童 鐳 楊小磊 許武松 王 俊

（西南交通大學電氣工程學院，成都 610031）

1 引言

IEC61850標準是國際電工委員會制定的變電站自動化通信結(jié)構(gòu)體系的一個國際標準。它是為了方便變電站中各種IED的管理以及設(shè)備間的互聯(lián)而提出。IEC61850的特點是：①面向?qū)ο蠼?；②抽象通信服?wù)接口；③面向?qū)崟r的服務(wù)；④配置語言；⑤整個電力系統(tǒng)的統(tǒng)一建模。該標準極大地提高了變電站自動化水平，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平，節(jié)約了開發(fā)和維護的成本，實現(xiàn)了完全的互操作性。

而為了達到變電站內(nèi)各種裝置信息交換的目的，IEC61850標準通信協(xié)議采用了對IED（智能電子設(shè)備）統(tǒng)一建模的方法。因此，變電站內(nèi)的IED設(shè)備在實現(xiàn)IEC61850標準時，要做的工作之一是把本設(shè)備中的信息數(shù)據(jù)按照標準的要求，完成數(shù)據(jù)建模。本文所做的工作是以牽引變壓器保護裝置為列，依照IEC61850標準，對智能電子設(shè)備的建模過程和步驟進行了討論。

2 IED數(shù)據(jù)模型分析

邏輯節(jié)點（Logical Node,LN)是IED模型內(nèi)用于信息交換的最小功能單元。IEC61850把裝置所有的功能分解成邏輯節(jié)點，這些節(jié)點可以分布在一個或者多個物理裝置上。邏輯節(jié)點間以邏輯連接，用來進行邏輯節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換。而每個邏輯節(jié)點都包含有一組數(shù)據(jù)對象（Data Object，DO），數(shù)據(jù)對象是最小的信息單元。每個數(shù)據(jù)對象又包含一組特殊的數(shù)據(jù)屬性（Data Attribute，DA）。數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性的信息可以通過抽象服務(wù)進行交換。邏輯節(jié)點和一些邏輯節(jié)點之外的信息就構(gòu)成了邏輯設(shè)備（Logic Device,LD),一個或者多個的邏輯設(shè)備就構(gòu)成了IEC61850規(guī)定的服務(wù)器（server），而一個或者多個server就構(gòu)成一個IED。用戶通過抽象通訊服務(wù)接口（AbstractCommunication Service Interface,ASCI)訪問IED上的server，與IED進行信息交換。即采用的是客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

3 牽引變壓器保護裝置的功能分析

以傳統(tǒng)牽引變壓器保護裝置為列，分析一個IED的功能。可以將牽引變壓器保護裝置按功能分為變壓器主保護裝置、變壓器后備保護裝置、變壓器測控裝置等。以變壓器后備保護裝置為例，對其功能配備相應(yīng)的邏輯節(jié)點。變壓器后備保護具有：保護功能（高側(cè)A相過電流保護對應(yīng)邏輯節(jié)點PTOC1，高壓側(cè)B相過電流保護對應(yīng)邏輯節(jié)點PTOC2……）；測量功能（測量邏輯節(jié)點，計算高壓側(cè)三相電流、三相電壓對應(yīng)邏輯節(jié)點MMXU……)；開關(guān)功能（高壓側(cè)斷路器對應(yīng)邏輯節(jié)點XCBR1……）；傳感器功能（高壓側(cè)A相電流互感器對應(yīng)邏輯節(jié)點TCTR1）；遙信功能（開入對應(yīng)邏輯節(jié)點GGIO1）；自檢功能（開出對應(yīng)GGIO25）；其他功能（變壓器類型對應(yīng)GGIO52）。

4 牽引變壓器保護裝置數(shù)據(jù)建模的實現(xiàn)

4.1 服務(wù)器和邏輯設(shè)備建模

對牽引變壓器保護裝置功能分析完畢后就可以進行具體的數(shù)據(jù)建模了。首先將整個IED建模成一個server，它至少包含一個LD。除了邏輯設(shè)備外，服務(wù)器還包括由通信系統(tǒng)提供的其他一些公共的基本組成部件，如應(yīng)用關(guān)聯(lián)，時間同步，文件傳輸?shù)?。另外，服?wù)器還具有服務(wù)器訪問點屬性——它是地址的抽象，用于在底層的特殊通信服務(wù)（SCSM）標識服務(wù)器。根據(jù)牽引變壓器功能的不同可以將其分為三個LD，它們分別為：變壓器主保護裝置（LD1）、變壓器后備保護裝置（LD2）、變壓器測控裝置（LD3），如圖2所示。

