劉寶江 段運鑫 劉建勇 魏勇
摘 要:本文結(jié)合智能變電站的信息特點和各級調(diào)度職能要求,提出了一種在智能變電站子站端對調(diào)度信息進行分級和遠(yuǎn)傳的方案。在子站端開發(fā)信息分級功能模型和軟件處理模塊,對子站端電網(wǎng)模型(IEC61850)與實時數(shù)據(jù)庫的進行模型映射研究,在子站端實現(xiàn)了調(diào)度信息的分級,并通過IEC104擴展協(xié)議實現(xiàn)與調(diào)度主站端的信息遠(yuǎn)傳。
關(guān)鍵詞:信息分級;模型映射;電網(wǎng)模型;IEC61850;IEC104
中圖分類號:TM319;TM769 文獻標(biāo)識碼:A
1 引言(Introduction)
當(dāng)前,國家電網(wǎng)建設(shè)正朝著以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架,各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)方向不斷發(fā)展[1],具有顯著信息化、自動化、互動化特征。隨著經(jīng)濟發(fā)展,變電站數(shù)量越來越多,截止2012年,河南電網(wǎng)擁有110千伏及以上變電站1038座。電力調(diào)控中心除承擔(dān)電力生產(chǎn)、輸送調(diào)配等傳統(tǒng)任務(wù)外,還增加了電網(wǎng)一、二次設(shè)備的日常運行監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制職責(zé),變電站需要采集的信息量呈爆炸性增長[2]。海量的信息大大增加了智能變電站子站端和調(diào)度主站端的調(diào)試和運維工作量,并且容易出錯。
本文針對因電網(wǎng)規(guī)模擴大和智能變電站信息量大增而引起的調(diào)試和運維工作量大、易出錯的問題,結(jié)合不同級別調(diào)度職能需求,對智能變電站遠(yuǎn)傳信息進行分級技術(shù)研究,制定遠(yuǎn)傳信息的分級規(guī)則和系統(tǒng)解決方案;經(jīng)過對變電站子站端(簡稱子站端)電網(wǎng)模型與實時數(shù)據(jù)庫的映射研究及其他相關(guān)模型映射研究,在子站端遠(yuǎn)動系統(tǒng)開發(fā)相應(yīng)軟件模塊,實現(xiàn)子站端信息分級和調(diào)度信息分級遠(yuǎn)傳。
2 技術(shù)方案(Technical solution)
2.1 研究內(nèi)容
子站端以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),研究子站電網(wǎng)模型的擴展、統(tǒng)一和關(guān)聯(lián)處理方法,并結(jié)合各級調(diào)度控制中心的職責(zé),確定變電站信息編碼規(guī)范、信息分級規(guī)則和相關(guān)配套技術(shù)。現(xiàn)在變電站監(jiān)控信息遠(yuǎn)程多采用人工選點方式,已不適應(yīng)目前大量信息遠(yuǎn)傳的需要,需要進行創(chuàng)新性研究,主要內(nèi)容如下:
(1)智能信息分類研究。
(2)子站電網(wǎng)模型(IEC61850)與實時數(shù)據(jù)庫的映射研究。
(3)信息編碼規(guī)范與實時數(shù)據(jù)庫的映射研究。
(4)子站與主站的智能信息分級交互研究。
2.2 總體方案
為了實現(xiàn)智能變電站信息分級遠(yuǎn)傳,需對子站端進行相應(yīng)的信息模型研究并開發(fā)相應(yīng)軟件。子站端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Fig.1 System structure diagram
子站端通過“IEC61850信息采集”獲得全站信息,根據(jù)“IEC61850(子站電網(wǎng)模型)與實時數(shù)據(jù)庫的映射文件(mapinfo.xml)”,存入“實時數(shù)據(jù)庫(db)”,結(jié)合“智能信息分類研究(dbedit)”結(jié)果和“信息編碼規(guī)范與實時數(shù)據(jù)庫的映射研究”生成“信息編碼規(guī)范與實時數(shù)據(jù)庫的映射文件(map.xml)”,轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)備上傳的“IEC61970與信息編碼規(guī)范的映射文件(cime.xml)”,子站端系統(tǒng)再結(jié)合“IEC61970(主站電網(wǎng)模型)與信息編碼規(guī)范的映射研究”和“子站與主站的智能信息分級交互研究(IEC104)”把分級后的子站端信息送至主站端。
