黃 威

大唐廣源水力發(fā)電有限公司，廣西南寧 530022

0 引言

我國的水電廠已經(jīng)開始進入智能化與數(shù)字化的發(fā)展階段，這種發(fā)展的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是智能監(jiān)控系統(tǒng)的應用，因此針對其信息建模技術(shù)進行研究有其必要性。對監(jiān)控系統(tǒng)進行信息建模需要以IEC61850 標準作為基礎(chǔ)，通過被明確規(guī)定了的語法與結(jié)構(gòu)建立起能令不同設(shè)備彼此操作、訪問的信息模型。本文將以某發(fā)電廠為例，討論IEC61850 標準下的信息模型建立技術(shù)與建立方法。

1 水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的IEC61850 標準特性

將對象的具體功能通過虛擬化轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄蠓?wù)即為信息模型，以IEC61850 標準為基準建立這種信息模型的手段就是信息建模技術(shù)，以上二者作為核心支撐起了IEC61850 標準的應用化。水電站需要建立的信息模型具有結(jié)構(gòu)化特征，包括設(shè)備、服務(wù)、通信系統(tǒng)等不同類型，這些信息模型都要以面向?qū)ο筮@一方法來建立，而IEC61850 標準對該過程做出了專門的規(guī)定，尤其是有關(guān)水電站監(jiān)控用的通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)方面，IEC61850 標準的規(guī)定是相當詳細的。這種規(guī)定的細化主要體現(xiàn)在兼容邏輯節(jié)點類上，以本文當作例子的水電站來說，其在建立信息模型時需要的兼容邏輯節(jié)點類有26 個，以下將對較為重要的幾種節(jié)點進行分析說明。

1.1 通用過程的輸入節(jié)點或輸出節(jié)點（GGIO）

該類邏輯節(jié)點能夠為裝置過程（未定義）建模，建模方法選擇通用方法即可，適用的邏輯節(jié)點組類別包括S、T、X、Y、Z。具體來說，故障錄波裝置與技術(shù)供水系統(tǒng)都適用于這種邏輯節(jié)點。

1.2 水力發(fā)電機組在軸承部位的節(jié)點（HBRG）

這類邏輯節(jié)點能實現(xiàn)對軸承類的物理設(shè)備的描述，包括推力軸承、水導軸承與上導軸承。

1.3 進水口閘門處的節(jié)點（HITG）

該類邏輯節(jié)點同樣用于物理設(shè)備的描述，適用的物理設(shè)備類型為進水口閘門及其相關(guān)設(shè)備，最典型的例子是快速閘門。

1.4 機械制動用節(jié)點（HMBR）

此類邏輯節(jié)點所描述的物理設(shè)備僅限以機械方式進行制動的設(shè)備，典型例子為風閘。

1.5 水電機組的節(jié)點（HUNT）

該種邏輯節(jié)點可以描述水電廠中的最主要設(shè)備——水力發(fā)電的生產(chǎn)設(shè)備，水輪機和發(fā)電機都屬于此列。

1.6 油槽節(jié)點、油罐節(jié)點、氣罐節(jié)點（KTNK）

如字面所說，可以描述油槽、油罐與氣罐這三種設(shè)備，值得注意的是，與這三種罐相關(guān)的各種設(shè)備也包括在內(nèi)。

1.7 物理裝置信息的節(jié)點（LPHD）

該種邏輯節(jié)點為建模用，針對的建模對象為物理裝置相關(guān)的公用信息。

1.8 機組轉(zhuǎn)子電氣的測量用節(jié)點（MMXN）

因為單相系統(tǒng)自身具備一定的特征——電壓與電流不和相別發(fā)生關(guān)系，所以該類節(jié)點需要用于計算電壓、電流、阻抗、功率四種參數(shù)。以功能性來說，這類邏輯節(jié)點的功能體現(xiàn)在運行使用上。

1.9 機組定子電氣的測量節(jié)點（MMXU）

與上述用于轉(zhuǎn)子的邏輯節(jié)點不同，這類節(jié)點的計算是針對三相系統(tǒng)的，計算的參數(shù)同樣為電壓、電流、阻抗、功率四種。功能性也與其相同，主用途集中在運行使用的供給上，具體來說，線電壓、相電流、相電壓都包括在里面。

1.10 斷路器的節(jié)點（XCBR）

作為建模用節(jié)點，該類邏輯節(jié)點適用的建模范圍為開關(guān)，開關(guān)作用為當短路電流產(chǎn)生時自動切斷。

1.11 隔離開關(guān)的節(jié)點（XSWI）

同樣是用于開關(guān)建模的邏輯節(jié)點，但所有不具備上文所述短路電流的切斷功能的開關(guān)都包括在內(nèi)，比如接地開關(guān)、空氣開關(guān)、隔離開關(guān)等。

1.12 變壓器的節(jié)點（YPTR）

水電廠的監(jiān)控系統(tǒng)中，變壓器設(shè)備是必不可少的，該類邏輯節(jié)點專用于對變壓器設(shè)備進行建模。

以本文的水電站實例來說明的話，需要使用H9000 監(jiān)控系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)庫的信息點表，以其為根據(jù)再配合上文所述的各種邏輯節(jié)點類別，就能將相關(guān)信息點分類，這樣一來節(jié)點的實例化就能實現(xiàn)。另外一方面，需要確定邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)對象這兩大特征，該工作不只要結(jié)合節(jié)點實際情況，還要與前述實例化同時進行。

