Các dịch vụ đƣợc xác định bằng kỹ thuật mô hình đối tƣợng. Giao diện dịch vụ sử dụng phƣơng pháp mô h ình trừu tƣợng. Trừu tƣợng có nghĩa là định nghĩa tập trung trên sự mô tả những gì dịch vụ cung cấp. Các thông điệp (mã hóa) để đƣợc trao đổi giữa các thiết bị, đƣợc quy định cụ thể trong các bản đồ dịch vụ truyền thông.
ACSI (Dịch vụ giao tiếp truyền thông trừu tƣợng) xác đinh các dịch vụ tiện ích chung cho thiết bị trạm.
Hình 2. 18: Phƣơng pháp trao đổi thông tin ACSI
Nhóm một sử dụng mô hình Client/Server với các dịch vụ nhƣ điều khiển hoặc lấy giá trị dữ liệu. Nhóm hai bao gồm mô hình peer-to-peer với các dịch vụ GSE (ví dụ, truyền tốc độ cao và tin cậy dữ liệu giữa các IED bảo vệ, từ một IED đến nhiều IED khác) và với dịch vụ giá trị lấy mẫu cho truyền dẫn theo định kỳ.
42
Thực tế Client/Server có thể đƣợc kết nối bởi nhiều hệ thống trao đổi thông tin khác nhau. Phƣơng tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều sự ràng buộc về vị trí, cách sử dụng, nhƣ giới hạn về tốc độ bit, lớp liên kết dữ liệu độc quyền, hạn chế về thời gian sử dụng. Phƣơng tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều cấu hình khác nhau, nhƣ đơn điểm, đa điểm, hỗn hợp, theo phân cấp, WAN - to - LAN, thực hiện với nút trung gian nhƣ Router, Gateway, hoặc cơ sở dữ liệu tập trung.
2.6.2. Mô hình ảo.
ACSI cung cấp truy cập đến dữ liệu thực và các thiết bị thực thông qua một hình ảnh ảo nhƣ mô tả trong Hình 2.19. Một ảnh ảo đại diện cho dữ liệu thực của các thiết bị thực có thể nhìn thấy và có thể truy cập thông qua các dịch vụ ACSI. Một máy tính có thể yêu cầu dịch vụ. Ví dụ, lấy giá trị dữ liệu, hoặc có thể nhận đƣợc giá trị báo cáo từ bộ điều khiển một cách tự nhiên.
Hình 2. 19: Mô hình ảo 2.6.3. Cơ chế trao đổi thông tin cơ bản.
Việc sử dụng các mô hình sự kiện trạm biến áp (GSE) là khá quan trọng bởi vì mô hình này hỗ trợ việc thực hiện các ứng dụng thời gian thực. Hình 2.20 sau cho thấy một ứng dụng của mô hình GSE.
43
Hình 2. 20: Áp dụng cho mô hình GSE
Trong ví dụ trên có 5 LN, cơ chế hoạt động với tin nhắn GOOSE là nhƣ sau:
- Các LN (PDIS) “Bảo vệ khoảng cách” phát hiện lỗi, kết quả là có một quyết định đƣợc truyền đi. (1)
- Các LN (PTRC) “Bảo vệ điều hƣớng” một thông báo đƣợc truyền đi (áp dụng tin nhắn GOOSE), “máy cắt 0” (XCBR0) đã đƣợc cấu hình để nhận tin nhắn. Sau khi xử lý, thiết bị chuyển mạch mở máy cắt. (2)
- Thông tin (XCBR0.Pos.stVal) “máy cắt 0” thay đổi từ ON sang OFF. Trạng thái mới là ngay lập tức gửi một tin nhắn GOOSE với chỉ thị: “vị trí mới của Switch là open”. Ngoài ra, đƣa ra báo cáo có sự thay đổi trong mô hình. (3)- - Các LN (RREC) “Tự đóng lại” nhận đƣợc một tin nhắn GOOSE từ các
XCBR0 với giá trị <open>. Theo cấu hình, RREC quyết định đóng lại máy cắt và gửi tin nhắn GOOSE với giá trị <reclose>. (4)
44
- Máy cắt 0 (XCBR0) nhận đƣợc tin nhắn GOOSE có giá trị <reclose>. Sau khi xử lý, bộ chuyển mạch đóng máy cắt. Nếu XCBR gửi tin nhắn GOOSE khác <vị trí mới của switch= close>. (5)
Các ứng dụng của tin nhắn GOOSE có thể đơn giản nhƣ mô tả trong ví dụ. Nhƣng nó có thể đƣợc sử dụng phức tạp hơn trong các dự án trong trạm.
