常 青，丁 亮

(潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦，山西長(zhǎng)治046205)

基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的站用一體化電源IED信息建模方法研究

常 青*，丁 亮

(潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦，山西長(zhǎng)治046205)

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為公認(rèn)的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)，而站用一體化電源在近年也在國(guó)內(nèi)興起。研究提出了基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)下的一體化電源智能電子設(shè)備IED的建模方法，闡述了提出的智能電子設(shè)備IED的建模方法和過(guò)程，介紹了此方法在江西宜春某變電站的一體化電源工程的應(yīng)用實(shí)例，總結(jié)了一體化電源IED建模過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。

IEC61850;一體化電源;智能電子設(shè)備;IED信息建模

IEC 61850是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，代表著變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展方向。它強(qiáng)調(diào)通信網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性和設(shè)備的互操作性，其根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)變電站系統(tǒng)內(nèi)所有智能電子設(shè)備的互操作和無(wú)縫集成，使智能電子設(shè)備可以即插即用，最終實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、一種技術(shù)”。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)指出，信息模型和信息建模是該標(biāo)準(zhǔn)的核心，設(shè)備互操作性的實(shí)現(xiàn)是建立在結(jié)構(gòu)良好的信息模型的基礎(chǔ)之上［1-4］。

目前，IEC 61850已經(jīng)在國(guó)內(nèi)被廣泛認(rèn)可，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化生產(chǎn)廠家也已經(jīng)從理論研究階段進(jìn)入實(shí)際的工程應(yīng)用階段，這就要求變電站內(nèi)部的智能電子設(shè)備要滿足IEC 61850的通信功能要求［5-7］。

同時(shí)，我國(guó)變電站自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，數(shù)字化變電站的應(yīng)用技術(shù)也成為了研究熱點(diǎn)，但是對(duì)于變電站用電源技術(shù)的研究卻相對(duì)滯后。站用智能一體化電源也是近幾年來(lái)興起的新型結(jié)構(gòu)的變電站站用電源系統(tǒng)，它將以往的多套變電站用電源設(shè)備整合集成為一套一體化電源設(shè)備，統(tǒng)一設(shè)計(jì)配置，統(tǒng)一監(jiān)控管理，統(tǒng)一檢修維護(hù)，降低了設(shè)備成本，提高了設(shè)備可靠性，且縮小了安裝面積，提高了變電站內(nèi)的工作效率［8］。

本文在分析闡述了IEC 61850信息建模的方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合江西宜春某變電站站用一體化電源工程實(shí)例，對(duì)站用一體化電源進(jìn)行了基于IEC 61850的實(shí)例信息建模。

1 基于IEC 61850的信息建模方法

信息模型及其建模方法是IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)的核心。信息模型是實(shí)現(xiàn)變電站功能或特定功能的IED相關(guān)信息，IEC 61850的信息交換機(jī)制主要依賴定義準(zhǔn)確的信息模型來(lái)實(shí)現(xiàn)IED設(shè)備間的互操作［7］。

1.1 IED信息模型的結(jié)構(gòu)

IEC 61850.7中定義了關(guān)于變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)，對(duì)信息模型、ACSI、CDC以及兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類等進(jìn)行了著重描述。通過(guò)分析研究我們可以得出IED信息模型的結(jié)構(gòu)可以分為3層:

(1)抽象通信服務(wù)接口ACSI。IEC 61850.72中對(duì)ACSI進(jìn)行了描述，以抽象的角度給出了IED信息模型中包含的數(shù)據(jù)模型和對(duì)應(yīng)的訪問(wèn)服務(wù)，既包括基本的讀寫服務(wù)，也包括取代、報(bào)告和日志控制塊、采樣值傳輸以及控制和時(shí)間同步等服務(wù)。需要指出的是，ACSI并未規(guī)定具體的通信服務(wù)實(shí)現(xiàn)的方法以及何種對(duì)象中應(yīng)當(dāng)包含什么數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)ACSI與具體的通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)變化時(shí)，變更相應(yīng)的SCSM (在IEC 61850.8和IEC 61850.9中定義)即可。

