的结构体IEC_TYPE1代表单点遥信信息内容。本发明中了定义的强大的数据结构IEC_APDU，在读取I帧报文中时将不同类型的ASDU用此结构体进行存储。

IEC_APDU最大的特点就是结构体中的联合体SQL，由于联合体根据不同存储变量进行动态的分配内存，在对不同类型的ASDU进行存储时，其信息体能分别存入对应的结构体中。

上述结构体对离散型单点遥信、连续型单点遥信分别进行解析。离散型的单点遥信SQ＝0存储时，由于离散型单点遥信每个信息体由一个信息地址和信息内容组成，在调用IEC_APDU结构对其进行存储时，联合体根据实际进行内存分配，此时联合体实际上使用结构体数组nsq1[]对每一个离散型的信息体进行存储，每一个nsq1[]的数组元素包含了高地址位ioa16、低地址位ioa16、iec_type1类型变量obj，分别对应一个离散单点遥信信息体的信息体地址、信息元素。

连续型的单点遥信SQ＝1存储时，联合体根据实际进行内存分配，此时联合体实际使用结构体sq1对连续的信息体进行存储。结构体sq1的ioa16、ioa8对应连续单点信息第一个信息体的信息地址，iec_type1类型的数组obj[]对应存储连续信息体的N个信息元素。

(3)U帧、S帧解析

U帧、S帧模块控制域为APCI的第3字节位置，包括控制信息(V－生效(激活)C－确认)，命令(TEST－测试STOP－停止START－启动)。U、S帧的解析首先判断控制域第一位IEC_APDU->NS的值，当模拟主站接收到的报文为请求启动帧和测试帧时，输出解析的报文信息，再向子站发送发送确认请求帧和链路确认帧进行确认，最后结束报文解析。其余情况输出解析的报文信息，结束该报文的解析，如图11所示。

(4)I帧解析

I帧的解析过程是将I帧APDU依次存储对应的数据结构IEC_APDU中，再对其进行逐一解析，具体流程为：首先，解析APCI中报文的传输序号；接着，解析IEC_APDU中的结构体IEC_ASDU_TYPE，IEC_ASDU_TYPE中存储了I帧ASDU头信息，将类型、可变结构、传输原因、公共信息体地址依次解析；最后，判断通过SQ判断信息体类型，分别读取信息体地址；解析出根据不同的数据结构对应不同类型的信息体，解析出具体的信息内容。图12为I帧解析过程图。

IEC104报文存储库：本发明设计的IEC104报文存储库能对报文获取模块获取的原始报文进行实时存储，对解析后的IEC104报文进行分类存储。软件操作人员可以对存储报文进行历史浏览、查找、删除、产生柱形图进行比较等功能。IEC104报文存储库应同时具备历史数据库和实时数据库的功能。

系统的数据存储方法：电力部门企业的数据具有高度实时性的特点，因此所有实时数据都需要随被控对象的状态的变化而做出相对应的变化。面对该实时性的数据，比如需要采集1000点的且都为32bit浮点型数据，其采集的频率为0.2Hz，则一天的数据量为1000*(60*0.2)*60*24*4/1024＝67500K，约为67.5M的数据量，且这些数据都是日复一日的不断递增和变化的数据。而传统的关系型数据库并不能满足该需求，实时数据库则满足该需求。实时数据库是数据库系统发展的一个分支，它适用于处理不断更新和快速变化的数据以及具有时间限制的事务处理的情况。

本发明所设计的系统，其基本需求是需要将从电力信息系统中所获取的数据报文，进行实时的记录，并随时对其进行查询和应用。系统可以实现将这些数据进行统计分析，形成数据表或趋势曲线等功能。对于实时数据记录的功能需求，本发明采用实时数据库的存储方法，同时鉴于目前国内比较流行的实时数据库产品价格十分昂贵，单以此需求而去专门购买一套实时数据库产品的思路显得过于浪费。因而，本设计通过研究实时数据库的设计理念和功能特点，并结合本系统特定的需求，自行设计、研发了一款内存数据库，通过将数据全部放入内存，实现实时存储和处理该内存中的数据。同时，引入传统的关系型数据库，将从内存数据库实时获取的数据，通过系统的自动调度系统进行存储，最终实现对历史数据的统计分析等处理过程。

传统的关系型数据库存储时通过操作磁盘I/O，将数据存入磁盘中，而内存数据库则是将数据直接放入内存中，因此其读写速度要高出约5个数量级。由于内存中的数据具有易失性，即当系统断点后，保存在内存中的数据将会立即消失，即使在通电后也并不会恢复。因此，本系统可通过关系型数据库将这些数据进行及时的保存，最大限度地减少内存丢失数据。

