蘇戰(zhàn)濤 蔣永鵬
(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)
淺談IEC61850規(guī)約在工程現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用
蘇戰(zhàn)濤 蔣永鵬
(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)
IEC61850是新一代的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn),它規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)的定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言。同傳統(tǒng)的IEC60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)相比,它不僅僅是一個(gè)單純的通信規(guī)約,而是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),它指導(dǎo)了變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、開發(fā)、工程、維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。該標(biāo)準(zhǔn)通過對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的對(duì)象統(tǒng)一建模,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)借口,增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性,可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫連接。智能化一次設(shè)備和數(shù)字式變電站要求變電站自動(dòng)化采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850是至今為止最為完善的變電站自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn),它不僅規(guī)范保護(hù)測(cè)控裝置的模型和通信接口,而且還定義了數(shù)字式CT、PT、智能開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。采用IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)可以大大提高變電站自動(dòng)化技術(shù)水平、提高變電站自動(dòng)化安全穩(wěn)定運(yùn)行水平,節(jié)約開發(fā)驗(yàn)收維護(hù)的人力物力,實(shí)現(xiàn)完全的互操作。本文結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例探討IEC61850在工程中的基本應(yīng)用。
IEC61850 MMS服務(wù)
物理設(shè)備(相當(dāng)于某一裝置)映射到IED,然后將各個(gè)功能分解到LN,組成一個(gè)或者多個(gè)LD。每個(gè)功能的保護(hù)數(shù)據(jù)映射到DO,并且根據(jù)功能約束(FC)進(jìn)行拆分并映射到若干個(gè)DA。
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)實(shí)現(xiàn)主要分為三個(gè)部分:MMS服務(wù)、GOOSE服務(wù)、SMV服務(wù)。其中,MMS服務(wù)用于裝置和后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互,GOOSE服務(wù)用于裝置之間的通訊,SMV服務(wù)用于采樣值傳輸。三個(gè)服務(wù)之間的關(guān)系,在裝置和后臺(tái)之間涉及到雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián),在GOOSE報(bào)文和傳輸采樣值中涉及多路廣播報(bào)文的服務(wù)。雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)傳遞服務(wù)請(qǐng)求和相應(yīng)(傳輸無確認(rèn)和確認(rèn)的一些服務(wù))服務(wù),多路廣播應(yīng)用關(guān)聯(lián)(僅在一個(gè)方向)傳送無確認(rèn)服務(wù)。具體如圖1所示:
如果把IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)細(xì)化,主要有:報(bào)告(事件狀態(tài)上送)、日志歷史記錄上送、快遞事件傳送、采樣值傳送、遙控、遙調(diào)、定值讀寫服務(wù)、錄波、保護(hù)故障報(bào)告、時(shí)間同步、文件傳輸、取代、以及模型的讀取服務(wù)。細(xì)化服務(wù)和模型之間的關(guān)系。
從用戶使用角度來看,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)主要分為客戶端(后臺(tái))、服務(wù)器端(裝置)、配置工具三個(gè)部分。配置文件是聯(lián)系三者的紐帶。
圖1 MMS、GOOSE、SMV服務(wù)之間的關(guān)系
圖2 BRCB類定義
MMS(manufactoring message specification)即制造報(bào)文規(guī)范,是ISO/IEC9506標(biāo)準(zhǔn)所定義的一套用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。
MMS是由ISO TC184開發(fā)和維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計(jì)算機(jī)或IED之間交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和監(jiān)控信息的一套獨(dú)立的國際標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文規(guī)范。它獨(dú)立于應(yīng)用和設(shè)備的開發(fā)者。