(2)公共數(shù)據(jù)類CDC。IEC 61850.73中共定義了29大類與變電站各種功能相關(guān)的CDC，CDC也是結(jié)構(gòu)化的信息模型，包含若干屬性。CDC是IED信息模型中數(shù)據(jù)信息的載體，在實(shí)際工程建模中可以根據(jù)實(shí)際設(shè)備的功能需要使用這些數(shù)據(jù)及其屬性構(gòu)成邏輯節(jié)點(diǎn)。

(3)兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類與數(shù)據(jù)類。IEC 61850.74中給出了基本涵蓋變電站所有功能的兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類，共約90多種。對(duì)兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類包含的數(shù)據(jù)屬性及其語(yǔ)義均也做了描述，這些兼容的邏輯節(jié)點(diǎn)類是可以根據(jù)實(shí)際功能需要進(jìn)行實(shí)例化，構(gòu)成IED信息模型的最小功能載體邏輯節(jié)點(diǎn)。

1.2 分解和組合的信息建模思想

(1)智能電子設(shè)備的功能分析與分解。智能電子設(shè)備功能的分析和分解就是要根據(jù)具體設(shè)備的功能需要，同時(shí)結(jié)合IEC 61850定義的代表一系列功能的邏輯節(jié)點(diǎn)類，將智能設(shè)備的功能進(jìn)行抽象、分解成為IEC 61850中最小的功能單位—邏輯節(jié)點(diǎn)。邏輯節(jié)點(diǎn)中具有相應(yīng)的特定數(shù)據(jù)屬性和數(shù)據(jù)對(duì)象，其表示的信息可以通過(guò)IEC 61850的通信服務(wù)完成交換，而這些邏輯節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要存在于一個(gè)或多個(gè)物理設(shè)備中［48-55］。

將智能電子設(shè)備的內(nèi)部功能分解為代表這些功能的邏輯節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)功能的自由分布與分配，將傳統(tǒng)的設(shè)備之間的通信變成邏輯節(jié)點(diǎn)之間的通信，更好地滿足了通信的需求，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)IEC 61850的目標(biāo)是十分重要的。

(2)逐級(jí)組合構(gòu)成IED信息模型。由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成數(shù)據(jù)對(duì)象，數(shù)據(jù)對(duì)象組成邏輯節(jié)點(diǎn)，根據(jù)物理和功能聯(lián)系將邏輯節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的通信服務(wù)組成邏輯設(shè)備，邏輯設(shè)備組合構(gòu)成IED信息模型。

對(duì)智能電子設(shè)備內(nèi)部功能的分析與分解的過(guò)程就是確定、產(chǎn)生邏輯節(jié)點(diǎn)以及滿足相應(yīng)功能需要的數(shù)據(jù)對(duì)象的過(guò)程，而逐級(jí)組合數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)對(duì)象、邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯設(shè)備以及通信服務(wù)的過(guò)程就是構(gòu)建產(chǎn)生IED信息模型的過(guò)程。圖1以站用一體化電源為例，給出了建模中分解和組合的信息建模思想。

圖1 分解和組合過(guò)程示意圖

2 江西宜春某變電站站用一體化電源IED信息建模工程實(shí)例

本節(jié)根據(jù)上述IED信息建模方法，結(jié)合站用一體化電源的具體功能需要，對(duì)一體化電源進(jìn)行IED信息建模。

本文所述的站用一體化電源處于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)功能分層結(jié)構(gòu)中的間隔層，摒棄傳統(tǒng)各自獨(dú)立的站用電源設(shè)備，將交流電源、直流操作電源、UPS電源、通信電源整合為一整套電源設(shè)備，由總監(jiān)控裝置統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控管理，共享直流電源的蓄電池組。其通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2 一體化電源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.1 站用一體化電源系統(tǒng)功能分析分解

下面我們對(duì)江西宜春某變電站的站用一體化電源進(jìn)行功能的分析分解，由于一體化電源所包含的各類監(jiān)控較多，我們僅以其交流電源部分為例。

交流電源部分的主要作用是將電能進(jìn)行合理分配，包含兩路進(jìn)線，通過(guò)自動(dòng)切換裝置ATSE來(lái)實(shí)現(xiàn)交流進(jìn)線的切換，接入交流母線，通過(guò)交流饋出線路分配電能。

