摘要

目前電力自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較繁雜，為了實(shí)現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品、產(chǎn)品的不同部分能夠互通。要求一個(gè)基于MMS協(xié)議和IEEE（國(guó)際電工協(xié)會(huì)）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850的數(shù)字變電站設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括：建立模型、智能電子設(shè)備（IED）數(shù)據(jù)采集、客戶機(jī)和服務(wù)器四大部分。建立模型是將變電站內(nèi)部各設(shè)備各參數(shù)按照IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行命名及建模；智能設(shè)備（IED）數(shù)據(jù)采集端作為數(shù)據(jù)來(lái)源；客戶端提供一個(gè)變電站內(nèi)部各設(shè)備的監(jiān)控界面，并接收用戶操作與服務(wù)器進(jìn)行p2p網(wǎng)絡(luò)訪問，可對(duì)某些設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改；服務(wù)器端則響應(yīng)客戶機(jī)獲取或修改數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，傳輸數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)根據(jù)客戶機(jī)修改數(shù)據(jù)的要求修改設(shè)備數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)能夠達(dá)到服務(wù)器和客戶終端界面友好（MFC），操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率低，實(shí)時(shí)性較好的要求。最終能夠?qū)崿F(xiàn)客戶機(jī)對(duì)數(shù)字變電站內(nèi)部設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程訪問、修改和監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：

MMS、IEC61850、智能電子設(shè)備（IED）、p2p、MFC

Abstract

Technicalstandardforpowersystemautomationdiffersmuchfromeachotherindifferentcountriesandevenindifferentcities,forthetimebeing.Forthesakeofcommunicationwithdifferentmanufacturesanddifferentpartsofequipments,outthestandardIEC61850fromIEEEcomes.Thisdesignconsistsoffournecessaryparts.Tosummarize,theyaremodeling，dataacquisitionequipment,clientandserver.ModelingisbasedontheinternationalstandardIEC61850.IEDdataacquisitionequipmentissourceofdatatransferredbetweenclientandserver.Thesystemoffersauserinterfacetomonitoringallsortsofdeviceinthedigitalsubstation.Atlast,serverresponsestothedatatransmissionrequestfromtheclient.Thisdesigncanachieveafriendlyserverandclientterminalinterface,simpleoperation,datatransmissionerrorrate,betterreal-timerequirements.Eventually，ithasthecompetencetoachievetheclientremoteaccessandmonitoringofdigitalsubstationequipmentparameters.

Keywords：

MMS、IEC61850、IED、p2pNetworkaccess、MFC

前言

國(guó)內(nèi)數(shù)字變電站建設(shè)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比落后距離較大。目前，國(guó)內(nèi)尚不具備使用完整意義上的數(shù)字化變電站（運(yùn)用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850）的市場(chǎng)環(huán)境，并且國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)此也沒有出臺(tái)相應(yīng)的強(qiáng)制性政策和實(shí)施規(guī)劃，各地也只是做一些規(guī)模較小的創(chuàng)新類的試點(diǎn)項(xiàng)目。2006年4月國(guó)內(nèi)第一個(gè)110kV數(shù)字化變電站在西安投入運(yùn)營(yíng)，由國(guó)電南自研發(fā)生產(chǎn)；第二個(gè)是由北京四方于6月在西安投運(yùn)；南瑞繼保也已經(jīng)開發(fā)完成基于61850變電站自動(dòng)化系統(tǒng)并在湖北電網(wǎng)應(yīng)用；國(guó)電南瑞和許繼的61850變電站自動(dòng)化系統(tǒng)正在積極開發(fā)。然而，美國(guó)和歐洲已經(jīng)形成強(qiáng)大的研究群體，研究覆蓋發(fā)電、輸電、配電和售電環(huán)節(jié)，通過技術(shù)與業(yè)務(wù)的結(jié)合，IEC61850在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中切實(shí)發(fā)揮了作用，運(yùn)行績(jī)效大大領(lǐng)先國(guó)內(nèi)。

