基于IEC61850标准的通信功能设计与开发

论文摘要

为提高变电站自动化水平,促进自动化技术的发展,实现设备互操作性,国际电工委员会（IEC）负责制订了覆盖整个变电站通信网络和系统的标准——IEC61850标准,并于2003年推出IEC61850标准正式版。中国电力企业联合会成立专门工作组对该标准进行研究和消化,将IEC61850标准转换成中国电力行业标准DL/T860,从2004年开始陆续出版发行。目前,国内机构正在全面跟踪和研究IEC61850标准的最新动向,主要处于研究、一致性测试阶段。本论文首先对IEC61850标准进行深入的研究,总结出IEC61850标准的内涵,归纳出IEC61850标准的主要技术特征,以及IEC61850标准的研究现状。然后结合高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电（FACT）系统项目的介绍,分析HVDC和FACT系统的通信要求。在分析HVDC和FACT系统对通信的准确性、响应速度需求的基础上,本论文从系统功能建模、构建智能电子设备（IED）信息模型、变电站文档配置、IED信息模型的实现、通信服务的映射和实现、设备一致性测试等方面,提出一种基于IEC61850标准的工程开发方法,并按照这种方法实现HVDC和FACT系统中控制命令和多路广播采样值（MSV）的传输。根据控制命令和MSV传输条件和传输方向的不同,分别设计通信方案,以面向变电站事件的通用对象（GOOSE）传输服务实现控制命令传输;以MSV传输服务实现多路采样值传输。在开发中,变电站文档配置、应用层协议数据单元的编解码和嵌入式以太网技术是项目涉及的相关技术。因此,本论文针对项目的通信要求,基于Java开发出一个跨平台的IED配置器;并使用asn1c-0.9.21编译器进行二次开发,实现编解码;以Linux系统中PFPACKET套接字为基础实现嵌入式通信。测试结果表明:本通信功能模块能够实现准确、实时通信,进而验证了基于IEC61850标准的工程开发方法设计科学合理,使得按照此方法开发的通信功能模块不仅满足用户需求,且具有功能完善、控制方便、可靠性高等特点,为IEC61850标准的应用提供了一定的参考价值,具有较广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 首字母缩略词汇总
• 第一章 绪论
• 1.1 IEC61850标准概述
• 1.2 IEC61850标准的内涵特点
• 1.2.1 分层分布式体系结构
• 1.2.2 面向对象的结构化信息模型
• 1.2.3 功能与通信解耦
• 1.2.4 变电站配置描述语言
• 1.2.5 面向对象的数据自描述
• 1.3 IEC61850标准研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文工作
• 第二章 高压直流输电和柔性交流输电系统的通信分析
• 2.1 引言
• 2.2 高压直流输电
• 2.2.1 高压直流输电概述
• 2.2.2 高压直流输电系统的通信要求
• 2.3 柔性交流输电
• 2.3.1 柔性交流输电概述
• 2.3.2 柔性交流输电系统的通信要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于IEC61850标准的工程开发方法
• 3.1 引言
• 3.2 系统功能建模
• 3.2.1 分解功能
• 3.2.2 确定IED具有的LN
• 3.2.3 编写SSD文件
• 3.3 构建IED结构化信息模型
• 3.3.1 构建结构化信息模型的属性
• 3.3.2 确定结构化信息模型的功能服务
• 3.3.3 生成ICD文件
• 3.4 配置SCL文档
• 3.4.1 SCL文件结构
• 3.4.2 SCL文件配置过程
• 3.5 结构化信息模型的实现
• 3.6 通信映射
• 3.6.1 核心ACSI服务向MMS映射
• 3.6.2 采样值、GOOSE传输服务和GSE管理服务映射
• 3.6.3 GSSE报文传输服务
• 3.6.4 时间同步服务向简单网络时间协议映射
• 3.7 一致性测试
• 3.8 本章小结
• 第四章 通信模块中相关技术的分析和实现
• 4.1 SCL文件配置的研究与实现
• 4.1.1 SCL模式文档的分析与改进
• 4.1.2 IED配置器的实现
• 4.2 BER编解码
• 4.2.1 ASN.1介绍
• 4.2.2 编解码函数的实现
• 4.3 嵌入式以太网技术
• 4.3.1 以太网应用于变电站通信网络的可行性分析
• 4.3.2 嵌入式以太网通信的实现
• 4.4 小结
• 第五章 GOOSE报文传输的实现
• 5.1 引言
• 5.2 GOOSE报文传输通信方案
• 5.2.1 GOOSE通信方案
• 5.2.2 GoCB设置
• 5.3 GOOSE报文传输的实现过程
• 5.3.1 设备建模
• 5.3.2 构建信息模型
• 5.3.3 SCL配置
• 5.3.4 信息模型的实现
• 5.3.5 通信映射和协议栈的搭配
• 5.3.6 GOOSE报文传输的实现
• 5.4 通信模块运行和性能分析
• 5.4.1 测试环境的搭建
• 5.4.2 准确性测试
• 5.4.3 实时性测试
• 5.4.4 通信模块性能分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 MSV报文传输的实现
• 6.1 引言
• 6.2 MSV报文传输通信方案
• 6.2.1 MSV传输抽象模型
• 6.2.2 MSVCB设置
• 6.3 MSV报文传输的实现过程
• 6.3.1 设备建模
• 6.3.2 构建信息模型
• 6.3.3 SCL配置
• 6.3.4 信息模型的实现
• 6.3.5 通信服务映射
• 6.3.6 协议栈的搭配
• 6.3.7 MSV报文传输的实现
• 6.4 通信模块运行和性能分析
• 6.4.1 准确性测试
• 6.4.2 实时性测试
• 6.4.3 通信模块性能分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参与的科研项目和所发表的文章