基于电力通用服务协议数据浏览方法研究与应用

史金伟 郑 涛 孙文彦 史英杰 周 淳 王 强 彭光锐 王 想

（1.江苏瑞中数据股份有限公司 2.国电南瑞南京控制系统有限公司）

0 引言

社会经济的发展对电能的需求越来越大，伴随着多回跨区特高压直流工程相继投运，全国互联电网格局逐步形成，电网资源优化配置的能力显著提高，电网一体化特征更加凸显，对电网安全性的要求越来越高。同时，随着电力调度通信网络与计算机信息技术的迅速发展、电力系统安全防护体系的建立和智能变电站的逐步实施与推进，对变电站集中监视运行的核心内容、数据信息的准确性与全面性提出了新的更高要求。

随着智能变电站远动功能越来越丰富，变电站端与集控主站交互的信息越来越多，形式也更加多样化。国内大力发展的智能变电站［1］主要基于DL／T860协议（符合IEC 61850标准）实现。目前，DL／T860协议尚未大规模的应用于主子站间通讯，大多用于变电站内通讯。智能变电站作为智能电网的重要组成部分，数据监视是集控主站对变电站端进行可靠管理的一种重要手段，如何准确、全面的对变电站进行数据浏览，是全网一体化图形浏览及告警监视的前提。实现物理分布的数据信息、告警信息的高效融合与优化，将进一步提高对大电网安全运行的全局认知和同步感知能力。本文主要介绍了集控主站与变电站端-主子站间，使用基于电力通用服务协议（简称GSP）［2］DL／T860的数据浏览方法及实现机制。

1 上下级调度系统间数据浏览现状及存在的问题分析

1.1 上下级调度系统间数据浏览应用现状

目前，上下级调度系统间（如集控主站与变电站端）数据浏览方式有电力系统远程浏览技术［3］、常规的通信规约（如IEC-101、IEC-104、DISA）等。

电力系统远程浏览技术（简称远程浏览）不使用站端的模型数据建模［4］，但依赖人机窗口中浏览画面的图形G文件，同时画面数据刷新依赖G文件中描述的数据映射关系。

使用常规的通信规约进行数据浏览，集控主站［5］需参照站端模型数据定义建模、绘制图形文件，进行图模信息关联，约定数据点表［6］、规约参数、核对主站图模数据与站端一致性等。

1.2 当前数据浏览方式中存在问题分析

远程浏览中的模型数据定义与变电站内监控系统的远动模型不是同一模型，同一测点定义在不同人机窗口浏览画面中不同，而站端远动模型中同一测点模型定义具有唯一性，因此站端远动模型不能被用于远程浏览。站端需独立维护远程浏览模型，以保存图形G文件中测点与变电站内监控系统中模型的关联关系。远程浏览实现遥控［7］、历史数据查询等功能时，由于复杂的多对一关系，操作的安全风险增大，增加了系统复杂度和运维人员工作量。

使用常规的通信规约时，由于不同厂商对同一规约理解上的偏差、实现细节差异引起的信息共享复杂度高，厂站建模信息标准的差异、变电站信息验收［8］依靠传动实验，引起厂站投运周期变长，增加了运维人员的工作强度。

随着变电设备规模不断扩大，当前运维管理模式与设备快速增长的矛盾日益凸显，存在设备监控强度不足、运维管理细度不足、支撑保障能力不足等问题。采用基于MMS［9］的DL／T860主站通过接入包含整座变电站所有物理装置的全部信息进行数据浏览。DL／T860协议描述了整个变电站完整的数据模型，规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。

因此，本文在D-5000平台基础上，深入研究了IEC61970与 IEC 61850 标准的模型关联方法，DL／T860协议的实现，同时由于信息安全的重要性日益凸显，而DL／T860协议底层的MMS是国外标准，且编码数据含较多辅助冗余信息。从安全性和传输效率角度考虑，采用基于GB33602-2017，即电力通用服务DL／T860协议（简称GSP860），实现集控主站与变电站间数据浏览功能，为集控主站对变电站可靠监视提供技术支持。

