应用单网卡多地址技术实现IEC104多通道校核研究

李文伟 梁波 赖桂林 陈坤

摘要：随着电力智能化的发展，越来越多的智能变电站在建设过程中，就开始尝试使用自动化验收系统辅助变电站验收。为了使自动化验收系统适应多主站验收功能，需要增加IEC104多通道校核功能，文章针对这一部分，结合单网卡多地址技术，提出合理的解决方法，为现场施工人员验收变电站提供更多的支持和协助。

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.

关键词：IEC104变电站;自动化验收;多地址

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

中图分类號：TM411+.4                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0167-03

0  引言

随着电力系统智能化的发展，多种新型的电力技术和功能也应运而生。对于新建变电站和改造变电站的施工现场来说，变电站自动化验收系统就是新型电力技术的体现。变电站自动化验收系统是基于IEC61850标准，结合多种技术，通过分析现场IEC104通道的通讯报文，实现对遥测、遥信的变化值进行精确的联调。在变电站现场验收的过程当中，辅助现场人员，提高工作效率，减轻工作负担，使得验收工作更加可靠、准确[1]。

其中，单网卡多地址技术，就是应用在自动化验收系统当中的一项重要的技术。单网卡多地址技术可以将一块网卡同时配置多个IP地址，这样自动化验收系统可以实现在一台设备上实现验收多个主站的功能——即IEC104多通道校核功能，使变电站验收工作更加快捷、高效。

1  现状

目前在变电站自动化验收项目中，现场人员操作人员可以在变电站尚未与外界建立通信时，利用自动化验收设备在变电站内进行对主站或子站的模拟，实现预先在站内验收校正错误的目的，节省了大量的人工以及时间的花费[2]。然而，许多变电站自动化验收系统仍然处于比较基础的阶段，功能并不完备，往往一台变电站自动化验收设备一次只能对一个IEC104通道进行校核，进而辅助验收一个主站。在这种情况下，想提高现场效率，实现多主站验收的目的，就需要在现场携带多个自动化验收设备。但是，结合变电站内实际情况，无论从经济环保方面，还是现场操作方面来看，显然都是不现实的。

因此，一台设备如果可以同时实现对多个IEC104通道进行校核，那么就可以同时验收多个主站，实现多主站验收功能。于是需要一个网卡同时绑定多个IP，如图1所示。

2  功能实现

想要实现一台设备同时验收多个主站，就需要实现一台设备同时对多个IEC104通道进行校核，而同一时刻一个IP地址只能对应一个通道。因此，单网卡多地址技术成为了功能实现的关键。

2.1 IEC104通道

IEC104规约是一个广泛应用于电力行业的国际标准。IEC104规约把IEC101的应用服务数据单元（ASDU）用网络规约TCP/IP进行传输的标准，该标准为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。采用104规约组合101规约的ASDU的方式后，可很好的保证规约的标准化和通信的可靠性[3]。

变电站自动化验收系统中的IEC104通道则是基于IEC104规约建立的通信通道，使得主站可以跟模拟子站进行数据的交互传输。

2.2 单网卡多地址技术的逻辑应用

应用单网卡多地址技术实现IEC104多通道校核功能的过程，如图2所示。

单网卡多地址技术，应用在IEC104多通道校核功能时的逻辑说明如下：

①开始等待创建模拟子站的启动信号;

②接收到信号，进行判断，是否开始创建模拟子站;

③不是开始创建信号，则继续等待，持续判断;

④是开始创建信号，将接收到的预设IP等相关参数，进行数据库存储等配置;

⑤根据第四步获得的参数，为网卡创建新的IP地址，建立IEC104通道;

⑥判断新的通道是否创建成功;

⑦创建成功，返回初始位置，继续检测是否有新的创建信号;

⑧创建失败，返回一个错误信息;

