IEC 61850规范为数字化变电站奠定了规范化根底，变电站主动化体系最首要的功用是完结设备的自我维护。国内探究运用IEC 61850时却并没有首先从维护设备下手，首要是考虑到维护功用的杂乱性、多样性以及装备的灵敏性，使得对彻底契合IEC 61850的维护功用的建模具有必定的难度。
规范的互操作及功用自在散布特性要求变电站主动化体系中的不同智能电子设备（IED）间能更灵敏地协同。本文在深化研讨IEC 61850规范对维护功用建模的根底上，针对国内维护设备开展和运用的现状，提出一种合适国内电网结构及运转办法的数字化变电站过渡计划，并给出了依据该计划的距离层维护体系规划办法。
1 数字化变电站过渡计划
就现在而言，选用智能化的一次设备（如电子式互感器及智能化开关等）、网络化的二次设备，以及契合IEC 61850通讯规范、主动化的运转办理体系，是数字化变电站首要技能特征。图1为数字化变电站体系结构。
图1 数字化变电站体系结构
鉴于我国对IEC 61850规范的研讨和实践还处于探究阶段，国内电子式互感器技能的成熟度尚待查核，变电站进程层和距离层的IEC61850完结应分进程渐进施行。针对该状况，提出一种现阶段的数字化变电站体系过渡计划，如图2所示。
图2 数字化变电站体系过渡计划
该计划中的进程层一方面选用ECT/EPT和智能开关，模仿量收集和开关量操控完结彻底数字化，完结电力运转的实时电气量检测、运转设备状况参数在线监测与核算、操作操控的履行与驱动；另一方面也支撑传统一次设备下硬接线方法，选用衔接导线接入惯例互感器和开关。兼并单元汇总本距离的实时数据信息并以多播办法经由进程总线传送距离层维护设备，使距离层完结对一次设备的维护操控功用，对数据收集、核算运算及操控指令的宣布进行优先级操控，别的也可在传统方法下通过采样板取得惯例互感器和开关的数据。变电站层选用契合IEC 61850规范的数字化变电站站控层体系，为散布式体系规划。考虑到61850设备的网络接入才能，后台选用C/S方法，作业站需从主服务器取数据。
该计划在传统变电站两层结构的根底上完结了距离层和变电站层的数字化。传统维护设备中的数据收集部分包含模仿量（电流、电压）数据转化，开入量（如断路器方位、阻隔刀闸辅佐接点）读取等，但要选用数据映射的办法接入：A/D转化模块映射成IEC 61850进程层数字式传感器的一部分;开关量输出模块映射成IEC 61850进程层数字式履行器的一部分;开关量输入模块映射成IEC 61850进程层数字式断路器的一部分;完结滤波、核算、逻辑和操控功用的主控模块映射成IEC 61850距离层的维护操控设备。
采纳这种映射办法，维护设备能够在接纳通道模仿量的一起直接接纳数字量。也就是说，设备能够很好地完结IEC 61850体系中进程层和距离层功用，也能够统筹现有的体系，然后完结了惯例设备和依据IEC 61850的二次设备之间杰出的并存和过渡。
2 距离层维护设备的硬件规划
2.1 硬件结构
考虑到以上映射办法，距离层维护设备应由模仿量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、主操控器、液晶显现、电源模块等多块板卡组成。各个模块以插件的方法安装在主板上，能够依据用户的需求自在增减。其硬件结构示意图如图3所示。
依据硬件结构图，PowerPC渠道别离和上位机、FPGA的双口RAM和ARM7五颜六色液晶等有通讯衔接以及数据交互。
2.2 硬件功用
主控板选用了PowerPC 8247处理器，运用其强壮的运算处理才能，在VxWorks渠道上完结了装备信息的解析、数据映射、渠道维护、数据通讯等功用。外接SST39VF040的BIOS芯片，用于存储Bootrom程序。32 MB的Flash/ROM用于存储Vxworks程序、驱动程序、装备文件信息、存储数据等。32 MB×4的RAM用于存储体系及运用运转程序，实时调用装备信息、实时数据等。100M全双工以太网口用于实时通讯，RS232用于衔接打印机，RS485用于衔接液晶显现板。