交流電源部分功能可分解為:①交流進(jìn)線狀態(tài)檢測(cè) 該功能主要是根據(jù)交流輸入電壓和進(jìn)線開(kāi)關(guān)狀態(tài)判定交流進(jìn)線的可用性，該功能主要與交流輸入電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)(如防雷器故障)等信號(hào)有關(guān);②交流自動(dòng)切換 該功能主要是根據(jù)交流進(jìn)線狀態(tài)檢測(cè)來(lái)控制切換交流輸入，并且可以發(fā)出交流進(jìn)線切換裝置(ATSE)的位置信號(hào);③交流母線狀態(tài)檢測(cè) 交流母線是交流自動(dòng)切換裝置的輸出側(cè)，該部分功能主要與交流母線的三相電壓、三相電流以及報(bào)警信號(hào)(如過(guò)壓、欠壓)等信號(hào)有關(guān);④交流饋線開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè) 該功能主要是檢測(cè)各個(gè)饋線開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，可以控制饋線開(kāi)關(guān)的分合，檢測(cè)開(kāi)關(guān)位置以及故障報(bào)警等。

圖3 江西宜春某站交流電源部分功能分解圖

2.2 定義數(shù)據(jù)類型模板

數(shù)據(jù)類型模板 DataTypeTemplates中包括DOType、DAType和EnumType。邏輯節(jié)點(diǎn)類型LNode-Type是一個(gè)可實(shí)例化的邏輯節(jié)點(diǎn)模板，構(gòu)建智能電子設(shè)備信息模型的過(guò)程中可以根據(jù)功能需要進(jìn)行實(shí)例化，它是由數(shù)據(jù)對(duì)象DO元素組成。數(shù)據(jù)對(duì)象從IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中定義的公共數(shù)據(jù)類CDC中派生，它可以由已定義好DOType即SDO元素，或數(shù)據(jù)屬性DA組成。數(shù)據(jù)屬性DA則包含一個(gè)EnumType或功能約束，由BDA元素組成。

定義數(shù)據(jù)類型模板的基本過(guò)程是從上到下，根據(jù)功能需要來(lái)一步步細(xì)化和確定，即是首先根據(jù)智能電子設(shè)備的功能需要，定義出需要的邏輯節(jié)點(diǎn)類型，根據(jù)邏輯節(jié)點(diǎn)中對(duì)于數(shù)據(jù)對(duì)象的需要，在下一層的DOType中定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象類型，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)象中對(duì)于數(shù)據(jù)屬性的需要，在下一層中定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)屬性類型，而枚舉類型則是根據(jù)DO和DA的需要來(lái)建立，在其值為bType或Enum時(shí)被DA和BDA元素的type屬性使用。需要注意的是，雖然構(gòu)建數(shù)據(jù)類型模板的過(guò)程是從上到下，但是從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)類型模板卻是按照從下到上、由底層向上層逐級(jí)建立的，即是由數(shù)據(jù)屬性合成數(shù)據(jù)對(duì)象，由數(shù)據(jù)對(duì)象合成邏輯節(jié)點(diǎn)。

我們以江西宜春某站的一體化電源中交流進(jìn)線測(cè)量功能為例，給出數(shù)據(jù)類型模板的建模過(guò)程，其他相關(guān)功能的數(shù)據(jù)類型模板建模過(guò)程與此相似。

IEC 61850中定義了與測(cè)量功能相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)類MMXU，因此一體化電源的交流進(jìn)線測(cè)量邏輯節(jié)點(diǎn)類型應(yīng)當(dāng)繼承MMXU類的屬性，MMXU類包含4個(gè)必選數(shù)據(jù)模式Mod、性能Beh、健康狀況Health和名牌NamPlt，除此之外MMXU類還包含若干與測(cè)量相關(guān)的可選數(shù)據(jù)，根據(jù)一體化電源系統(tǒng)中交流進(jìn)線測(cè)量功能的需要，選擇了頻率Hz、相電壓PhV、相電流A、總有功功率TotW和總功率因數(shù)TotPF，建模結(jié)果如圖4所示。

圖4 交流進(jìn)線測(cè)量邏輯節(jié)點(diǎn)類型建模結(jié)果

數(shù)據(jù)對(duì)象類型DOType標(biāo)識(shí)DO的內(nèi)容，每一個(gè)實(shí)例化的屬性都應(yīng)該在DOType定義中定義，它可以是數(shù)據(jù)屬性DA或?yàn)橐昧硗庖粋€(gè)DOType，即SDO元素。從圖5中我們可以看到數(shù)據(jù)對(duì)象電壓PhV和A所屬的Type類型為SZZ_WYE，下面給出對(duì)SZZ_WYE數(shù)據(jù)對(duì)象類型的建模過(guò)程。