進(jìn)行數(shù)字變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能夠盡快實(shí)現(xiàn)全世界關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，即在工業(yè)控制通信上實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”的偉大設(shè)想，實(shí)現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品、產(chǎn)品的不同部分能夠互通的目標(biāo)，努力縮小數(shù)字變電站方面與國(guó)外技術(shù)上的差距。

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC61850通信協(xié)議草案定義，這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

數(shù)字化變電站的主要優(yōu)點(diǎn)有六個(gè)方面：一是各種功能共用統(tǒng)一的信息平臺(tái)，避免設(shè)備重復(fù)投入。二是測(cè)量精度高、無(wú)飽和、無(wú)CT二次開路。三是二次接線簡(jiǎn)單。四是光纖取代電纜，電磁兼容性能優(yōu)越。五是信息傳輸通道都可自檢，可靠性高。六是管理自動(dòng)化。數(shù)字化變電站的主要特點(diǎn)也是六個(gè)方面：一是變電站傳輸和處理的信息全數(shù)字化。二是過程層設(shè)備智能化。三是統(tǒng)一的信息模型：數(shù)據(jù)模型、功能模型。四是統(tǒng)一的通信協(xié)議：數(shù)據(jù)無(wú)縫交換。五是高質(zhì)量信息：可靠性、完整性、實(shí)時(shí)性。六是各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。

這些都是傳統(tǒng)變電站所不具備的。

通過本次設(shè)計(jì)，達(dá)到深化學(xué)習(xí)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)，熟悉變電站內(nèi)部各個(gè)層次、內(nèi)部物理裝置（PHD）的命名與描述，建立模型、網(wǎng)絡(luò)訪問及MFC圖形界面的程序的目的。完成一個(gè)基于MMS開發(fā)包具有可編輯圖形界面的從數(shù)據(jù)采集(程序內(nèi)部模擬)、服務(wù)器、客戶端到網(wǎng)絡(luò)訪問的智能數(shù)字變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中需要學(xué)習(xí)國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC61850、MMS通信協(xié)議架構(gòu)（TCP/IP架構(gòu)）、MFC圖形界面的創(chuàng)建、Peer-to-Peer網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎R(shí)。

第1章數(shù)字變電站背景

1.1數(shù)字變電站介紹

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化、智能化變電站。

數(shù)字化變電站是應(yīng)用IEC61850進(jìn)行建模和通信的變電站，數(shù)字化變電站體現(xiàn)在過程層設(shè)備的數(shù)字化，整個(gè)站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，以及開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化。

1.2數(shù)字變電站特點(diǎn)

(一)智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

(二)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測(cè)量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無(wú)功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測(cè)裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I／O現(xiàn)場(chǎng)接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(三)自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)

變電站運(yùn)行管理自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

目前國(guó)內(nèi)尚不具備使用完整意義上的數(shù)字化變電站（運(yùn)用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850）的市場(chǎng)環(huán)境，并且國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)此也沒有出臺(tái)相應(yīng)的強(qiáng)制性政策和實(shí)施規(guī)劃，各地也只是做一些創(chuàng)新類的試點(diǎn)項(xiàng)目。

美國(guó)和歐洲已經(jīng)形成強(qiáng)大的研究群體，研究覆蓋發(fā)電、輸電、配電和售電環(huán)節(jié)，通過技術(shù)與業(yè)務(wù)的結(jié)合，IEC61850在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中切實(shí)發(fā)揮了作用，運(yùn)行績(jī)效大大領(lǐng)先國(guó)內(nèi)。

1.4課題的來(lái)源及意義

為了實(shí)現(xiàn)全世界關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，即在工業(yè)控制通信上實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”的偉大設(shè)想，實(shí)現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品、產(chǎn)品的不同部分能夠互通。最重要的是努力縮小國(guó)內(nèi)數(shù)字變電站技術(shù)與國(guó)外的差距。

目前電力自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較繁雜，不僅電力系統(tǒng)自上而下各個(gè)環(huán)節(jié)不統(tǒng)一，甚至變電站內(nèi)部各個(gè)層次之間也是不統(tǒng)一的?；贛MS的變電站設(shè)計(jì)能夠有效的解決這一問題。