图3 距离层维护设备硬件结构示意图
传统的继电维护一般选用单片机线性程序，即前后台体系开发办法。运用程序由后台运转，一般是一个无限循环，循环中调用相应的函数 （或子程序）完结相应的操作（称为后台行为或使命级），用中止来处理随机事情 （称为前台行为或中止级）。在实践运用中，各种前台行为的履行频率是不一致的，如输入采样频率或许要求很高，而键盘扫描则要少得多，在体系杂乱的状况下就或许导致某些使命得不到及时履行。别的，程序一旦树立，各种前台行为的履行即已固定。如需在运转时动态地改动履行结构，程序则需求别的增加许多条件判别或分支搬运，增加了程序的杂乱性、可读性以及维护难度。所以在规划契合IEC 61850的维护软件时，有必要引进嵌入式实时操作体系（RTOS）。
本文选用的RTOS为VxWorks操作体系，它具有杰出的持续开展才能、高性能的内核以及友爱的用户开发环境，因其杰出的牢靠性和杰出的实时性而被广泛地运用在通讯、军事、航空、航天等高精尖技能及实时性要求极高的领域中。和其他操作体系比较，VxWorks的健壮性、实时性、组件的丰富性无疑非常合适本项意图开发，运用实践也证明了这一点。本节介绍依据VxWorks的维护设备体系渠道规划。
3.1 体系模块区分
PowerPC软件模块结构如图4所示。
图4 PowerPC软件模块结构
底层驱动模块：完结CAN总线、RS232、以太网的驱动。接口调用收发数据。
设备自检模块：检测设备的刺进板、开关量板和模仿量板是否刺进，由FPGA检测后按双口RAM的榜首个字判别，低8位表明开关量板，高8位表明模仿量板。
装备信息下载及存储分区：将存储空间合理分区，接纳和存储不同的装备信息以及转发装备信息（界面ARM7）。分配存储数据（定值、事情、录波）的存储地址空间（Flash）。
装备信息的解析模块：创立一切的装备信息实体，读取相应装备信息（来自装备文件）为运用程序供给实时调用接口。
数据映射模块：依据数据映射信息将装备信息和实践运转数据联系起来，构成完好的数据信息结构，供运用程序实时调用。映射存储数据（定值、事情、录波）的存储地址（Flash）。数据映射模块中包含了许多的音讯行列（运用VxWorks办理音讯行列），然后完结了维护逻辑和其他通讯渠道的交互。
装备信息解析模块：将一切接纳到的装备信息分类存储，并将需求的装备信息传送给各个芯片。
维护逻辑渠道：包含模仿量的收集、维护装备的解析、维护元件的运转、开关量逻辑、录波模块、事情发生模块等。
61850和MMS通讯模块：运转61850服务，解析节点的装备信息，按映射规范回来映射数据以及装备信息。
通讯协议封装模块：运转通讯协议程序（除61850通讯之外的协议，如公司协议），依据不同物理衔接和驱动对外衔接通讯。
依据体系结构和模块层次，能够看出维护体系具有如下功用：数据收集功用、网络通讯功用、维护渠道功用、维护动作功用、录波功用、调试功用、人机接口功用、计量功用和自检功用。
3.2 实时使命优先级规划
依据设备功用规划了体系实时使命，其中有操控逻辑使命、维护逻辑使命、通讯使命、数据收集使命、打印使命等。
操控逻辑使命tControlLogic是维护设备的终究意图，担任依据监控成果作出维护动作。一旦被触发，将当即履行，直接宣布信号或跳合断路器。因而给它分配最高运用使命优先级100。它有3种触发办法：维护逻辑使命宣布的信号量、通讯指令或键盘操作。
维护逻辑使命tProtectLogic是维护设备的基本功用，也是操控逻辑的触发源之一，占有第二优先级105。它由数据收集使命触发，随后进行一次核算判别进程，并依据判别成果对开关量输出和显现等其他使命宣布触发信号量。