在IEC 61850.73中定義了有關(guān)三相測(cè)量的共用數(shù)據(jù)類，即WYE，WYE的屬性中包含三相各自的測(cè)量值3個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，即PhA、PhB、PhC 3個(gè)SDO元素，其建模結(jié)果如圖5所示。

圖5 WYE數(shù)據(jù)對(duì)象類型建模結(jié)果

2.3 構(gòu)建邏輯設(shè)備

IEC 61850并沒(méi)有規(guī)范的邏輯設(shè)備的模型，因而對(duì)于邏輯設(shè)備的建模有著較多的靈活性，可以簡(jiǎn)單的理解邏輯設(shè)備LD就是邏輯節(jié)點(diǎn)LN和相關(guān)服務(wù)的合集，是為通信而引入的抽象概念。每個(gè)邏輯設(shè)備由若干邏輯節(jié)點(diǎn)LN組成，在工程實(shí)踐中，一般將具有某些公共特性的邏輯節(jié)點(diǎn)放在同一個(gè)邏輯設(shè)備中。此外，在邏輯設(shè)備中存在著與實(shí)際功能無(wú)關(guān)的特殊的邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0和LPHD。LLN0中包含著該邏輯節(jié)點(diǎn)所在的邏輯設(shè)備的共數(shù)據(jù)，如:銘牌信息和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等;每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)LD都具有自己Dataset，用于匯總數(shù)據(jù)，也存在于LLN0中，它具有一些特定服務(wù)功能，方便用戶對(duì)成組的數(shù)據(jù)(DO、DA)同時(shí)進(jìn)行整體訪問(wèn)和操作，同時(shí)LLN0也提供訪問(wèn)邏輯設(shè)備公共信息的通信服務(wù)。邏輯節(jié)點(diǎn)LPHD則主要是來(lái)描述設(shè)備所在的智能電子設(shè)備。

對(duì)于江西宜春某站的一體化電源，我們對(duì)代表相關(guān)功能的邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例化，并根據(jù)其具有的相關(guān)公共特性將這些實(shí)例化的邏輯節(jié)點(diǎn)和相關(guān)通信服務(wù)組合成為邏輯設(shè)備。工程中共構(gòu)建了6個(gè)邏輯設(shè)備，即交流電源邏輯設(shè)備ACPS、直流電源邏輯設(shè)備DCPS、通信電源邏輯設(shè)備DDPS、蓄電池組巡檢儀邏輯設(shè)備BTSE以及交流電能計(jì)量邏輯設(shè)備ENEM，其建模結(jié)果如圖6所示。

圖6 邏輯設(shè)備和服務(wù)器建模結(jié)果

2.4 構(gòu)建服務(wù)器

服務(wù)器中含有在通信網(wǎng)絡(luò)中的所有可見(jiàn)以及可訪問(wèn)的資源，在智能電子設(shè)備的信息模型中，每個(gè)IED中允許含有一個(gè)或若干Server，而每個(gè)Server中則應(yīng)當(dāng)含有至少一個(gè)LD及相關(guān)的通信服務(wù)功能。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種通信模式，一種為適用于后臺(tái)監(jiān)控的和對(duì)IED訪問(wèn)的客戶/服務(wù)器模式(Clent-Server)，另一為方便GOOSE通信和傳輸采樣值服務(wù)的發(fā)布者/閱讀者模式(Peer-Peer)。IEC 61850.7中定義了抽象通信服務(wù)接口ACSI，ACSI采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄇ遗c具體的通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，它定義了若干與通信相關(guān)的服務(wù)，包括讀寫數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)集、生成報(bào)告和記錄、數(shù)據(jù)值的測(cè)量以及狀態(tài)值召喚和應(yīng)用關(guān)聯(lián)模型等等。