2.7. Điểm liên kết trao đổi thông tin giữa thiết bị vật lý và mô hình ứng dụng.
Thiết bị vật lý đƣợc đặt ở vị trí trung tâm của các thành phần.
Hình 2. 21: Cấu trúc thành phần của các hƣớng quan sát khác nhau
Tất cả các hƣớng “gặp nhau” tại Server. Mỗi hƣớng có một mối quan hệ đến các hƣớng khác bên trong thiết bị vật lý. Các hƣớng nhìn khác đƣợc trình bày ở đây để chỉ ra rằng có thể tính đến việc bổ sung vào IEC 61850 nhiều hƣớng khác khi thiết bị thực tế đƣợc triển khai. Trong đó Server là thành phần chính. Cần thiết phải phân biệt các hƣớng sau đây:
- Server đại diện, từ hƣớng mô hình dữ liệu ứng dụng cho đến mạng ngoài. - Server đại diện tất cả các hƣớng của mạng trao đổi thông tin và quá trình
vào/ra, cho đến ứng dụng của thiết bị vật lý.
45
- Server, SCSM và chức năng ứng dụng đƣợc ánh xạ đến nguồn của thiết bị vật lý.
Với các thiết bị thực, tất cả các hƣớng (ứng dụng, hƣớng nhìn, ánh xạ, mối quan hệ) phải đƣợc triển khai. Các thiết bị hợp chuẩn IEC 61850 làm cho hƣớng nhìn theo IEC 61850 có thể nhìn thấy đƣợc bởi bất cứ thiết bị nào nối vào mạng, nhằm tạo khả năng trao đổi lẫn nhau với các ứng dụng đang chạy trên các thiết bị này. Các thiết bị khác không đƣợc mô hình (nhƣ dịch vụ, thiết bị logic, nút logic, dữ liệu, thuộc tính dữ liệu, nhóm cài đặt, điều khiển báo cáo v.v…) sẽ không nhìn thấy từ mạng trao đổi thông tin.
2.8. Sơ đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực. 2.8.1. Giới thiệu. 2.8.1. Giới thiệu.
Về tổng quan thì IEC 61850 cho phép các thiết bị khác nhau có thể chia sẻ dữ liệu và dịch vụ, do đó các thiết bị phải chấp nhận các dạng dịch vụ và dữ liệu cụ thể sẽ đƣợc trao đổi. Đối với dịch vụ ánh xạ thông tin trừu tƣợng SCSM thì các đối tƣợng và thông tin sẽ truyền đến các lớp ứng dụng cụ thể. Các lớp ứng dụng này cung cấp việc mã hóa cụ thể. Phụ thuộc vào công nghệ của mạng trao đổi thông tin, các ánh xạ này có thể có những sự phức tạp khác nhau. Một ứng dụng có thể dùng một hoặc nhiều hơn một lớp.
46
Tóm lại mô hình ACSI mô tả đặc tính cơ bản cho việc định nghĩa mô hình thông tin đặc thù trong trạm biến áp với những chức năng sau:
- Truy cập dữ liệu thời gian thực và tìm kiếm thông tin cho ngƣời dùng. - Điều khiển thiết bị.
- Báo cáo và ghi nhận sự kiện. - Xuất bản và phát hành dữ liệu. - Tự mô tả thiết bị.
- Kiểu dữ liệu và tìm kiếm dữ liệu. - Truyền tập tin.