1.5研究目的

實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自上而下各環(huán)節(jié)、變電站內(nèi)部各層次通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，逐步縮小與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在智能變電站上的技術(shù)差距。

本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于MMS的數(shù)字變電站的監(jiān)控和通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)工作量龐大。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，完整的系統(tǒng)中需要用到的SCL系統(tǒng)配置（XML配置部分的工作由另一位同學(xué)承擔(dān)）和數(shù)據(jù)庫(kù)等問題已經(jīng)得到解決，在設(shè)計(jì)中不予考慮。

第2章IEC61850數(shù)字變電站國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1IEC61850基本概念

①邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)

邏輯節(jié)點(diǎn)，LogicalNodes，簡(jiǎn)稱LN，是交換數(shù)據(jù)功能的最小部分，是由的數(shù)據(jù)和方法所定義的對(duì)象。

邏輯節(jié)點(diǎn)LN，實(shí)際上是將功能分解得到的產(chǎn)物。

如：LNN0—該邏輯節(jié)點(diǎn)代表了一個(gè)設(shè)備。

之所以引入LN是因?yàn)槟承﹨?shù)只與物理裝置本身的屬性有關(guān)，并不涉及到任何功能。

②數(shù)據(jù)對(duì)象(DO)

數(shù)據(jù)對(duì)象，DataObject，簡(jiǎn)稱DO，代表特定信息，例如狀態(tài)或者測(cè)量值的邏輯節(jié)點(diǎn)對(duì)象的一部分。從面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)來(lái)看，數(shù)據(jù)對(duì)象是數(shù)據(jù)對(duì)象類的實(shí)例。它們通常作為交換對(duì)象。

③智能電子設(shè)備(IED)

智能電子設(shè)備，IntelligentElectronicDevice，簡(jiǎn)稱IED，一個(gè)或多個(gè)處理器協(xié)調(diào)工作的設(shè)備，它具有從或到一個(gè)外部源接收和發(fā)送數(shù)據(jù)/控制（例如電子式多功能計(jì)、數(shù)字繼電保護(hù)）的能力。

④抽象通信服務(wù)接口(ASCI)

抽象通信服務(wù)接口，AbstractCommunicationServiceInterface，簡(jiǎn)稱ASCI，一種虛擬接口，提供抽象通信服務(wù)，例如連接、變量訪問、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

以設(shè)計(jì)中的斷路器為例，模型化成LN后為XCBR，節(jié)點(diǎn)里包括兩個(gè)設(shè)備參數(shù)：States和Temperature。

圖1邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR

設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了客戶機(jī)獲取邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR參數(shù)States及Temperature的功能，并且實(shí)現(xiàn)了客戶機(jī)端對(duì)參數(shù)States的修改。

2.2網(wǎng)絡(luò)通信基本理論

①回路IP

127.0.0.1是回路地址,用于測(cè)試,相當(dāng)于LocalHost本機(jī)地址,沒有網(wǎng)卡,不設(shè)DNS都可以訪問。

端口地址在0~65535之間,其中0~1023之間的端口是用于一些知名的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用,用戶的普通網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序應(yīng)該使用1024以上的端口。

本設(shè)計(jì)中，該IP地址用于單獨(dú)測(cè)試服務(wù)器和客戶機(jī)功能使用，測(cè)試時(shí)使用的測(cè)試工具網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssitVersion3.7。

②TCP和UDP的區(qū)別

TCP提供面向連接的傳輸控制協(xié)議，而UDP提供了無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)；TCP具有高可靠性，確保傳輸數(shù)據(jù)的正確性，不出現(xiàn)丟失或亂序；UDP在傳輸數(shù)據(jù)前不建立連接，不對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行檢查與修改，無(wú)須等待對(duì)方的應(yīng)答，所以會(huì)出現(xiàn)分組丟失、重復(fù)、亂序，應(yīng)用程序需要負(fù)責(zé)傳輸可靠性方面的所有工作；UDP比TCP具有更高的實(shí)時(shí)性和更小的網(wǎng)絡(luò)開銷。

