應(yīng)用單網(wǎng)卡多地址技術(shù)實(shí)現(xiàn)IEC104多通道校核研究

李文偉 梁波 賴桂林 陳坤

摘要：隨著電力智能化的發(fā)展，越來越多的智能變電站在建設(shè)過程中，就開始嘗試使用自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)輔助變電站驗(yàn)收。為了使自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)適應(yīng)多主站驗(yàn)收功能，需要增加IEC104多通道校核功能，文章針對(duì)這一部分，結(jié)合單網(wǎng)卡多地址技術(shù)，提出合理的解決方法，為現(xiàn)場(chǎng)施工人員驗(yàn)收變電站提供更多的支持和協(xié)助。

Abstract： With the development of power intelligent， more and more intelligent substations begin to use automatic acceptance system to assist substation acceptance. In order to adapt the automatic acceptance system to the multi master station acceptance function， IEC104 multi-channel verification function needs to be added. In this part， combined with single network card and multi-address technology， the paper puts forward reasonable solutions to provide more support and assistance for the field construction personnel to accept the substation.

關(guān)鍵詞：IEC104變電站;自動(dòng)化驗(yàn)收;多地址

Key words： IEC104 substation;automatic acceptance;multi-address

中圖分類號(hào)：TM411+.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）23-0167-03

0? 引言

隨著電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展，多種新型的電力技術(shù)和功能也應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于新建變電站和改造變電站的施工現(xiàn)場(chǎng)來說，變電站自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)就是新型電力技術(shù)的體現(xiàn)。變電站自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合多種技術(shù)，通過分析現(xiàn)場(chǎng)IEC104通道的通訊報(bào)文，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙測(cè)、遙信的變化值進(jìn)行精確的聯(lián)調(diào)。在變電站現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的過程當(dāng)中，輔助現(xiàn)場(chǎng)人員，提高工作效率，減輕工作負(fù)擔(dān)，使得驗(yàn)收工作更加可靠、準(zhǔn)確[1]。

其中，單網(wǎng)卡多地址技術(shù)，就是應(yīng)用在自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)當(dāng)中的一項(xiàng)重要的技術(shù)。單網(wǎng)卡多地址技術(shù)可以將一塊網(wǎng)卡同時(shí)配置多個(gè)IP地址，這樣自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)驗(yàn)收多個(gè)主站的功能——即IEC104多通道校核功能，使變電站驗(yàn)收工作更加快捷、高效。

1? 現(xiàn)狀

目前在變電站自動(dòng)化驗(yàn)收項(xiàng)目中，現(xiàn)場(chǎng)人員操作人員可以在變電站尚未與外界建立通信時(shí)，利用自動(dòng)化驗(yàn)收設(shè)備在變電站內(nèi)進(jìn)行對(duì)主站或子站的模擬，實(shí)現(xiàn)預(yù)先在站內(nèi)驗(yàn)收校正錯(cuò)誤的目的，節(jié)省了大量的人工以及時(shí)間的花費(fèi)[2]。然而，許多變電站自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)仍然處于比較基礎(chǔ)的階段，功能并不完備，往往一臺(tái)變電站自動(dòng)化驗(yàn)收設(shè)備一次只能對(duì)一個(gè)IEC104通道進(jìn)行校核，進(jìn)而輔助驗(yàn)收一個(gè)主站。在這種情況下，想提高現(xiàn)場(chǎng)效率，實(shí)現(xiàn)多主站驗(yàn)收的目的，就需要在現(xiàn)場(chǎng)攜帶多個(gè)自動(dòng)化驗(yàn)收設(shè)備。但是，結(jié)合變電站內(nèi)實(shí)際情況，無論從經(jīng)濟(jì)環(huán)保方面，還是現(xiàn)場(chǎng)操作方面來看，顯然都是不現(xiàn)實(shí)的。