2.8.2. Mô hình ánh xạ MMS.
Mô hình chi tiết ánh xạ MMS đƣợc phác thảo trong hình sau:
Hình 2. 23: Ánh xạ chi tiết cho ánh xạ có một biến tên MMS
Từ thiết bị (K03), với LN đƣợc đặt tên là (Q0CSWI) đã mô tả các thuộc tính dữ liệu nhƣ: trạng thái, vị trí, . . . Thiết bị (K03) này đƣợc ánh xạ qua miền MMS để mô tả các thuộc tính của biến theo cấu trúc phân cấp, từ giá trị ST cho đến SV. Sau cùng nhằm thiết lập tên trong miền MMS nhƣ sau:
47
2.9. Mô hình lớp dữ liệu. 2.9.1. Tổng quan.
Hình 2. 24: Mô hình tóm tắt dữ liệu trong IEC 61850-7-x
Trong Hình 2.24 máy chủ đƣợc đặt tên là “abc” của lớp máy chủ. Tên của giá trị trạng thái “stVal” là: “xyz/myXCBR1.pos1.stVal”. Mỗi lớp đƣợc đặc trƣng bởi một số thuộc tính mô tả về chức năng. Mỗi cài đặt sử dụng của một lớp cùng một loại thuộc tính, nhƣng giá trị tùy vào thuộc tính. Các giá trị thuộc tính này đƣợc xác định bởi dịch vụ hay theo tiêu chuẩn, vì thế một sự thay đổi trong thiết bị có thể đƣợc mô hình hóa bởi một sự thay đổi trong một hoặc nhiều giá trị thuộc tính.
2.9.2. Áp dụng.
48
Hình 2. 25: Mô hình tên tham khảo trong tiêu chuẩn
Tên đối tƣợng xác định cài đặt của lớp học ở một cấp độ hệ thống (“Mod” ở cấp độ data level hoặc “Q0XCBR1” ở cấp độ LN). “Q0” là phần đầu và “1” là phần sau ghép với “XCBR”. Nối của tất cả các tên đối tƣợng tạo thành đối tƣợng tham khảo (Ví dụ, “MyLD/Q0XCBR1.Mode.stVal”).
2.10. Thiết lập tên.
Thông qua mô hình máy cắt ta có thể phân tích nhƣ sau: mô hình máy cắt đƣợc tiêu chuẩn hóa nhƣ là một LN với tên lớp XCBR. Máy cắt là một phần của
LD với tên SUBST2. Trong số các thuộc tính khác, máy cắt có thông tin xác định về vị trí đƣợc đặt tên Pos, ngoài ra thông tin về trạng thái đƣợc đặt tên stVal. Trạng thái giá trị StVal có 4 giá trị xác định cho các trạng thái của máy cắt thực.
Hình 2. 26: Mô hình định nghĩa tên của thiết bị máy cắt
2.11. Mô hình hoá thực hiện lớp Logical Nodes.
Để đáp ứng cho việc thực hiện đầy đủ các yêu cầu về tự động hoá, đặc biệt là phân phối với địa chỉ chức năng của thiết bị, tất cả các chức năng đƣợc phân chia
49
thành các nút (LN) có thể đƣợc đặt ở một hay trong nhiều thiết bị vật lý. Trong đó dữ liệu đƣợc truyền đi mà không cần phải tác động nhƣ thiết bị vật lý, những thông tin này đƣợc ghi nhận lại và hiển thị trên màn hình giám sát.
Trong tiêu chuẩn IEC 61850 tất cả các LN đƣợc tập hợp theo một nguyên tắc thống nhất.
- Có nhiều áp dụng chung nhất. - Có chung mô tả chức năng cơ bản. - Có một vài chức năng chung của thiết bị. - Các LN có mối quan hệ nào đó.
IEC 61850 tách các ứng dụng để thiết kế chúng độc lập với lý thuyết truyền thống vì vậy chúng có thể truyền thông trên nhiều giao thức truyền thông khác nhau. LN là các mô hình chức năng đơn giản của thiết bị thực. Các chức năng khác nhau nhƣ bảo vệ, điều khiển, và giám sát SAS đƣợc xây dựng bằng cách kết hợp nhiều đối tƣợng của các LN khác nhau.