⑨返回初始位置，继续检测是否有新的创建信号。

通过以上步骤，变电站自动化验收系统可以快速的建立IEC104多通道，如果建立失败返回错误信息，即可快速根据上报的错误信息判断产生错误的原因。

2.3 单网卡多地址技术的代码功能实现

单网卡多地址技术的代码功能实现，主要依托两部分：多线程编程和socket编程。

2.3.1 多线程编程

只要建立一个新的IEC104通道，就需要建立一个新的线程，这样才能保证多并发不冲突的状态，以便于实现收发104报文和数据分析等功能。

在使用c++语言进行编程时，调用thread类，即可实现多线程编程。

2.3.2 socket编程

根据研究socket代码的特性可知：不同的socket可以将相同的端口绑定到不同的IP地址上;同一个socket只可以将1个端口绑定到1个地址上;即使不同的socket也不能重复绑定相同的地址和端口;不同的Socket可以将不同的端口绑定到相同的IP地址上。

因此，为了实现单网卡多地址技术，则需要每次创建一个新的socket绑定所需的IP，这样就可以实现IEC104多通道校核。

2.3.3 功能函数调用逻辑图

实现单网卡多地址技术调用代码函数的逻辑，如图3所示。

实现单网卡多地址技术，调用代码函数的逻辑流程说明如下：

①AddThread函数，创建一个线程;

②AddSocket函数，为网卡创建一个所需的新IP地址;

③AnalysisData函数，分析处理获得的IEC104报文;

④CloseSocket函数，关闭socket;

⑤CloseThread函数，关闭线程。

3  实际应用效果展示

应用单网卡多地址技术实现IEC104多通道校核的实际效果，如图4所示。图中存在7个IP地址，且一个IP地址对应一个IEC104通道，但是硬件地址相同，则表示IP地址绑定在同一块网卡上面。此时的状态，即为单网卡多地址状态。

4  意义

因为智能变电站信息自动化验收的重要性，国内已经对自动化验收的相关系统进行过研究。然而，由于实际中自动化验收系统产生的时间还比较短，基础功能虽然大多已经完备，但是运用到实际的操作中还有很多的不足之处，待开发的方向也还有很多：单主站验收，只能对每个主站逐一进行验收;对数据响应不够迅速，无法对上送的数据的信号做到快速智能分析。

单网卡多地址实现IEC多通道检验功能从这些现实情况出发，对这些问题进行深入研究，并给出了很好的解决方案：

4.1 多通道校验

通过socket绑定不同的IP地址，建立多个IEC104通道，能够自动实现与多个主站进行连接，获得所需的数据，能够适应现场工作人员的使用习惯，提供更方便快捷的反馈，进一步提高变电站自动化验收系统的适应力和操作友好度。

4.2 多线程响应

单网卡多地址技术针对每个IP创建不同的线程对报文进行快速响应和解析，结合现场人员的操作，实时对接收到的报文进行整理，高效快速的响应错误。在处理错误消息的过程中，直接反馈给现场的操作人员，为现场工作人员分析、处理变电站验收时产生的问题提供了及时、有效的信息。

5  结论

单网卡多地址技术可以将一块网卡同时配置多个IP地址，实现了在一台变电站自动化验收设备上验收多个主站的功能，使验收工作更加快捷、高效。在变电站现场验收的过程当中，该功能的研发有助于提升变电站现场操作人员验收电网变电站设备运行情况的速度及准确率，并且紧紧跟随电力智能化的进步步伐，提高了电网的智能化、自动化水平。基于此功能的变电站自动化验收系统建设减轻了验收人员的工作压力和劳动强度，提高电网的安全运行水平。

参考文献：

[1]赖同庆.变电站自动化验收联调系统[J].农村电气化，2008（11）：34-35.

[2]王涛，彭云华，吴小亚.IEC 61850标准在变电站综合自动化系统设计中的应用[J].广东石油化工学院学报，2012，22（4）：49-52.

[3]平器兴，姚罕琦，蔡其星，等.基于IEC60870-5-104規约的实时数据断线续传实现与应用[J].仪器仪表标准化与计量，2017（4）：33-36.