2 GSP860数据浏览在集控主站与变电站间应用

2.1 GSP860数据浏览的实现思想

集控主站与变电站端基于GSP860的数据浏览交互过程，如图1所示。

图1 GSP860数据浏览流程示意图

集控主站进行数据浏览前，通过解析变电站系统配置描述文件即SCD文件［10］，将筛选后的子站模型解析、存入集控主站关系数据库中。由于集控主站数据浏览的模型全部来源于子站SCD文件，可避免人工录入、校对模型，实现主站模型免维护，保证数据浏览交互数据的正确性和一致性。GSP860数据浏览将以整座变电站为监视粒度更改为以人机窗口的粒度，画面浏览数据按需组织，数据辨识度［11］高，即用即开，用完即释放，减轻系统运行的资源消耗和运维人员的工作量，提升了设备监控细度和强度。

2.2 GSP860数据浏览的的建模策略

GSP860数据浏览通讯模型的构建有2种方式，预解析子站SCD文件模型、存储和主子站通信过程中边解析模型数据报文边存储。预解析方式可减少主子站交互数据传输量及交互流程。因此，GSP860数据浏览采用预先导入子站SCD文件完成主站模型的构建。

通信序号和名称作为变电站和集控主站模型的索引，实现同一测点在主子站交互模型数据中的唯一，唯一关联（即实物ID）使用设备资产编号定义或者其他具有唯一性的特征值表示。集控主站以SCD模型规范为标准，解析SCD文件，依据实物ID，完成一次设备模型提取，以及非设备量（例如保护信息）的提取，以IEC 61970和IEC 61850标准为基础、将主子站模型进行统一和关联，依据reference描述进行测点挑选，完成模型入库。SCD模型的转换映射技术［12］主要包括一二次设备、辅助设备模型的映射转换以及测点模型的映射转换。主站以SCD文件构建模型的过程，如图2所示。

图2 主子站一体化建模示意图

SCD模型中定义的”对象引用”（即reference描述）是GSP860主子站信息交互中量测的唯一表示方式，结构如下：IED（智能电子设备［13］）、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性，采用分层细化的结构描述信息。集控主站导入SCD模型数据，存储测点与数据集的包含关系和数据集下辖测点顺序：“遥测ID-＞reference描述”、“reference描述-＞数据集名 称与数据集子序号”，如图3所示。

图3 集控主站映射变电站模型示意图

同时，存储数据集与报告控制块的关联关系，“数据集名-＞报告控制块名”，如图4所示。

图4 数据集与报告控制块映射模型示意图

IEC 61850标准数据交互依赖数据集和报告控制块，通过上述方式实现同一测点在IEC 61970与IEC 61850标准间关联，形成测点与数据集包含关系，数据集与报告控制块映射关系，融合IEC61970标准与IEC 61850标准主站数据通讯模型。

采用此方式构建的主子站间通讯模型，相比以CIM／E［14］模型为中介的转换方式，以一次设备为例，无须判别SCD模型中的类型属性与CIM／E中定义的具体类间的映射关系，保持主子间设备信息描述的一致性、准确性、易用性。与已有的数据浏览方式相比，主站不受传统通信规约信息容量限制，主子站交互数据无须信息合并、人工挑选接入模型数据，使用GSP860接入数据规模可根据生产需求动态变化；主子站信息一致性验证的核心不是单调的数字，数据可读性强，含义丰富且易于理解；接入的数据灵活性增加，主站通过“是否使能”定制接入测点数据；无须人工维护模型库、依靠传动实验验证接入数据正确性。GSP860数据浏览前，通过导入子站SCD文件建立本地模型，使得主子站数据通讯模型一致，为数据准确性和一致性夯实基础。

2.3 GSP860协议的拓展

集控主站和变电站端的数据浏览通过GSP860协议中的“数据集服务”和“报告服务”实现数据交互［15］，应用协议数据单元（APDU）的定义遵循GB／T 33602，结构如图5所示。