設(shè)計(jì)使用UDP時(shí)即s=::socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)錯(cuò)誤率較高，而使用TCP即s=::socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)則基本無(wú)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤發(fā)生。

所以我們?cè)O(shè)計(jì)中選擇TCP。

③服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器的訪問要經(jīng)歷三個(gè)主要過程：

連接請(qǐng)求的偵聽、響應(yīng)連接請(qǐng)求、發(fā)送和接收消息

④客戶端設(shè)計(jì)

客戶端的訪問要經(jīng)歷的幾個(gè)過程：

套接字的建立與初始化、接收與發(fā)送數(shù)據(jù)、關(guān)閉套接字

⑤套接字

套接字，socket，是一種網(wǎng)絡(luò)編程接口。字面意思：插座、插口?？梢孕蜗蟮貙⑻捉幼掷斫鉃閼?yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的插口，也就是編程接口；套接字在TCP/IP模型中位于傳輸層之上，主要針對(duì)TCP、UDP協(xié)議進(jìn)行抽象。

⑥IP地址

每臺(tái)主機(jī)的IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)。每個(gè)IP地址被分割位兩部分：前綴和后綴。前綴用來(lái)確定計(jì)算機(jī)從屬的物理網(wǎng)絡(luò)，后綴用來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)上單獨(dú)的計(jì)算機(jī)?；ヂ?lián)網(wǎng)上每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)唯一的值作為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，該網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須全球一致。

◆IP地址分類：

IP地址分位五類：A類、B類、C類、D類、E類

其中A類、B類和C類為基本類

D類用于多播

E類屬于保留類，現(xiàn)在不用。它們的格式如下（其中*代表網(wǎng)絡(luò)號(hào)）：

A類：0*******XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

B類：10**************XXXXXXXXXXXXXXXX

C類：110*********************XXXXXXXX

D類：1110****XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

E類：1111****XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

這樣，A類地址的范圍為：0.0.0.0-127.255.255.255

B類地址的范圍為：128.0.0.0-191.255.255.255

C類地址的范圍為：192.0.0.0-223.255.255.255

D類地址的范圍為：224.0.0.0-239.255.255.255

E類地址的范圍為：240.0.0.0-247.255.255.266

◆幾個(gè)特殊IP地址

網(wǎng)絡(luò)地址：IP地址中主機(jī)地址全為0的地址，如128.211.0.0。

廣播地址：IP地址中主機(jī)地址全為1的地址，如128.211.255.255。

環(huán)回地址：127.0.0.1，主要用于測(cè)試。

第3章建立模型

3.1邏輯節(jié)點(diǎn)的建模見圖2、圖3、圖4

圖2斷路器邏輯節(jié)點(diǎn)模型

方框?yàn)閿嗦菲鬟壿嫻?jié)點(diǎn)，名稱為XCBR，該邏輯節(jié)點(diǎn)包含2個(gè)參數(shù)，分別為：斷路器狀態(tài)(1表示合上，0表示斷開)States，斷路器溫度Temperature。

圖3電流耦合器邏輯節(jié)點(diǎn)模型

方框?yàn)殡娏黢詈掀鬟壿嫻?jié)點(diǎn)，名稱為XCCT，該邏輯節(jié)點(diǎn)包含2個(gè)參數(shù)，分別為：流過電流（單位：A）Current，是否需要過流保護(hù)（1、0分別表示需要和不需要過流保護(hù)）Protection。

圖4電壓耦合器邏輯節(jié)點(diǎn)模型

方框?yàn)殡妷厚詈掀鬟壿嫻?jié)點(diǎn)，名稱為XCVT，該邏輯節(jié)點(diǎn)包含2個(gè)參數(shù)，分別為：電壓（單位：V）Voltage，是否需要過流保護(hù)（1、0分別表示需要和不需要過壓保護(hù)）Protection。