圖2 服務(wù)器和邏輯設(shè)備建模圖

根據(jù)第3章所分析的IED的功能，對變壓器后備保護裝置進行具體的邏輯節(jié)點數(shù)據(jù)建模如表1所示。

表1 變壓器后備保護裝置邏輯節(jié)點建模數(shù)據(jù)表

其中一個邏輯設(shè)備至少包括3個邏輯節(jié)點：邏輯節(jié)點0（LLN0）；邏輯節(jié)點物理設(shè)備（LPHD）；功能邏輯節(jié)點。LLN0和LPHD都是惟一的，功能邏輯節(jié)點至少要有一個。邏輯節(jié)點內(nèi)的數(shù)據(jù)（Data）和數(shù)據(jù)屬性（Data-Attribute）可采用IEC61850標準定義的邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)屬性，只是根據(jù)實際需要，確定邏輯節(jié)點中可選數(shù)據(jù)屬性的取舍。如果標準的定義的數(shù)據(jù)不能滿足需要，就需依照IEC61850標準對兼容數(shù)據(jù)類擴展的規(guī)定，創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)。表1中每類邏輯節(jié)點只列舉了一個用以舉列說明，實際工程中每類邏輯節(jié)點還有很多，根據(jù)表1，具體邏輯節(jié)點建模舉列如圖3所示。

圖3 變壓器后備保護裝置邏輯節(jié)點建模圖

4.2 邏輯節(jié)點的建模

邏輯節(jié)點是一個具有交換數(shù)據(jù)功能的最小單位。結(jié)合本IED的需要，對變壓器后備保護裝置（LD2）下的保護邏輯節(jié)點PTOV（進線失壓）進行數(shù)據(jù)建模舉列如表2所示。

表2 邏輯節(jié)點PTOV建模數(shù)據(jù)表

在邏輯節(jié)點PTOV中包含8個數(shù)據(jù)，表2中M表示這個數(shù)據(jù)屬性是必選的，O表示可選。LNName表示的是邏輯節(jié)點名，LNRef為邏輯節(jié)點的唯一路徑。Mod說明了邏輯節(jié)點PTOV的工作模式，Beh表述邏輯節(jié)點POTV的性能，Health描述邏輯節(jié)點PTOCV相關(guān)的軟硬件狀態(tài)，NamePlt描述了邏輯節(jié)點PTOV的銘牌。Str和Op是邏輯節(jié)點的狀態(tài)信息。STrval和PoDITmms是邏輯節(jié)點的整定值信息。具體建模實列如圖4和圖5所示。

圖4 邏輯節(jié)點PTOV建模圖

圖5 邏輯節(jié)點PTOV建模圖

4.3 確定數(shù)據(jù)

對4.2節(jié)的8個數(shù)據(jù)要分別進行定義，如數(shù)據(jù)Op的類型是ACT（Protection Activation Information），Op定義如下表3所示。

DataName是數(shù)據(jù)名，DataRef是數(shù)據(jù)路徑。Presence屬性為BOOLEAN它有兩個參數(shù)：TURE和FALSE，當公共數(shù)據(jù)類型或邏輯節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)是必選（M)時，Presence為TURE，否則為FALSE。Op.General，Op.Q，Op.T，Op.D，都有不同的屬性用以描述數(shù)據(jù)。至此，從IED的服務(wù)器到數(shù)據(jù)屬性的建模過程都已經(jīng)完成。

4.4 模型的驗證

模型建立以后，需要使用XML-Schema對其進行描述。XML-Schema是一種特殊的XML文檔，它遵循XML的基本語法規(guī)則。IEC61850中的XML-Schema描述了變電站配置語言文檔的結(jié)構(gòu)，定義了文檔中標記的語法規(guī)則，嚴格規(guī)定了以它為標準的所有自描述文檔樹狀層次結(jié)構(gòu)的全部細節(jié)，包括數(shù)據(jù)對象的嵌套關(guān)系、數(shù)據(jù)屬性的約束條件、取值范圍等，并且能夠檢驗自描述文檔的正確性和有效性。因此，對于文中所設(shè)計的牽引變壓器保護裝置模型，可以根據(jù)XML-Schema進行定義。由于篇幅的原因具體的描述語言在此就不累述，僅對建立起的描述文件進行驗證，其中語法驗證如圖 6 所示。最后，還要對建立起的整個模型所具有的應(yīng)用功能進行驗證，看它是否符合IEC61850標準，功能驗證如圖 7所示。

圖6 對建立起的描述文件語法驗證圖

圖7 對建立起的模型應(yīng)用功能驗證圖

5 結(jié)論

基于IEC61850的IED數(shù)據(jù)建模的研究和實現(xiàn)具有重要的意義，是IEC61850標準用于應(yīng)用的核心內(nèi)容。本文通過對牽引變壓器保護實際建模，闡明了IED建模的步驟和方法，該方法具有一般性，對實際工程的建模具有很好的指導(dǎo)意義。我國的變電站自動化系統(tǒng)和IED具有一些特殊性，在實際的建模過程中不可避免的會遇到一些問題，對此還要繼續(xù)進行研究，提出切實可行的方案。

[1] IEC.IEC61850：Communication Networks and Systems in Substations[S].

[2] 陳麗華.基于IEC61850的變壓器保護IED的研究[D].西南交通大學碩士論文,2006.

[3] 廖澤友,孫莉,賀岺,劉偉.IED遵循IEC61850標準的數(shù)據(jù)建模[J].繼電器,2006,34(20)：40-43.

[4] 許振明,翟富昌,李紹滋.基于IEC61850標準的電力系統(tǒng)的兩種建模方式[J].繼電器,2008,36(6)：55-58.