图5 应用协议数据单元结构示意图

如图5所示，控制码中的”适用协议PI＝1”，表示使用DL／T860协议。GSP860使用电力通用服务协议中服务码描述替换MMS协议服务映射，传输时减少了”TPKT、COPT、OSI会话层、OSI表示层”等非数据实体字段，如图6所示。

图6 部分非数据实体结构示意图

GSP860 数据编码方法为紧缩编码规则（PER）［16］。不使用MMS的编码方法-基本编码规则（BER），BER［17］使用类型-长度-值（Type-Length-Value）或者是标记-长度-值（Tag-Length-Value）三个一组的格式结构对数据内容表述，每个字段不可缺少。而使用PER时T或L字段不是必选，且GSP860优化了“对象引用”的表述、”对象引用”中不包含功能约束FC，减少了冗余信息的传输。一般地，相同的数据内容使用PER比BER可以提高20%～30%的传输性能［18］。简洁的数据包结构和信息数据的编码方式，提高了传输效率与信息安全，使得GSP860更适用于数据浏览的应用。

2.4 GSP860数据浏览的应用

GSP860数据浏览不是传统的以整个子站作为数据交换单元，而是以各自独立的人机窗口作为最小数据浏览通信单元，每个人机窗口关联1个站端TCP连接。集控主站与不同变电站端间的数据浏览通过统一的数据采集代理管理，保持不同人机窗口间的低耦合性。集控主站人机窗口与变电站端之间的数据浏览映射关系，如图7所示。

图7 人机窗口与变电站通信框架示意图

图8 动态数据集汇集数据示意图

如图7所示，按照系统角色划分，数据浏览通信分为2部分：

（1）集控主站内以数据采集代理作为边界，主站人机窗口与数据采集代理创建TCP连接交互数据。

（2）与各个变电站之间，按照人机窗口三要素-“单个人机窗口所在机器名称”、“浏览画面名称”、“窗口编号”，数据采集代理创建与站端TCP连接交互数据。

DL／T860中遥信使用缓存报告控制块（BRCB）、遥测使用非缓存报告控制块（URCB）。依据DL／T860规范，动态数据集只能用于URCB和USVCB报告控制块，GSP860扩展动态数据集的服务，创建动态数据集可应用于BRCB。通过为IED建立逻辑设备LD0，预定义一批报告控制块，用于动态创建数据集后的报告块关联。人机窗口中画面数据，按照遥测和遥信分类汇集，使用GSP860数据集服务［19］，创建2个动态数据集分别传输遥信和遥测，功能约束（FC）分别为ST、MX。动态数据集生成过程，如下图所示：

数据分类汇集完成后，使用GSP860“报告服务［20］”进行数据浏览，流程如下：修改报告控制块关联的数据集名称，设置报告控制块的TrgOps（包含数据变化、质量变化、数据更新等），使报告控制块通过设置“GI”位总召唤一次，当前人机窗口画面对应动态数据集中的所有数据。子站通过GSP860的“报告服务“推送变化数据至主站。交互数据内容由“reference描述”、“记录顺序号”、“数据类型”、“值”、“质量码”组成。

人机窗口与站端交互过程为：人机窗口将画面数据内容发送至数据采集代理，数据采集代理将接收的人机窗口数据，通过与各个变电站端建立的TCP连接，传输至变电站内监控自动化系统，并接收变电站内的反馈数据，通过人机窗口与数据采集代理创建的TCP连接返回并展示，直到窗口或画面关闭，中断TCP连接，结束数据浏览。

人机窗口发送数据时，采集代理将人机窗口与采集代理间TCP连接中的数据作为输入，采集代理与站端建立的TCP连接作为输出。人机窗口接收站端反馈时，采集代理将采集代理与站端建立TCP连接的数据作为输入，人机窗口与采集代理间TCP连接作为输出。

3 GSP860数据浏览应用功能分析

变电站SCD文件中设备的描述是以装置（智能终端或合并单元）为数据交换单元的，而集控主站是以子站为数据交换单元的，单个子站中包含多个装置的设备信息，主子站所有交互数据来源于同一个TCP连接。主子站间TCP连接交互数据构成示意图，如图9所示。