本系统只需要实时的记录数据报文的描述信息、极性、生数据、数据值和质量位。因此，只需要设计一张数据表即可完成该功能需求。其数据库表的信息如表5所示。

表5数据库信息表

根据表5的信息，创建SQLServer的数据库脚本，脚本如下所述：

CREATE TABLE MESSAGE(

Mid INT PRIMARYKEY,

Desc VCHARNOTNULL,

Polar BIT NOTNULL,

Data BIT NOTNULL,

DataValue BIT NOTNULL,

Quality BIT NOT NULL,

CreateDate DATETIME)；

如上所述为数据库的表设计，而内存数据库和关系型数据库的数据库表的表结构则是一致的。

系统的数据存储实现：本系统的研发主要使用C++编程语言，对于内存数据库的实现方法，则使用面向对象的思维方式。该方式，首先将数据库表结构抽象为实体类MESSAGE，然后再构造一个Map容器，该容器的KEY为数据库表结构中的CreateDate，VALUE则为该实体类MESSAGE对象，根据每一条记录的CreateDate都不相同的原理，该Map容器会完整的记录每一条数据。

对于关系型数据库SQL Server的数据存储操作，本设计使用ADO(ActiveX DataObject)，它是Microsoft提出用以实现访问关系型或者非关系型数据库中数据的API。在本系统中，通过建立实体类MESSAGE与关系型数据库数据表的一一对应关系，再利用ADO的相关API，就能够成功的将内存数据库中的每条数据记录进行完整的保存。该操作过程主要分为4个步骤：添加对ADO的支持、创建一个数据源连接、对数据源中的数据库进行操作、关闭数据源。

通过以上的方法，能够成功的实时存储系统中大量的数据，此外，针对该数据的其他应用(如统计分析)，则可直接去数据库中获取相关的数据，并通过编程实现各种形式的统计分析等操作。

IEC104报文模拟发送模块：报文发送作为调度主站的主要功能，其工作流程如下：当调度主站与远动子站建立网络连接后，调度主站对子站发送U格式的链路启动命令，随后主站向子站发送总召唤命令，对子站的遥测、遥信量发起总召，同时主站还能实现通过下发对时命令对主站与子站进行对时，及向子站发送遥控命令、遥调命令。本发明在模拟IEC104主站中设计的IEC104报文模拟发送功能，能够向主站发送上述报文，实现对应一系列功能。

发送U帧启动命令：当TCP连接成功后，人机友好界面将对其进行显示，并弹出TCP连接成功对话框。此时，软件操作人员可以通过界面，点击发送U帧启动命令。IEC104模拟报文发送模块产生启动U帧，其第一位控制域设为0x07。启动主站与子站的报文传输，操作人员可根据界面上提示的是否收到子站的启动命令确认帧，判断是否启动成功。具体过程如图13所示。

发送总召唤命令：模拟IEC104主站发送的启动命令成功后，人机交互界面弹出相应的报文解析模块，提醒启动成功，此时操作人员可以通过模拟报文发送模块产生总召唤命令报文进行发送，直到子站发送的接收到总召唤确认命名。产生的总召命令I帧报文，其ASDU的类型标识、传输原因分别设为0x64、0x07。模拟主站发送的总召命令至远动机，待模拟主站收到远动机的总召命令的确认报文。I帧总召命令如图14所示。

发送遥控、遥调命令：模拟报文发送模块能产生不同ASDU类型的遥控、遥调命令。软件使用人员能通过模拟IEC104主站的人机交互界面，向远动机发送各种类型的遥控、遥测命令。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种远动装置遥信配置快速校核系统，其特征在于：包括IED仿真工具、模拟主站工具和多数据源离线处理工具，IED仿真工具连接到监控后台、远动装置和多数据源离线处理工具，模拟主站工具连接到远动装置和多数据源离线处理工具。

2.根据权利要求1所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统，其特征在于：IED仿真工具通过模拟IEC 61850保护、测控装置的MMS服务端，经站控层网络向监控后台、远动装置的客户端发送MMS报文，IED仿真工具包括仿真运行模块、运行管理功能模块和模型解析功能模块，仿真运行模块通过MMS网络通信模块连接到客户端，运行管理功能模块连接到仿真运行模块和模型解析功能模块。