IEC61850 標準并非一成不變的，其新版本的發(fā)布并未停止，隨著版本的更新，其中針對水電廠建模的規(guī)定、思想、導則、規(guī)范都有詳細化、標準化、新型化、科學化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，對水電站建模的特性分析越來越透徹，針對性和指導性也越來越強。因此在進行監(jiān)控系統(tǒng)的信息建模工作之前要對最新的IEC61850 標準進行研究，分析其中針對各方面的更新與變化，確保將最新的、最具適性的規(guī)定標準應用在監(jiān)控系統(tǒng)的建模上，令水電廠的智能化建設(shè)更進一步。

2 信息建模中的IEC61850 標準應用

應用了IEC61850 標準的信息建模需要使用智能電子設(shè)備即IED 進行，該過程要以多個因素的分層結(jié)構(gòu)為依準進行，包括數(shù)據(jù)對象DO、邏輯節(jié)點LNode、邏輯設(shè)備LDevice 與服務(wù)器SERVER。這其中若干個數(shù)據(jù)對象共同組成邏輯節(jié)點，數(shù)個邏輯節(jié)點被囊括在同一個邏輯設(shè)備里，數(shù)個邏輯設(shè)備又一起構(gòu)成了服務(wù)器，形成了一個網(wǎng)狀構(gòu)造。

以某水電站的信息模型為例，其IED 的構(gòu)成為單一服務(wù)器，邏輯設(shè)備則分四類，分別是機組（1 號到5 號）、可逆式機組（6號到7 號）、開關(guān)站（左右岸）、公用系統(tǒng)。確定邏輯節(jié)點時需要以水電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫點表為依據(jù)，遵循對象分類原則，其中較為重要的包括調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)、上導軸承、推力軸承、水電機組、電氣制動、邏輯控制的單元信息等。數(shù)據(jù)屬性能夠構(gòu)成開關(guān)量與模擬量兩種公用數(shù)據(jù)類型，其命名實例就是數(shù)據(jù)對象。IEC61850 標準詳細定義的公共數(shù)據(jù)類共有29 種，這些數(shù)據(jù)類能根據(jù)對象多態(tài)性與對象繼承性實例化為數(shù)據(jù)對象，實例化的數(shù)據(jù)對象數(shù)量超過了500 種，邏輯節(jié)點就是以這些數(shù)據(jù)屬性與數(shù)據(jù)對象為基礎(chǔ)構(gòu)建出來的。

由此可知，運用IEC61850 標準進行信息建模共分四步。第一步是對IED 邏輯設(shè)備的確定，依據(jù)為項目系統(tǒng)的功能要求與整體規(guī)劃，其過程必須符合IEC61850 標準的相關(guān)規(guī)定。第二步是對邏輯節(jié)點的確定，依據(jù)為邏輯設(shè)備各不相同的現(xiàn)場設(shè)備情況與功能分析。第三步是描述邏輯節(jié)點運行情況，描述工具為數(shù)據(jù)屬性與數(shù)據(jù)對象，需要注意的是描述情況必須與實際的運行情況相符合。第四步是對IED 信息模型的合成，該步驟需要綜合第三步描述出的運行情況、通信配置要求、系統(tǒng)配置要求三方面的信息才能完成。

需要注意的是，建立信息模型時需要使用SCL，SCL 的基礎(chǔ)是XML，但對變電站的自動化系統(tǒng)有更強的針對性。本文所舉的水電站實例中，其智能化信息模型就是將SCL 和監(jiān)控系統(tǒng)自身的獨有特點結(jié)合建立出來的。這種情況下建立出的信息模型不僅能應用于監(jiān)控系統(tǒng)對外用的通信接口，而且同樣能應用于智能一體化的整體平臺，令以IEC61850 標準為基礎(chǔ)的通信能夠得到實現(xiàn)。

3 結(jié)論

以IEC61850 標準為基礎(chǔ)的信息建模技術(shù)能夠有效構(gòu)建起智能化、科學化、現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)，推進水電廠整體的智能化建設(shè)，這與我國水電廠的發(fā)展方向是相一致的。因此，本文以某水電廠為例進行的相關(guān)建模技術(shù)研究是具有積極的現(xiàn)實意義的。以信息建模完成監(jiān)控系統(tǒng)與智能一體化平臺的對接是一種對IEC61850 標準應用性的嘗試，能夠?qū)ο嚓P(guān)技術(shù)的研究與進步起到參考與推動作用，相信能夠?qū)ξ覈姀S的智能化建設(shè)產(chǎn)生正面影響。

[1]閔崢，徐潔，王嘉樂.基于IEC61850的智能水電廠建模技術(shù)[J].水電自動化與大壩檢測，2011，35(4):1-5.

[2]陳安偉，朱松林，樂全明，等.IEC61850在變電站中的工程應用[M].北京：中國電力出版社，2012.

[3]范建忠，沐連順，戰(zhàn)學牛，等.基于IEC61850標準的變電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30(5):43-48.

[4]林暉.周寧水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京：河海大學，2011.

[5]蔡忠勇，荊超.IEC61850-面向未來的數(shù)字化電力監(jiān)控通信標準[J].電器工業(yè)標準與認證，2008(10):54.