图9 主子站TCP通信数据示意图

人机窗口浏览画面内容中包含多个装置，每个装置下辖多个报告控制块，每个报告控制块关联数据集中包含的测点从几个到上百个。常规的数据浏览，人机窗口浏览画面中展示的数据是从1个主子站间TCP连接中筛选、匹配的结果，通常是多个不同装置中的下辖报告控制块的部分测点［21］。

按照DL／T860“报告服务”进行数据浏览时，须传输当前报告控制块的所有数据。随着人机窗口浏览画面包含装置数量的增加，使用的报告控制块也越多，传输与当前人机窗口数据浏览无关的冗余信息越多。信息的剧增使得主站监控强度弱化，因为主站处理冗余信息量的增加，画面数据需从更多的数据总量中经过筛选、匹配后展示，降低了数据处理性能，导致人机窗口浏览画面数据刷新时间增加。

提高监控强度，优化数据辨识度，人机浏览窗口应当且仅处理与当前人机窗口浏览画面相关的量测点。因此，GSP860数据浏览将以子站所有装置信息作为数据交换单元进行数据浏览的方式，变更为以单个人机窗口中、监视画面实际量测个数，进行数据浏览。通过以当前人机浏览窗口作为通信单元-创建TCP连接，生成包含监视画面测点的动态数据集，交互内容只与当前画面监视亟需的数据相关，原有永久数据集中不上画面的数据不传输，新建的人机窗口TCP连接中的量测个数从几千至上万更改为几百，数据交互高效简洁，减小了主子站间通信占用的带宽，提高了集控主站数据采集与处理性能。

当人机窗口浏览任务结束时，删除新建的动态数据集，释放包括采集代理与人机窗口的TCP连接，与变电站端的通信进程等系统资源。做到即用即开，合理分配、使用机器的软、硬件资源，减轻主子站通讯双方的通信压力，提高GSP860数据浏览方法适用性。

人机窗口浏览画面与变电站通信的关联关系，是以画面名称中使用的特定符号［22］，作为分隔符，区分不同的变电站。如图形名称：”EGN_一次接线图.fac.pic.g”，是以”_”作为分隔符，表明所有名称以“EGN”开头的图形对应同一变电站。配置名称（EGN）对应的“IP地址”，“端口号”，完成与站端的TCP通信。

4 GSP860数据浏览应用效果

GSP860数据浏览的部分通讯数据示意图如图10所示。

图10 主子站通讯数据示意图

如图10所示，将不同装置中92个的不同测点信息按功能约束（ST）组成新的遥信动态数据集，数据集名称为‘＠stcreateds1’，利用数据集服务将信息发送至子站，子站根据主站一系列的其它请求（动态数据集关联报告控制块、设置报告控制块属性等），向主站推送数据。

GSP860数据浏览与其它浏览方式差异见表。

表 数据浏览方式比较

从表中的对比结果中可以看出，无论从资源耗用、图形文件使用，还是从减小厂站的验收投运周期、优化信息辨识度、减少人员维护工作量，采用GSP860数据浏览与其它的数据浏览方式相比，有着明显的优势，进一步提高了对大电网安全运行的全局认知和同步感知能力。

5 结束语

通过基于电力通用服务协议DL／T860的实时数据浏览方法，将电力调度自动化系统中实时数据浏览监视粒度，从以厂站为粒度的数据交换单元更改成以人机窗口为数据交换单元，同时将基于DL／T860、以厂站包含多个装置下辖数据集的全部数据—作为传输单元的数据浏览方式，变更为以当前浏览窗口中涵盖装置的下辖数据集的实际数据，分别创建遥信、遥测动态数据集，定制化画面监视数据，增强了设备监控强度，运维管理细度得到了提升，为电力调度自动化系统提供高可靠性的电网运行数据。此方法不仅适用于集控主站和变电站间，也适用于采用IEC 61850标准的其它主子站间数据浏览。此功能降低了电网运行维护成本，提高整个电网的管理水平。