主站通過實時服務(wù)通信協(xié)議獲得子站相關(guān)模型信息,然后在主站內(nèi)部實現(xiàn)模型映射,限于篇幅具體轉(zhuǎn)換規(guī)則不在此展開敘述,計劃另撰文闡述[3]。
3 信息分級及子站端實現(xiàn)(Information classification)
電力調(diào)度分級劃分為國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)和集控,一般按照電壓等級對變電站內(nèi)不同設(shè)備信息進行分級采集,如圖2所示。
圖2 調(diào)度信息分級圖
Fig.2 Dispatching information classification diagram
子站端遠(yuǎn)動系統(tǒng)采集變電站的一次設(shè)備、過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備及站控層設(shè)備的實時測控信息,通過實時數(shù)據(jù)庫(db)與內(nèi)置調(diào)度分級系統(tǒng),根據(jù)不同調(diào)度需求和信息分類規(guī)則,生成各級調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫(zfdb),按調(diào)度規(guī)定的相應(yīng)規(guī)約把站內(nèi)信息送至各級調(diào)度中心。信息分類一般規(guī)則按一次設(shè)備(開關(guān)、刀閘、機構(gòu)、測量等)、過程層設(shè)(GOOSE鏈路狀態(tài)、SMV鏈路狀態(tài)等)、間隔層設(shè)備(保護動作、保護告警、壓板、裝置告警、通信狀態(tài)等)、站控層設(shè)備系統(tǒng)信息(通信狀態(tài)、系統(tǒng)故障、系統(tǒng)告警等)進行劃分。
4 子站端信息分級模塊及映射研究(Model mapping)
根據(jù)智能變電站信息分級和各級調(diào)度采集規(guī)則,利用智能化信息分級遠(yuǎn)傳軟件系統(tǒng)實現(xiàn)信息分級以及遠(yuǎn)傳功能。子站端軟件主要包含五個模塊:(1)智能信息分類功能模塊;(2)全站信息建模功能模塊;(3)遠(yuǎn)傳分級建模功能模塊;(4)IEC61970模型映射功能模塊;(5)IEC104遠(yuǎn)傳通信模塊。各功能模塊關(guān)系如圖3所示。
智能化信息分類模塊根據(jù)關(guān)鍵詞和相關(guān)定義建立分類規(guī)則庫,在全站信息建模時按分類規(guī)則自動實現(xiàn)全站信息的分類,并生成智能分類后的全站信息數(shù)據(jù)庫(db),由遠(yuǎn)程分級模塊對信息進行遠(yuǎn)程信息分級,通過IEC104遠(yuǎn)傳通信模塊及IEC61970模型映射功能模塊把分級后的信息送至主站。子站各模塊關(guān)系如圖3所示。
圖3 子站端各模塊關(guān)系圖
Fig.3 Software modules in slave station
4.1 子站端遠(yuǎn)傳規(guī)約選擇
變電站子站與調(diào)控主站間的通信協(xié)議采用電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議IEC104[4-5]。104規(guī)約應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ASDU)結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)如表1所示,由數(shù)據(jù)單元標(biāo)識,一個或多個信息體和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的公共時標(biāo)所組成[4]。
表1 應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)
Tab.1 Structure of application service data unit (ASDU)
ASDU ASDU的域
數(shù)據(jù)單元標(biāo)識 數(shù)據(jù)單元類型 類型標(biāo)識
可變結(jié)構(gòu)限定詞
傳送原因