3.2系統(tǒng)模型見圖5

圖5系統(tǒng)模型

圖5為本設(shè)計(jì)的流程圖，首先信號(hào)采集端采集變電站內(nèi)部設(shè)備的參數(shù)，其次由于每個(gè)設(shè)備參數(shù)都有一個(gè)安全的范圍，所以接下來(lái)檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)是否在安全范圍內(nèi)，超出安全范圍的要發(fā)出警報(bào)，系統(tǒng)做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。然后，數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器，服務(wù)器和客戶端通過TCP/IP完成P2P網(wǎng)絡(luò)訪問，客戶機(jī)提供對(duì)變電站內(nèi)部設(shè)備參數(shù)的監(jiān)測(cè)控制界面，服務(wù)器則響應(yīng)客戶機(jī)獲取和修改參數(shù)的請(qǐng)求。實(shí)時(shí)監(jiān)控則由定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，刷新間隔1S。

第4章IED設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1設(shè)計(jì)主要部分

①IED信號(hào)模擬；②TCP/IP客戶機(jī)；③TCP/IP服務(wù)器；

圖6設(shè)計(jì)主要部分

設(shè)計(jì)主體為四大部分，其中IED信號(hào)模擬部分內(nèi)置在服務(wù)器內(nèi)部，監(jiān)控界面部分內(nèi)置在客戶機(jī)內(nèi)部。TCP/IP服務(wù)器和TCP/IP之間則要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

4.2設(shè)計(jì)的可行性分析

PC機(jī)上使用VisualC++6.0進(jìn)行基于TCP/IP協(xié)議的客戶機(jī)和服務(wù)器的程序編程具有較高的可操作性。同時(shí)，由于TCP面向連接具有很高的可靠性，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的丟失或亂序現(xiàn)象。

VisualC++6.0中的MFC在圖形界面方面有很高的優(yōu)勢(shì)，功能強(qiáng)大，操作界面友好，能夠方便快捷地實(shí)現(xiàn)所需要的功能。

4.3IED信號(hào)模擬

該部分采用VisualC++帶有的隨機(jī)數(shù)功能，根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變電站內(nèi)部設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，在服務(wù)器端產(chǎn)生數(shù)據(jù)源，該數(shù)據(jù)模擬部分使用定時(shí)器每10S一次?？蛻魴C(jī)可以改變?cè)O(shè)備參數(shù)，10S內(nèi)數(shù)據(jù)將維持修改的參數(shù)，10S后數(shù)據(jù)將自動(dòng)更新。

主要過程如圖7所示：

圖7IED數(shù)據(jù)模擬框圖

IED信號(hào)模擬部分，使用系統(tǒng)定時(shí)器SetTimer(1,1000,0)實(shí)現(xiàn)周期為10S的刷新，在10S間隔內(nèi)，服務(wù)器使用rand()并行產(chǎn)生斷路器、電流耦合器及電壓耦合器的數(shù)據(jù)。產(chǎn)生數(shù)據(jù)后，服務(wù)器將數(shù)據(jù)打包成固定的幀格式，如圖8。

圖8數(shù)據(jù)包幀格式

函數(shù)功能列表：

Rand()產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)

text.Format()以固定格式將數(shù)據(jù)打包，方便服務(wù)器處理

temp=rand();//產(chǎn)生數(shù)據(jù)

temperature[i]=50+temp;

states[i]=rand()%2;

text[i].Format("Temperature:%d℃States:%d",temperature[i],states[i]);//打包數(shù)據(jù)

4.4TCP/IP服務(wù)器

該部分使用VisualC++6.0里封裝好的CSocket類，過程有建立和初始化套接字、綁定IP地址和Port端口號(hào)、偵聽連接請(qǐng)求、建立連接、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。并能夠接受客戶機(jī)修改參數(shù)的指令CHANGED，對(duì)模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修改。

CSocket是MFC在CAsyncSocket基礎(chǔ)上派生的一個(gè)同步阻塞Socket的封裝類。

服務(wù)器框圖如圖9：

圖9TCP/IP服務(wù)器流程圖

1、構(gòu)造一個(gè)CSocket對(duì)象；

2、使用這個(gè)對(duì)象的Create（）成員函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)socket對(duì)象；

3、調(diào)用∷connect（）函數(shù)與服務(wù)方套接字連接或調(diào)用∷listen（）監(jiān)聽來(lái)自客戶方的連接請(qǐng)求；