對(duì)于江西宜春某站的一體化電源，其主要的通信功能是為了后臺(tái)監(jiān)控和站控層對(duì)其的訪問(wèn)及數(shù)據(jù)上傳等，因此我們采用客戶端/服務(wù)器通信模式，并且根據(jù)相關(guān)通信功能的需要，提供了相關(guān)通信服務(wù)功能，包括獲取數(shù)據(jù)對(duì)象列表、動(dòng)態(tài)建立數(shù)據(jù)集、獲取數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)集、以及對(duì)遙控量的讀寫等通信服務(wù)功能，其建模結(jié)果如圖6所示。

在基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的一體化電源的IED建模過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了一些需要注意的問(wèn)題:

(1)邏輯設(shè)備建模中邏輯設(shè)備不宜過(guò)多，保護(hù)功能最好可以用一個(gè)LD來(lái)表示;數(shù)據(jù)集包含的數(shù)據(jù)對(duì)象不應(yīng)跨邏輯設(shè)備LD;當(dāng)同一類型的邏輯設(shè)備LD超過(guò)一個(gè)時(shí)，可以添加數(shù)字后綴來(lái)區(qū)別，如:UPSS1、UPSS2。

(2)需要通信的每個(gè)功能建模為一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)LN;當(dāng)同一類型的LN超過(guò)一個(gè)時(shí)，可以添加前綴和后綴來(lái)區(qū)別，邏輯節(jié)點(diǎn)可以按照功能縮寫+邏輯節(jié)點(diǎn)類名來(lái)命名。

(3)數(shù)據(jù)對(duì)象DO的建模過(guò)程中如果相同的數(shù)據(jù)需要在邏輯節(jié)點(diǎn)中多次定義，那么可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn);如果必備數(shù)據(jù)類型不能滿足需求時(shí)，使用可選數(shù)據(jù)來(lái)滿足功能的需求;一般不適用邏輯節(jié)點(diǎn)模型中未定義過(guò)的數(shù)據(jù)名稱，同時(shí)，公用的數(shù)據(jù)屬性DA也不可以進(jìn)行擴(kuò)充。

3 小結(jié)

本文以IEC 61850為基礎(chǔ)，以一體化電源作為應(yīng)用對(duì)象，結(jié)合江西宜春某站一體化電源具體工程實(shí)例，開(kāi)展了對(duì)一體化電源進(jìn)行信息建模的研究工作。

本文將一體化電源系統(tǒng)作為IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站分層結(jié)構(gòu)中間隔層的一個(gè)智能電子設(shè)備IED，構(gòu)建了滿足IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的一體化電源信息模型。本文構(gòu)建的基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的一體化電源系統(tǒng)的信息模型，將一體化電源系統(tǒng)作為變電站間隔層中的智能電子設(shè)備，滿足了IEC 61850的通信功能要求，可以適應(yīng)國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求及變化，具有重要的理論研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

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［8］劉成印，高峰，馬金平，等.一體化的變電站電源系統(tǒng)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30(9):111-113.

［9］羅四倍，黃潤(rùn)長(zhǎng)，崔琪，等.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο笏枷氲腎ED建模［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(17):88-92.

The IED Information M odeling of Integrative Power Supp ly System Based on the IEC61850 Standards

CHANGQing*，DING Liang
(Lu’an Group Wuyang Coal Mine，Changzhi Shanxi046205，China)

The IEC 61850 standard has become an official substation communication standard，and the Integrative substation power supply system has been rising in China recently.A modeling approach for integrative power intelligent electronic device(IED)is proposed based on the IEC 61850 standard，and the details of themodelingmethod and procedure of IED are given.The application of the proposed method for a general power project in Yichun，Jiangxi is introduced，and some attentive problems in themodeling procedure of general power IED are summarized.

IEC 61850;integrative substation power supply system;intelligent electronic device;the IED modeling

10.3969/j.issn.1005-9490.2014.01.033

TM 76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1005-9490(2014)01-0138-05

2013-05-07修改日期:2013-07-05

EEACC:7210;8110

常 青(1972-)，男，山西長(zhǎng)治人，工程師，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)任潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦機(jī)電礦長(zhǎng)，負(fù)責(zé)全 礦 機(jī) 電 工 作，Changqing72@ 163.com;

丁 亮(1981-)，男，江蘇泰州人，工程師，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息工程專業(yè)，現(xiàn)任五陽(yáng)煤礦電力科主任工程師，分管電力技術(shù)工作，355892126@qq.com。