圖3 報(bào)文解析
圖4 URCB類定義
MMS特點(diǎn)介紹如下:
(1)定義了交換報(bào)文的格式和結(jié)構(gòu)化層次化的數(shù)據(jù)表示方法,同時(shí)可以表示任意復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而且其ASN.1編碼可以適用于任意計(jì)算機(jī)環(huán)境。
(2)定義了針對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的服務(wù)和行為。
(3)為用戶提供了一個(gè)獨(dú)立于所完成功能的通用通信環(huán)境。
圖5 遙控帶值選擇
圖6 遙控執(zhí)行
下面分別從信號(hào)、測(cè)量、控制、故障報(bào)告四方面簡述其在工程現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用。
3.2.1 信號(hào)上送
開入、事件、報(bào)警等信號(hào)類數(shù)據(jù)的上送功能通過BRCB(有緩沖報(bào)告控制塊)來實(shí)現(xiàn),映射到MMS的讀寫和報(bào)告服務(wù)。通過有緩沖報(bào)告控制塊,可以實(shí)現(xiàn)遙信和開入的變位上送、周期上送、總召、事件緩存。由于采用了多可視的實(shí)現(xiàn)方案,事件可以同時(shí)送到多個(gè)后臺(tái)。
brcbRp是帶緩存的報(bào)告控制塊,而urcbRp是不帶緩存的報(bào)告控制塊。一般遙信類信號(hào)緩存,保護(hù)模擬量不緩存,報(bào)告控制塊是對(duì)數(shù)據(jù)集而言,因此我們?cè)谙聢D2中可以找到與數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的報(bào)告控制塊。
這里我們以brcbTripinfo為例來介紹一下,如圖IEDconfig已經(jīng)將報(bào)告控制塊下面的數(shù)據(jù)屬性友好化了,很直觀的展現(xiàn)在我們面前。具體邏輯節(jié)點(diǎn)可參考規(guī)約上述表格。
(1)RptID:報(bào)告控制塊的ID號(hào),這里的報(bào)告標(biāo)志是brcbTripInfo。
(2)RptEna:報(bào)告控制塊使能,當(dāng)客戶端訪問服務(wù)器時(shí),首先要將報(bào)告控制塊使能置1才能進(jìn)行將數(shù)據(jù)集內(nèi)容上送。這個(gè)在我們使用客戶端工具時(shí)經(jīng)常碰到。我們的控制塊最大為10,也就是說最大支持10個(gè)客戶端去訪問,同一個(gè)IP只能使用一個(gè)客戶端工具。
(3)DateSet:報(bào)告控制塊所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集,這里就是dsTripInfo。
(4)CofRev:配置版本號(hào),這里是1。
(5)OptFIds:包含在報(bào)告中的選項(xiàng)域,就是所發(fā)報(bào)告中的所含的選項(xiàng)參數(shù),這里總共10位。
(6)BufTm:這里得設(shè)缺省值0。
(7)Sqnum:報(bào)告順序號(hào)。
(8)TrgOpt:報(bào)告觸發(fā)條件,有五個(gè)變化條件,值變化,質(zhì)量更新,值更新上送,周期性上送,總召喚。
(9)intgPd:周期上送時(shí)間,這里是0ms。
(10)GI:表示總召喚,置1,BRCB啟動(dòng)總召喚過程。
(11)PurgeBuf:清除緩沖區(qū),當(dāng)為1時(shí),舍棄緩存報(bào)告。
(12)EntryID:條目標(biāo)識(shí)符。
(13)TimeofEntry:條目時(shí)間屬性。
(14)品質(zhì)Q。
報(bào)文舉例如下圖3所示。
3.2.2 測(cè)量上送
遙測(cè)、保護(hù)測(cè)量類數(shù)據(jù)的上送功能通過URCB(無緩沖報(bào)告控制塊)來實(shí)現(xiàn),映射到MMS的讀寫和報(bào)告服務(wù),如下圖4所示。通過無緩沖報(bào)告控制塊,可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)的變化上送(比較死區(qū)和零漂)、周期上送、總召。由于采用了多可視的實(shí)現(xiàn)方案,使得事件可以同時(shí)送到多個(gè)后臺(tái)。
3.2.3 控制
遙控、遙調(diào)等控制功能通過IEC61850的控制相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),映射到MMS的讀寫和報(bào)告服務(wù)。IEC61850提供多種控制類型,NSD500系列裝置實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型SBOw功能和直控功能,支持檢同期、檢無壓、閉鎖邏輯檢查等功能。具體如下圖5和圖6所示。
3.2.4 故障報(bào)告
故障報(bào)告功能通過RDRE邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn),映射到MMS的報(bào)告和文件操作服務(wù)。
錄波文件產(chǎn)生時(shí),RDRE下的RcdMade和FltNum通過報(bào)告上送到后臺(tái);后臺(tái)以如下方式召喚故障報(bào)告。
(1)首先裝置給客戶端上送故障報(bào)告,以RcdMade和FltNum為標(biāo)志。
(2)客戶端會(huì)對(duì)裝置下發(fā)查詢波形列表文件。
(3)裝置會(huì)將下面的波形的所有列表送給客戶端。
(4)客戶端進(jìn)行打開文件列表請(qǐng)求。
(5)裝置對(duì)客戶端打開文件列表回應(yīng)。
(6)客戶端進(jìn)行讀取文件列表請(qǐng)求。
(7)裝置對(duì)客戶端讀取文件回應(yīng)。
(8)文件讀取后,客戶端要關(guān)閉文件請(qǐng)求。
(9)文件讀取后,裝置對(duì)關(guān)閉文件請(qǐng)求回應(yīng)。
蘇戰(zhàn)濤(1980.4-),男,碩士,工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化。
蔣永鵬(1984.10-),男,本科,工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化。