4、收到連接請(qǐng)求后，調(diào)用∷Accept（）函數(shù)接受請(qǐng)求，建立連接；

5、建立連接后，調(diào)用：：send()和：：recv()傳輸數(shù)據(jù)。

4.5TCP/IP客戶機(jī)

該部分也是使用VisualC++6.0里封裝好的CSocket類，過程有建立和初始化套接字、綁定IP地址和Port端口號(hào)、連接服務(wù)器、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

同時(shí)需要對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)修改。

主要函數(shù)功能如圖10：

圖10TCP/IP客戶機(jī)流程圖

//建立初始化套接字

s=::socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

::WSAAsyncSelect(s,this->m_hWnd,WM_SOCKET,FD_READ);

port=atoi(str1.GetBuffer(1));

addr.sin_family=AF_INET;

addr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr(str.GetBuffer(1));

addr.sin_port=ntohs(port);

//連接服務(wù)器

::connect(s,(sockaddr*)&addr,sizeof(addr))

//發(fā)送接收數(shù)據(jù)

::send(s,send_str.GetBuffer(1),sizeof(send_str),0);

recv(s,cs,100,0);

4.6設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)論

NetAssitV3.7介紹

本工具是在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際的普遍的需求而開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具。
界面精致美觀，實(shí)用性也強(qiáng)。
支持UDP,TCP協(xié)議，支持單播/廣播，集成TCP服務(wù)器和客戶端。
支持ASCII/Hex發(fā)送,發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)可以在16進(jìn)制和AscII碼之間任意轉(zhuǎn)換。
可以自動(dòng)發(fā)送校驗(yàn)位，支持多種校驗(yàn)格式。

支持間隔發(fā)送，循環(huán)發(fā)送，批處理發(fā)送，輸入數(shù)據(jù)可以從外部文件導(dǎo)入。

是一款良好的網(wǎng)絡(luò)編程調(diào)試助手軟件?？沙洚?dāng)TCP/UDP協(xié)議的Server/Client，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)編程的分步調(diào)試具有極大幫助。本設(shè)計(jì)在調(diào)試時(shí)，利用了它TCPServer和TCPClient的功能。

1、測(cè)試服務(wù)器功能 見圖11

圖11測(cè)試服務(wù)器功能

首先，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssit作為客戶端，與TCP服務(wù)器程序建立連接，測(cè)試所編寫的服務(wù)器是否能夠正確的接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)。由圖10的調(diào)試結(jié)果可以看出，客戶機(jī)要發(fā)送的數(shù)據(jù)：“http://www.cmsoft.cn”正確傳輸?shù)搅朔?wù)器，即服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)。

2、測(cè)試客戶機(jī)功能 見圖12,圖13

圖12測(cè)試客戶機(jī)功能客戶端

圖13測(cè)試客戶機(jī)功能NetAssit端

首先，設(shè)計(jì)中為每個(gè)設(shè)備分配了一個(gè)獨(dú)有的id號(hào)，用以標(biāo)識(shí)每個(gè)設(shè)備。調(diào)試時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手當(dāng)做TCP/IP服務(wù)器和編寫的TCP客戶端程序建立網(wǎng)絡(luò)連接，用戶選擇需要查看的設(shè)備，如圖中選擇查看了“2號(hào)電壓耦合器”的設(shè)備，服務(wù)器則發(fā)送id號(hào)給服務(wù)器，服務(wù)器接收到id號(hào)后再將該id號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，客戶機(jī)接收到服務(wù)器傳遞過來(lái)的id號(hào)，并與自身的id比較，相等則表示客戶機(jī)程序發(fā)送，接收功能完整且正確。由上圖可以看出，客戶機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)。