因此，一臺(tái)設(shè)備如果可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)IEC104通道進(jìn)行校核，那么就可以同時(shí)驗(yàn)收多個(gè)主站，實(shí)現(xiàn)多主站驗(yàn)收功能。于是需要一個(gè)網(wǎng)卡同時(shí)綁定多個(gè)IP，如圖1所示。

2? 功能實(shí)現(xiàn)

想要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備同時(shí)驗(yàn)收多個(gè)主站，就需要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備同時(shí)對(duì)多個(gè)IEC104通道進(jìn)行校核，而同一時(shí)刻一個(gè)IP地址只能對(duì)應(yīng)一個(gè)通道。因此，單網(wǎng)卡多地址技術(shù)成為了功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

2.1 IEC104通道

IEC104規(guī)約是一個(gè)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的國際標(biāo)準(zhǔn)。IEC104規(guī)約把IEC101的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）用網(wǎng)絡(luò)規(guī)約TCP/IP進(jìn)行傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為遠(yuǎn)動(dòng)信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了通信規(guī)約依據(jù)。采用104規(guī)約組合101規(guī)約的ASDU的方式后，可很好的保證規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化和通信的可靠性[3]。

變電站自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)中的IEC104通道則是基于IEC104規(guī)約建立的通信通道，使得主站可以跟模擬子站進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互傳輸。

2.2 單網(wǎng)卡多地址技術(shù)的邏輯應(yīng)用

應(yīng)用單網(wǎng)卡多地址技術(shù)實(shí)現(xiàn)IEC104多通道校核功能的過程，如圖2所示。

單網(wǎng)卡多地址技術(shù)，應(yīng)用在IEC104多通道校核功能時(shí)的邏輯說明如下：

①開始等待創(chuàng)建模擬子站的啟動(dòng)信號(hào);

②接收到信號(hào)，進(jìn)行判斷，是否開始創(chuàng)建模擬子站;

③不是開始創(chuàng)建信號(hào)，則繼續(xù)等待，持續(xù)判斷;

④是開始創(chuàng)建信號(hào)，將接收到的預(yù)設(shè)IP等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)等配置;

⑤根據(jù)第四步獲得的參數(shù)，為網(wǎng)卡創(chuàng)建新的IP地址，建立IEC104通道;

⑥判斷新的通道是否創(chuàng)建成功;

⑦創(chuàng)建成功，返回初始位置，繼續(xù)檢測(cè)是否有新的創(chuàng)建信號(hào);

⑧創(chuàng)建失敗，返回一個(gè)錯(cuò)誤信息;

⑨返回初始位置，繼續(xù)檢測(cè)是否有新的創(chuàng)建信號(hào)。

通過以上步驟，變電站自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)可以快速的建立IEC104多通道，如果建立失敗返回錯(cuò)誤信息，即可快速根據(jù)上報(bào)的錯(cuò)誤信息判斷產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因。

2.3 單網(wǎng)卡多地址技術(shù)的代碼功能實(shí)現(xiàn)

單網(wǎng)卡多地址技術(shù)的代碼功能實(shí)現(xiàn)，主要依托兩部分：多線程編程和socket編程。

2.3.1 多線程編程

只要建立一個(gè)新的IEC104通道，就需要建立一個(gè)新的線程，這樣才能保證多并發(fā)不沖突的狀態(tài)，以便于實(shí)現(xiàn)收發(fā)104報(bào)文和數(shù)據(jù)分析等功能。

在使用c++語言進(jìn)行編程時(shí)，調(diào)用thread類，即可實(shí)現(xiàn)多線程編程。

2.3.2 socket編程

根據(jù)研究socket代碼的特性可知：不同的socket可以將相同的端口綁定到不同的IP地址上;同一個(gè)socket只可以將1個(gè)端口綁定到1個(gè)地址上;即使不同的socket也不能重復(fù)綁定相同的地址和端口;不同的Socket可以將不同的端口綁定到相同的IP地址上。

因此，為了實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)卡多地址技術(shù)，則需要每次創(chuàng)建一個(gè)新的socket綁定所需的IP，這樣就可以實(shí)現(xiàn)IEC104多通道校核。