公共地址
信息體 信息體地址
信息體元素
信息體時標(biāo)
為實現(xiàn)信息分級及控制功能IEC104規(guī)約擴充了兩個ASDU:信息分級傳送文件(ASDU54)和信息分級文件(ASDU127)。擴充ASDU的基本原則是不改變IEC104協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)和通訊流程。
(1)信息分級傳送文件ASDU54
字節(jié) 報文內(nèi)容 說明
1 類型標(biāo)識(TYP) 54
2 可變結(jié)構(gòu)限定詞(VSQ) 數(shù)目N=1
3 傳送原因(COT) <6>:=激活(請求/下發(fā)文件)
<7>:=激活確認(rèn)(響應(yīng)請求文件/確認(rèn)下發(fā)文件/)
<8>:= 停止激活
<9>:= 停止激活確認(rèn)
<44>:= 未知的類型標(biāo)識
<45>:= 未知的傳送原因
<46>:= 未知的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址
<47>:= 未知的信息體地址
4 0
5 應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址 RTU站址
6
7 信息分級傳送等級:
<0x7002> := 縣調(diào)
<0x7003> := 地調(diào)
<0x7004> := 省調(diào)
8 信息分級起始地址
9 0
10 1-站端上傳文件
2-主站下發(fā)含點號的文件
3,4-主站下發(fā)校驗結(jié)果(3,校驗成功;4,校驗失?。?/p>
(2)信息分級文件(ASDU127)
字節(jié) 報文內(nèi)容 說明
1 類型標(biāo)識(TYP) 127
2 可變結(jié)構(gòu)限定詞(VSQ) 1
3 傳送原因(COT) <13>:= 文件傳送
<10>:= 文件傳送結(jié)束
4 0
5 應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址 RTU站址
6
7 后續(xù)位標(biāo)志 0:無后續(xù)幀;1:有后續(xù)幀
8 信息文件傳送等級 1縣調(diào)
2地調(diào)
3省調(diào)
9
10 0
11 起始傳輸位置 本幀傳輸?shù)奈募鹗嫉刂吩谌课募械奈恢?/p>
12
13
14
… 文件內(nèi)容
15+文件內(nèi)容長度 和校驗 文件內(nèi)容部分累加和校驗
4.2 子站端電網(wǎng)模型(IEC61850)與遠(yuǎn)動實時數(shù)據(jù)庫的映
射研究
子站端電網(wǎng)模型(IEC61850)不對具體的通信技術(shù)和采用的通信協(xié)議做出限定,滿足技術(shù)需要并能傳輸標(biāo)準(zhǔn)的信息模型,就可以使用該通信技術(shù)和協(xié)議,需要解釋該通信技術(shù)和協(xié)議如何承載標(biāo)準(zhǔn)的信息模型,既映射問題[6]。子站端電網(wǎng)模型(IEC61850)與遠(yuǎn)動實時數(shù)據(jù)庫(db)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,映射研究內(nèi)容包括:(1)站內(nèi)IED與實時數(shù)據(jù)庫IED地址的映射;(2)遙測類的映射;(3)遙信類的映射;(4)遙控類的映射;(5)遙脈類的映射;(6)定值類的映射。如下:
(1)站內(nèi)IED與實時遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)庫IED地址的映射
選擇一個SCD文件查找到其中的IED名稱進行IED映射,給每個IED分配IED地址。網(wǎng)關(guān)的名稱命名為IED名稱。 如表2所示。
表2 IED影射表
Tab.2 IED mapping table
IED名稱 IED地址(網(wǎng)關(guān)編號與IED地址相同)
E1Q1SB1 01
E1Q1SB3 02
E1Q1SB43 03
(2)遙測類的映射
遙測類的映射CDC類型:MV、CMV BSC、WYE、DEL等。如表3所示。
表3 遙測數(shù)據(jù)影射表
Tab.3 Analogue information mapping table
屬性 轉(zhuǎn)換方法 說明
系統(tǒng)編號 遙測庫遞增 也可以先填為某個數(shù),然后通過工具自動重新編排