3、本機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置見圖14

圖14本機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置

4、服務(wù)器、客戶機(jī)功能聯(lián)合調(diào)試（不修改參數(shù)）見圖15，圖16

圖15服務(wù)器、客戶機(jī)功能聯(lián)合調(diào)試服務(wù)器（不修改參數(shù)）

左下角系統(tǒng)時(shí)間刷新周期10s，表明數(shù)據(jù)的模擬周期為10s，聯(lián)調(diào)時(shí)，端口程序指定了為80。與服務(wù)器建立連接的客戶端的IP地址為：192.168.189.162。由圖12看出，客戶機(jī)向服務(wù)器請(qǐng)求了1號(hào)斷路器的數(shù)據(jù)，服務(wù)器將1號(hào)斷路器邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包“Temperature:51℃States:0”發(fā)送給客戶端。

圖16服務(wù)器、客戶機(jī)功能聯(lián)合調(diào)試客戶機(jī)（不修改參數(shù)）

客戶機(jī)、服務(wù)器聯(lián)調(diào)時(shí)，客戶機(jī)向服務(wù)器請(qǐng)求了1號(hào)斷路器的數(shù)據(jù)，由聊天記錄看出，客戶機(jī)也正確地接收到了服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)包“Temperature:51℃States:0”，并且將數(shù)據(jù)包的內(nèi)容提出出來(lái)顯示在文本框里。

5、服務(wù)器、客戶機(jī)功能聯(lián)合調(diào)試（修改設(shè)備參數(shù)）見圖17，圖18，圖19

圖17服務(wù)器、客戶機(jī)功能聯(lián)合調(diào)試客戶機(jī)（修改參數(shù)）

調(diào)試時(shí)，用戶選擇0號(hào)斷路器，服務(wù)器傳送過來(lái)的數(shù)據(jù)包為：Temperature:58℃States:1。用戶將狀態(tài)修改為0。

圖18服務(wù)器、客戶機(jī)功能聯(lián)合調(diào)試服務(wù)器（修改設(shè)備參數(shù)）

圖19修改后再次訪問

由圖18，用戶將0號(hào)斷路器的狀態(tài)參數(shù)States由1修改為0，服務(wù)器收到了客戶機(jī)向自己發(fā)送的數(shù)據(jù)包：0CHANGEDTemperature:58℃States:0。響應(yīng)該請(qǐng)求在數(shù)據(jù)庫(kù)中將0號(hào)斷路器的States參數(shù)修改為0。由圖19，修改參數(shù)后，再次訪問服務(wù)器，此時(shí)0號(hào)斷路器的States參數(shù)已經(jīng)變成0。說明修改成功。

結(jié)論

界面設(shè)計(jì)一直是我的硬傷，平時(shí)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言時(shí)絕大部分都是使用DOS窗口，選擇的這個(gè)課題也希望在大學(xué)最后的一段時(shí)間里解決自己存在疑問的地方。設(shè)計(jì)的主要目的不是界面，但對(duì)所有的應(yīng)用而言，人機(jī)界面卻又的確占去很多代碼。

目前電力自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較繁雜，為了實(shí)現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品、產(chǎn)品的不同部分能夠互通。要求一個(gè)基于MMS協(xié)議和國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括：模型建立、智能電子設(shè)備（IED）數(shù)據(jù)采集端、監(jiān)控客戶機(jī)和服務(wù)器四大部分。建立模型是將變電站內(nèi)部各設(shè)備各參數(shù)按照IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行命名及建模；智能設(shè)備（IED）數(shù)據(jù)采集；客戶端提供各設(shè)備的監(jiān)控界面，并根據(jù)用戶操作向服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)訪問；服務(wù)器端則提供響應(yīng)客戶機(jī)連接及數(shù)據(jù)訪問的請(qǐng)求，傳輸數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)能夠達(dá)到服務(wù)器和客戶終端界面友好，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率低，實(shí)時(shí)性較好的要求。最終能夠?qū)崿F(xiàn)客戶機(jī)對(duì)數(shù)字變電站內(nèi)部設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控。

利用VisualC++6.0開發(fā)的本設(shè)計(jì)能夠達(dá)到基于TCP/IP協(xié)議的MMS標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效地對(duì)智能變電站內(nèi)部智能電子設(shè)備（IED）的參數(shù)實(shí)施監(jiān)控及參數(shù)修改。且具有操作簡(jiǎn)單、界面友好、準(zhǔn)確率高、實(shí)時(shí)性效能好的幾大特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)之初期望的效果。

