变电站自动化通信系统的研究
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摘 要 协议转换概括起来主要包括拆包、提取有用信息、重新打包，提取待转换远动数据帧的有用信息，并利用信息求出需要但又不能直接得到的信息。通过协议识别和协议处理为数据处理模块提供标准的、统一的数据格式，便于通信协议的转换。
中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0204-02
1CDT向 IEC60870-5-101转换方案
1.1 协议转换具体功能
1）向下，识别各种协议，实现与采用各种通讯协议的远程终端设备进行接口，接收接受远程终端设备上传的报文数据，并向远程终端设备发送主机传来的命令；
2）向上，完成规约转换，为数据处理模块提供标准的、统一的数据格式，使得前置机完全不必关心使用哪种远程终端设备及通信协议；
3）协议识别，对报文数据所采用的协议进行识别，按照与现场单元相同的协议接收现场单元的报文数据，同时也将变电站命令按照与现场单元相同的协议发送给现场单元，也就是负责各种协议数据帧的发送和接受；
4）协议处理，针对各种具体的通信协议，将远程终端设备上传的实时数据进行协议语义的解释，取出相应的实时量；
5）将下传的命令按照各种协议的具体要求组成帧，再通过通讯模块传到远程终端设备上。
通过协议识别和协议处理为数据处理模块提供标准的、统一的数据格式，便于通信协议的转换。
1.2 CDT向IEC60870-5-101转换
根据CDT协议的传送数据的特点，在处理子站传送到主站的数据时应当使用查询的方法，而处理主站传送到子站的数据时则使用中断的方法，具体数据处理流程可简要概括为第一步查询子站数据第二步使用校验码进行校验，重复这两步，直到有主站的数据要求传送，停止前两步，来处理主站的数据，并且根据主站数据中的启动字符来进行中断程序的调用和执行。
CDT报文转换之前要先确定转换的报文是不是符合CDT协议定义的报文的数据帧的格式，所以CDT报文的同步字即三组EB90H是确定报文格式的关键字段，对同步字检测完毕后，再对报文数据进行CRC校验，如果校验合格，那么就把该报文数据放到数据的缓冲区中，调用转换程序将CDT报文数据转换成101数据，转换完成后再重复前面的操作继续检测同步字，当遇到校验错误的数据帧时，就把该数据帧丢弃掉，CDT报文数据转换成101报文数据的流程设计如图1所示。
2 101协议向IEC61850转换方案
2.1 IEC60870-5-101协议帧格式及传送
101协议适用于具有多点拓扑结构的变电站系统，可以采用全双工或者半双工传送，变电站的主站和子站都能够通过链路服务进行数据传送，与101协议配套的网络通信体系结构是EPA（Enhanced Performance Architecture）结构模型，这个结构模型是依据ISO的OSI七层标准模型转化而来的，这种三层模型可以提高数据传输的效率，参考模型如图2所示。
数据单元中包括协议的控制单元信息和协议服务信息，101协议把应用用户数据划分为两类，其中变位遥信数据、子站的初始化和状态变化数据、根据命令寻找到地址的数据属于一级用户数据，把遥测临界值、子站参数的更改数据、事件顺序记录数据等定义为二级用户数据。
图4中第二层数据链路层中的LPDU和LPCI是指链路层协议的数据单元和控制信息，LSDU表示链路层协议的服务数据单元，第七层应用层中的APDU和APCI是应用层协议的数据单元和控制信息，ASDU则是应用层协议的服务数据单元，图中的可变帧长帧格式中的L表示该数据帧的长度，一共有8个位组组成分别是控制域位组C、地址域位组A和用户数据位组。数据类型标识和信息体单元组成了链路用户的数据，数据类型标识中包括信息体的类型、格式以及结构方式。
101协议采用FT1.2数据帧格式，这种帧格式属于异步式。101协议的数据帧格式根据数据帧的长度可以分两种格式的数据帧，一种是帧的长度可以发生变化的叫可变帧长数据帧，这种数据帧主要用于变电站的主站和子站之间的互相通信，彼此发送数据信息，另外一种数据帧的长度固定，叫固定帧长数据帧，这种数据帧主要用于变电站的主站和子站之间进行报文的询问和应答，这两种帧格式如图4所示。
图中的可变帧长帧格式中的L表示该数据帧的长度，一共有8个位组组成分别是控制域位组C、地址域位组A和用户数据位组。数据类型标识和信息体单元组成了链路用户的数据，数据类型标识中包括信息体的类型、格式以及结构方式。
101协议的传送规则：遥测数值的发送有三种发送方式，根据数据帧的控制位的不同进行区分为越限自发送、固定时间循环发送、应答发送三种方式，一个遥测值共有24位，其中数值的前15位表示遥测值的大小，第16位是遥测数据的符号位，17位到24位表示遥测数据的质量，一个遥测的容量是512。
遥信数据也有三种发送方式：变位自发传送、应答发送、扫描环境循环传送。一个遥信的字共有16个不同的状态位。而遥控命令与遥测和遥信的传送方式不同，相比比较简单和灵活，可以直接控制进行发送也可以根据返回的校验字选择命令进行发送。
2.2 建立服务映射
IEC 60870-5-101中定义的服务和IEC 61850的ACSI的对应关系主要有：
101协议中的循环数据传送对应IEC61850报告中的“cyclic-integrity”选项；读数据的过程对应IEC61850中的GET服务；自发传送服务对应IEC61850报告中的“数据变化”、“文件变化”或“质量变化”选项；站总查询服务对应ACSI服务是IEC61850的报告中的 “General-Interrogation” 选项。
电能累计量传送服务对应的ACSI服务是IEC61850报告中的“文件变化”选项；参数加载/激活服务对应IEC61850中的公共数据类“MV”的配置属性（平滑系数除外），激活需要验证；101协议中的测试过程与IEC61850中的LN0的“Health”数据对象对应；文件传输服务与逻辑节点LN对应；后台扫面服务对应IEC61850的报告中的 “cyclic-integrity”选项；101协议中传输延时对应ACSI服务中的SCSM时间同步；101协议中的测试服务需要生成名称为“Test”的帧，这部分与IEC61850中控制服务和报告中定义的数据品质属性测试功能对应，101协议的通用服务对应IEC61850中的SET选项。
3 结论
本文基于IEC61850协议，设计CDT向101转换之后再与IEC61850协议进行转换，不同的通信协议之间进行转换的目的是为了使运行不同通信协议的电力设备能够互相通信、资源共享，实现设备的互操作。
参考文献
[1]缪文贵，何卫，唐成虹.MMS对象在I EC61850中的应用.电网技术.
[2]李永亮，袁志雄，陈斌.对基于TCP/IP的IEC61850特定通信服务映射MMS.
[3]IEC 61850-9-2Communication networks and systems in substations-Part 9-2.
[4]万博，彭秀艳，李永亮.基于XML的数据交换在变电站自动化中的应用.