Phần lớn các chức năng trong LN ít nhất là ba nút, các nút này có chức năng chính nhƣ giao diện quá trình LN và HMI (Human-Machine Interface). Lúc này LN nhƣ ngƣời giám sát. Nếu không có quá trình xảy ra trên đƣờng truyền, LNs đƣợc điều khiển từ xa qua giao diện quá trình đƣợc phân bố bởi một thiết bị vật lý khác. Ba nút (IHMI: giao diện điều hành, P: bảo vệ, XCBR: cắt ngắt mạch ở đầu cực) ở tại 3 thiết bị vật lý (máy tính trạm, thiết bị bảo vệ và giao diện điều khiển từ xa).
50
Mỗi một LN có thể xem nhƣ một đối tƣợng với các đặc tính và khả năng vận hành đặc trƣng. Tất cả các đối tƣợng là một thực thể của một lớp, nó diễn đạt đặc tính và hành vi của đối tƣợng. Vì vậy mỗi đối tƣợng cần đƣợc định nghĩa mô hình lớp. Phần 7-2 quy định các định nghĩa tổng quát nhƣ mô hình lớp của LN.
Bảng 2. 1: Định nghĩa lớp Logical-Node (LN)
Trong đó lớp LN là tập hợp nhiều đặc tính, nó diễn đạt các đặc tính của đối tƣợng LN. Những đặc tính không chỉ gồm dữ liệu chứa thông tin yêu cầu bởi các chức năng cụ thể mà còn chứa các khối điều khiển đa dạng, các tập dữ liệu. Tất cả các đối tƣợng LN đƣợc tạo ra với khuôn mẫu nhƣ trên đƣợc gọi là “miền nút logic”- Domain Logical Nodes (DIN) và đƣợc chia làm 13 nhóm Logical Nodes Group.
Thực tế trong tiêu chuẩn IEC 61850, các mô hình đối tƣợng và dịch vụ đều đƣợc ánh xạ lên các ngăn xếp truyền thông thực nhƣ MMS nhằm cung cấp các mô hình dữ liệu và dịch vụ.
Dịch vụ GetLogicalNodedirectory:
Khách hàng sử dụng dịch vụ GetLogicalNodeDirectory để lấy các danh sách ObjectRerences cho tất cả các đối tƣợng chứa bên trong LN. Các thông số đầu vào/đầu ra (input/output) cho dịch vụ đƣợc chỉ ra ở bảng dƣới.
Input Parameter Output Parameter (If operation successful)
Output Parameter
(If operation successful)
LNReference InstanceName[0…n]
Response+ ACSIClass
51
Dịch vụ GetLogicalNodeDirectory bắt đầu bằng kê khai và khởi tạo các biến cục bộ sử dụng trong suốt chƣơng trình.
- Tham số LNReference phải có các LNRef ObjectReference của nút logical. - Tham sốACSIClass phải có các mô hình lớpACSI để chọn ObjectReferences
cho tất cả các mô hình lớp.
- Response+: Dịch vụ đƣa ra dấu hiệu quá trình thực hiện thành công có nghĩa là tham số thiết lập tên phải có một tên đối tƣợng cho một mô hình lớp ACSI đƣợc yêu cầu. Trong trƣờng hợp tham chiếu LN không chứa lớp ACSI theo yêu cầu, server sẽ chỉ ra rằng không có mô hình lớp ACSI tồn tại trong LN này.
Dịch vụ GetAllDataValues:
Khách hàng sử dụng dịch vụ GetAllDataValues để tìm kiếm giá trị thuộc tính dữ liệu (DataAttribute Values) của tất cả dữ liệu bên trong LN. Bảng chỉ ra các thông số đầu vào và đầu ra của dịch vụ này.
Input Parameter Output Parameter (If operation successful)
Output Parameter (If operation successful)
LNReference LNReference Response+
FunctionalConstrain[0…1] DataAttributeReference[1…n] DataAttributeValue[1…n] Response+
Bảng 2. 3: Thông số của dịch vụ GetAllDataValues
Bảng tham số khai báo biến cục bộ và các tham số LNReference đƣợc xácđịnh tƣơng tự nhƣ dịch vụ GetLogicalNodeDirectory. Khi xác định đƣợc LN và LD, dịch vụ sẽ truy tìm các thuộc tính dữ liệu trong các thành phần dữ liệu (Data member) của các LN mục tiêu và lọc ra một thuộc tính có giá trị FC liên kết với giá trị FC cần tìm trong yêu cầu của khách hàng. ObjectReference và giá trị thuộc tính dữ liệu lọc ra đó đƣợc copy đến thông số hồi trả.