設(shè)計(jì)還存在的問題：

①設(shè)計(jì)假設(shè)數(shù)字變電站的配置文件問題已經(jīng)得到解決。因此，本設(shè)計(jì)并沒有考慮XML文件的系統(tǒng)配置；

②設(shè)計(jì)中缺少數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，當(dāng)智能電站內(nèi)部IED急劇增多的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)處理能力不足的情況；

③設(shè)計(jì)中只考慮了網(wǎng)絡(luò)正常的情況，忽略了網(wǎng)絡(luò)極度擁堵時(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題。

綜上所述，數(shù)字變電站是我國(guó)未來(lái)變電站發(fā)展方向和趨勢(shì)。雖然，目前國(guó)內(nèi)數(shù)字變電站技術(shù)相對(duì)國(guó)外還落后不少，但我們相信這只是暫時(shí)的。我們能夠發(fā)現(xiàn)問題，認(rèn)識(shí)到不足，同樣，經(jīng)過也能找到解決問題的方法，未來(lái)國(guó)內(nèi)變電站必將覆蓋發(fā)電、輸電、配電和售電等各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)行績(jī)效得到大幅提升。

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〖10〗袁曉潔MFC_SOCKET(PPT)

致謝

通過很長(zhǎng)時(shí)間的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已接近尾聲，作為一個(gè)應(yīng)屆本科畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師徐清源老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，讓我按時(shí)順利地完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。

在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)過程中，我遇到了許許多多的困難。在此我要再次感謝我的指導(dǎo)老師徐清源老師給我悉心的幫助和對(duì)我耐心而細(xì)致的指導(dǎo)，我的畢業(yè)論文較為復(fù)雜煩瑣，現(xiàn)成的材料和技術(shù)都比較稀少，所以工作量相對(duì)較大。但是徐清源老師仍然細(xì)心地糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。與不足。他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。正是由于他的悉心指導(dǎo)和建設(shè)性意見的提出，我才得以解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的種種問題。同時(shí)感謝我院即電子信息學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我們的教導(dǎo)和關(guān)注；感謝大學(xué)四年傳授我專業(yè)知識(shí)的所有老師。謝謝你們嘔心瀝血的教導(dǎo)。還有謝謝我周圍的同窗朋友，他們給了我無(wú)數(shù)的關(guān)心和鼓勵(lì)，也讓我的大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。他們?cè)谖以O(shè)計(jì)中給了我許多寶貴的意見和建議。同時(shí)也要感謝自己遇到困難的時(shí)候沒有一蹶不振，取而代之的是找到了最好的方法來(lái)解決問題。

畢業(yè)設(shè)計(jì)，幫助我總結(jié)大學(xué)四年收獲、認(rèn)清自我。同時(shí)，還幫助我改變一些處理事情時(shí)心急的習(xí)慣。從最開始時(shí)的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，再到著手開始進(jìn)行框圖確定，到程序編寫，再到程序調(diào)試。每一步都是環(huán)環(huán)相扣，銜接緊密，其中任何一個(gè)步驟產(chǎn)生遺漏或者疏忽，就會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的不便。

我的動(dòng)手能力和資料搜集能力在設(shè)計(jì)中也得到提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)中很多封裝類、類成員以及類方法都需要我們?nèi)ツ托牡夭殚哅SDN以確定在什么情況下使用，如何合理正確地使用它們。設(shè)計(jì)中程序的調(diào)試是一個(gè)工作量很大的任務(wù)，調(diào)試需要一顆不厭其煩的心，一顆安靜的心，通過這一兩個(gè)月的磨礪，我心急的毛病得到了改正。

提高我們的專業(yè)技能的同時(shí)，也在意志和品格上磨礪我們，我想這是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我最大的感觸。

附錄

附錄A符號(hào)說明

附錄B

IEEEIEC61850的關(guān)于數(shù)字變電站的模型

圖20IEC61850數(shù)字變電站模型

TCP建立連接的三次握手過程

圖21TCP三次握手連接

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