2.3.3 功能函數(shù)調(diào)用邏輯圖

實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)卡多地址技術(shù)調(diào)用代碼函數(shù)的邏輯，如圖3所示。

實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)卡多地址技術(shù)，調(diào)用代碼函數(shù)的邏輯流程說明如下：

①AddThread函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)線程;

②AddSocket函數(shù)，為網(wǎng)卡創(chuàng)建一個(gè)所需的新IP地址;

③AnalysisData函數(shù)，分析處理獲得的IEC104報(bào)文;

④CloseSocket函數(shù)，關(guān)閉socket;

⑤CloseThread函數(shù)，關(guān)閉線程。

3? 實(shí)際應(yīng)用效果展示

應(yīng)用單網(wǎng)卡多地址技術(shù)實(shí)現(xiàn)IEC104多通道校核的實(shí)際效果，如圖4所示。圖中存在7個(gè)IP地址，且一個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)IEC104通道，但是硬件地址相同，則表示IP地址綁定在同一塊網(wǎng)卡上面。此時(shí)的狀態(tài)，即為單網(wǎng)卡多地址狀態(tài)。

4? 意義

因?yàn)橹悄茏冸娬拘畔⒆詣?dòng)化驗(yàn)收的重要性，國內(nèi)已經(jīng)對(duì)自動(dòng)化驗(yàn)收的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行過研究。然而，由于實(shí)際中自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)產(chǎn)生的時(shí)間還比較短，基礎(chǔ)功能雖然大多已經(jīng)完備，但是運(yùn)用到實(shí)際的操作中還有很多的不足之處，待開發(fā)的方向也還有很多：?jiǎn)沃髡掘?yàn)收，只能對(duì)每個(gè)主站逐一進(jìn)行驗(yàn)收;對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)不夠迅速，無法對(duì)上送的數(shù)據(jù)的信號(hào)做到快速智能分析。

單網(wǎng)卡多地址實(shí)現(xiàn)IEC多通道檢驗(yàn)功能從這些現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，對(duì)這些問題進(jìn)行深入研究，并給出了很好的解決方案：

4.1 多通道校驗(yàn)

通過socket綁定不同的IP地址，建立多個(gè)IEC104通道，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與多個(gè)主站進(jìn)行連接，獲得所需的數(shù)據(jù)，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的使用習(xí)慣，提供更方便快捷的反饋，進(jìn)一步提高變電站自動(dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)的適應(yīng)力和操作友好度。

4.2 多線程響應(yīng)

單網(wǎng)卡多地址技術(shù)針對(duì)每個(gè)IP創(chuàng)建不同的線程對(duì)報(bào)文進(jìn)行快速響應(yīng)和解析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)人員的操作，實(shí)時(shí)對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行整理，高效快速的響應(yīng)錯(cuò)誤。在處理錯(cuò)誤消息的過程中，直接反饋給現(xiàn)場(chǎng)的操作人員，為現(xiàn)場(chǎng)工作人員分析、處理變電站驗(yàn)收時(shí)產(chǎn)生的問題提供了及時(shí)、有效的信息。

5? 結(jié)論

單網(wǎng)卡多地址技術(shù)可以將一塊網(wǎng)卡同時(shí)配置多個(gè)IP地址，實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)變電站自動(dòng)化驗(yàn)收設(shè)備上驗(yàn)收多個(gè)主站的功能，使驗(yàn)收工作更加快捷、高效。在變電站現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的過程當(dāng)中，該功能的研發(fā)有助于提升變電站現(xiàn)場(chǎng)操作人員驗(yàn)收電網(wǎng)變電站設(shè)備運(yùn)行情況的速度及準(zhǔn)確率，并且緊緊跟隨電力智能化的進(jìn)步步伐，提高了電網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化水平?；诖斯δ艿淖冸娬咀詣?dòng)化驗(yàn)收系統(tǒng)建設(shè)減輕了驗(yàn)收人員的工作壓力和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)：

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