3.根据权利要求2所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统，其特征在于：IED仿真工具的实现方法包括以下步骤：

（1）导入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依据Q/GDW 1396-2012《IEC61850工程继电保护应用模型》构造仿真所需的数据模型，确定全站所有信号；

（2）仿真运行管理功能模块使仿真过程以手动测试或自动测试方式开展，自动测试方式主要实现全站信息的逐点发送，即全景信息扫描模式，保证模型解析出来的所有信号带着工具自动标记的、唯一且具有特定含义的SOE时间以全变0、全变1或自复位变化的变位设置按顺序动作一遍；手动测试自由配置测试策略，满足单点测试、多点测试、批处理、手动定义SOE时间的操作需求；

（3）仿真运行管理功能模块导入经过全站遥信配置离线核对流程后形成的实际映射表；

（4）仿真运行模块根据运行管理功能模块设置的发送策略，使仿真工具的报文输出按订制需求发送报文，且报文以设定的时间间隔连续发送；

（5）MMS网络通信模块依据IEC 61850中通信服务标准，保证仿真工具与客户端之间正常的MMS通信；

（6）仿真工具应对所有的MMS交互过程进行记录，并生成仿真工具记录文件。

4.根据权利要求1所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统，其特征在于：模拟主站工具主要实现模拟远方调度主站的功能，支持目前主流的电力远动规约，具备报文解析和记录存储功能，能够实时解析远动装置发出的104报文并将104地址、点号变位情况的存储为模拟主站记录文件。

5.根据权利要求1所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统，其特征在于：多数据源离线处理工具，对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作。

6.根据权利要求1所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统，其特征在于：多数据源离线处理工具能够自动输出两份文档，一份是调试报告，报告中呈现104地址、某一条信息在仿真工具记录文件、监控后台记录文件和调控信息表中的三个信息描述d1、d2、d3的内容及机器对三个信息描述d1、d2、d3之间匹配度的机器判断结果；另一份是实际映射表，表中呈现104 地址和对应信号的数据路径；其中，调试报告供工程调试人员审阅，作为修改远动装置中错误配置的依据，还能同步发现SCD文件中61850对象的描述错误或缺省问题，帮助集成商及时进行SCD的完善，实际映射表导入到IED仿真工具中。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统的快速校核方法，其特征在于：该方法为：通过全景信息扫描的方式，获取完整的远动装置内已经配置的实际转发关系，通过判断这些转发关系与调控信息对应表中的内容是否一致来完成校核工作，即通过读取SCD文件获取厂站端全部遥信信号，并模拟在10~50ms间隔内逐一产生遥信信号变位，即由分位到合位和再由合位到分位的信号变位，向远动装置和站内监控后台发送带有特定SOE时标的全站MMS信息，加以记录，利用SOE时间、104点号的因子的唯一性使不同数据源的数据紧密关联起来，呈现出远动装置内104地址与对应的61850模型文件中DO对象数据路径的配置关联，以及将调控信息对应表中的对应站内信息与监控后台实际呈现的告警信息描述关联起来，进而通过一致性核对来判断远动装置的配置是否正确。

8.根据权利要求7所述的一种远动装置遥信配置快速校核系统的快速校核方法，其特征在于：具体步骤为：

（1）采用IED仿真工具通过导入SCD文件，仿真所需的数据模型，进行预处理，确定全站所有遥信信号；

（2）采用IED仿真工具通过站控层网络向监控后台和远动装置按需发送带有特定SOE时标的MMS报文，即进行全站试验时实现全景信息扫描；

（3）采用IED仿真工具在向监控后台和远动装置的客户端发送MMS 报文的同时记录下操作记录，形成仿真工具记录文件；

（4）远动装置在收到MMS报文后，根据装置内部配置的遥信转发表，向模拟主站工具转发104报文；

（5）监控后台在收到MMS报文后，存储监控主机数据库配置的实时测点变化记录，形成监控后台记录文件；

（6）模拟主站工具对收到的104报文进行解析并记录104地址、变位情况，形成模拟主站记录文件；

（7）多数据源离线处理工具读取调控信息表、仿真工具记录文件、监控后台记录文件和模拟主站记录文件，根据SOE 时标、104地址的要素的唯一性进行信号关联和核对；

（8）多数据源离线处理工具自动出具调试报告，供工程调试人员审核；

（9）多数据源离线处理工具给出经过测试验证的远动装置的实际映射表；

（10）实际映射表可导回至IED仿真工具，为后期站内与调度主站在线核对提供支撑。