通讯是微机维护设备非常重要的使命，关于无人值守变电站，它是监控人员获取电网运转信息的仅有途径。依据其重要性和对实时性的要求，应设为较高优先级以确保其响应速度。VxWorks供给规范网络套接字（socket）接口，网络编程非常便利。在深化了解规约通讯流程的根底上，规划了两个使命进行通讯办理：tServe（优先级为110）担任侦听（1isten）、承受（accept）、维护socket衔接，对通讯状况进行实时监控，确保远方通讯的牢靠性;tProcess（优先级为111）担任接纳、解析、处理、回复报文，依据指令条目进行相应操作，完结遥测、遥信、遥控、遥调、定值呼唤、毛病录波呼唤等功用。
数据收集映射的实时性是维护及时动作的保证，因而也有必要具有较高的优先级。创立使命tDataMap（优先级为112）从双口RAM中收集数据并结合装备信息进行数据映射，完结数据的分类辨认、转存、开释信号量、发动其他使命等作业。
人机交互使命tHMInteraction的优先级次于通讯使命和数据收集映射使命，定为120。它有3种触发源：当维护动作时，由维护使命触发而弹出动作信息；键盘操作触发，检查和修正设备参数;守时触发，每隔一个固守时刻履行一次。
毛病录波功用要求录波牢靠、不遗失、不错录，关于实时性要求并不高，界说其优先级为140，比大部分使命的优先级都低。数据收集使命取得实时值后将报文转存毛病录波使命tRecord缓冲区，一起开释信号量发动该使命，tRcord使命选用突变量等判据决议是否发动录波。毛病录波使命初始化时需求树立较大的循环缓冲区用于寄存实时数据。应依据体系内存的运用状况恰当装备该缓冲区的巨细。波形文件以COMTRADE格局保存于本地Flash文件体系中，空闲时供后台召取。
自检是微机维护设备的必备功用，CPU空闲时应该循环检测设备各部分是否运转正常。实践上，设备许多功用都需求循环履行，如看门狗维护、电表读取、设备对时等。所以创立一个循环履行使命，由它建议自检使命，自检完结后主动完毕。
打印使命优先级最低，当需求打印时由键盘触发。
其他部分功用履行时刻很短，不影响使命运转，故以函数调用方法完结，无需创立使命履行。
3.3 使命间通讯
各个使命间的通讯首要发生在维护渠道使命和61850服务、出产设备公司的协议、打印使命间;装备信息接纳使命相关于其他使命独立，没有需求交互的数据。使命间的通讯和数据交互有2种途径：同享数据区和音讯行列。
3.3.1 同享数据区
依据不同的数据类型区分各自的同享数据区，例如模仿量数据区、开关量数据区、矢量数据区等。每个同享数据区都分为收集区、GOOSE数据区、6185091数据区、61850 92数据区4个部分。
维护渠道向收集区存储该设备收集到的模仿或开关型数据信息。从GOOSE数据区、61850 91数据区、61850 92数据区获取其他设备传来的数据信息。
GOOSE通讯模块将收集区的信息通过GOOSE协议传送给其他设备，将接纳到的GOOSE数据存储到GOOSE区。
61850 91通讯模块将收集区的信息通过61850 91协议传送给其他设备，将接纳到的91类型数据存储到61850 91区。
61850 92通讯模块将收集区的信息通过61850 92协议传送给其他网络，将接纳到的92类型数据存储到61850 92区。
3.3.2音讯行列
依据使命间的通讯要求，共界说了4个音讯行列：事情行列、录波行列、操作行列、打印行列。事情行列和录波行列是维护渠道向行列中发送音讯，61850服务、设备公司协议则从此类行列中获取音讯；操控行列的数据流向则相反，61850服务、设备公司协议向行列中发送音讯，维护渠道则从行列中获取音讯;打印行列是维护渠道和公司协议向行列中发送音讯，打印使命则从行列中获取音讯。
结语
智能电网的提出必定要促进数字化变电站的快速开展和完结，在这个进程中，IEC 61850规范将在变电站的各个层面逐渐全面完结。本文中高牢靠、高安稳、强实时性的杰出的软件规划和契合国内开展现状的硬件规划，为传统变电站与数字化变电站之间的顺畅过渡，推动产品编程开发手法的灵敏性、规范化，以及进步产品互换性供给了一种解决计划。通过实践测验，设备产品满意运转要求，且在进一步测验和优化跋文投入市场。