52
2.12. Thực hiện mô hình dữ liệu (Data) và đặc tính dữ liệu (Data Attributes) 2.12.1.Data: 2.12.1.Data:
Dữ liệu (Data) và LN là các khái niệm quan trọng nhất dùng để miêu tả các chức năng của hệ thống SA. LN chứa các dữ liệu đại diện cho việc trao đổi thông tin ứng dụng cụ thể. Mỗi LN xây dựng một chức năng của một XCBR ví dụ nhƣ Hình 2.28 sau. Trong tiêu chuẩn IEC 61850-7-4 định nghĩa tất cả 500 lớp dữ liệu (Data Classes) thƣờng đƣợc gọi là Compatible Data Classes (CDCs).
Hình 2. 28: Lớp dữ liệu của XCBR LN
Dữ liệu ngoài đại diện cho các thông tin cụ thể, nó còn xây dựng cơ sở trao đổi thông tin qua liên kết mạng với môi trƣờng thông qua các dịch vụ. Điều này đƣợc mô tả trong Hình 2.29 cho thấy các dịch vụ hoạt động trên dữ liệu. Một số dịch vụ trong HV.2.29 là dịch vụ gán lớp dữ liệu còn các dịch vụ khác là dịch vụ của mô hình ACSI hoạt động trên dữ liệu.
- Control service: đƣợc dùng để nhóm dữ liệu vào trong các tập tin dữ liệu cho mụcđích báo cáo và ghi chép sự kiện.
53
- Substitution service: đƣợc dùng để thay thế các giá trị của đặc tính dữ liệu (DataAttribute) chứa trong Data.
- Get/Set và Dir/Definition là dịch vụ gán lớp dữ liệu sử dụng cho mục đíchđọc/ghi giá trị dữ liệu và thƣ mục truy hồi/định nghĩa thông tin của đối tƣợng dữ liệu cụ thể.
Hình 2. 29: Dịch vụ hoạt động trên dữ liệu
2.12.2.Mô hình dữ liệu và đặc tính dữ liệu
Lớp dữ liệu đại diện cho thông tin có ý nghĩa của các ứng dụng nằm trong các thiết bị tự động. Hình 2.30 chỉ ra khái niệm mô hình lớp của lớp dữ liệu. Lớp dữ liệu bao gồm các đặc tính DataName, DataRef và Presence. Đặc tính DataName định nghĩa InstanceName của đối tƣợng dữ liệu khi đó đặc tính DataRef là đƣờng dẫn tên duy nhất của đối tƣợng dữ liệu. Lớp dữ liệu cũng đƣợc hợp thành từ Simple Common Data Classes (SimpleCDCs), Composite Common Data Classes (CompositeCDCs) và DataAttribute đƣợc mô tả trong hình vẽ. Mỗi dữ liệu đƣợc cấu thành từ 0 hoặc nhiều các đối tƣợng CompositeCDCs, SimpleCDCs, DataAttribute, nhƣng ít nhất phải có 1 trong 3 thành phần trên.
54
Hình 2. 30: Khái niệm mô hình dữ liệu
Mối quan hệ giữa CompositeCDCs và Data thì khá phức tạp. Mỗi CompositeCDCs là một nhánh riêng của lớp Data. Có nghĩa CompositeCDCs chứa nhiều phần tử riêng trong khi Data chứa các phần tử tổng quát với các thông tin bổ sung, SimpleCDCs là một loại CommonData (lớp phụ của Data). Mối quan hệ với lớp phụ đƣợc thể hiện bởi mũi tên tam giác rỗng.
2.13. Mô hình hoá và thực hiện các Logical Devices:
Đối với mục đích truyền thông (ngoài Logical node) đã đƣợc giới thiệu các khái niệm về logical device. Logical device chủ yếu là các logical node và các dịch vụ bổ sung (ví dụ nhƣ Goose, sampled value, setting groups) nhƣ minh hoạ trong hình