注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU,然后獲取desc,或者可定制
是否發(fā)送 默認(rèn)值為false
偏移 默認(rèn)為0 也可從SCD,獲取不到時,設(shè)為0;MV類型:偏移為sVC.offset;CMV類型:偏移為magSVC.offset
裝置乘系數(shù) 默認(rèn)為1 先從ICD文件獲取系數(shù),獲取到時,裝置除系數(shù)設(shè)為32768,裝置乘系數(shù)為獲取的系數(shù)乘32768;(ICD文件增加系數(shù);修改遠(yuǎn)動規(guī)約。遠(yuǎn)動界面值需要處理);MV類型:系數(shù)為sVC.scaleFactor;CMV類型:系數(shù)為magSVC.scaleFactorBSC:裝置乘除系數(shù)均為1
裝置除系數(shù) 默認(rèn)為32768
規(guī)約量程 默認(rèn)為32768
變比 默認(rèn)為1
幀類別 默認(rèn)為A
ASDU地址 裝置地址+LD序號 本裝置內(nèi)第一個LD序號為1,第二個為2,以此類推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號
ASDU類型 默認(rèn)為9
信息體地址 從4001開始遞增
(3)遙信類的映射
CDC類型:SPS、DPS、SPC、DPC、INS、ACT、ACD。如表4所示。
表4 遙信數(shù)據(jù)影射表
Tab.4 Digital information mapping table
屬性 轉(zhuǎn)換方法 說明
系統(tǒng)編號 遙測庫遞增 也可先填為某個數(shù),然后通過工具自動重新編排
注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU,然后獲取desc,或者可定制
是否發(fā)送 默認(rèn)值為false
級別 默認(rèn)為告警
SOE 默認(rèn)為false
ASDU地址 裝置地址+LD序號 本裝置內(nèi)第一個LD序號為1,第二個為2,以此類推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號
信息體地址 從0001開始遞增
(4)遙控類的映射
CDC類型:SPC、DPC、INC、BSC(遙調(diào))、ISC(遙調(diào))、APC等。如表5所示。
表5 遙控數(shù)據(jù)影射表
Tab.5 Control information mapping table
屬性 轉(zhuǎn)換方法 說明
系統(tǒng)編號 遙測庫遞增 可先填為某個數(shù),然后通過工具自動重新編排
注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU,然后獲取desc,或者可定制
是否發(fā)送 默認(rèn)值為false
是否選控 默認(rèn)為true 根據(jù)控制模式進行轉(zhuǎn)換,ctlModel:1、3直控;2、4選控
是否是復(fù)歸點信息 默認(rèn)為false 如果是LEDRs,則為true,否則為false
ASDU地址 裝置地址+LD序號 第一個LD序號為1,第二個為2,以此類推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號
信息體地址 從6001遞增
ASDU類型 默認(rèn)為46 BSC、ISC設(shè)為47
(5)遙脈類的映射
CDC類型:BCR,如表6所示。
表6 遙脈數(shù)據(jù)影射表
Tab.6 Pulse information mapping table
屬性 轉(zhuǎn)換方法 說明
系統(tǒng)編號 遙測庫遞增 也可先填為某個數(shù),然后通過工具自動重新編排
注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU,然后獲取desc,或者可定制
是否發(fā)送 默認(rèn)值為false
ASDU地址 裝置地址+LD序號 裝置內(nèi)第一個LD序號為1,第二個為2,以此類推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號
信息體地址 從6401開始遞增
ASDU類型 默認(rèn)為15
(6)定值類的映射
映射定值數(shù)據(jù)集,是為了配合國內(nèi)實施規(guī)范。如表7所示。
表7 定值數(shù)據(jù)影射表
Tab.7 Setting information mapping table
屬性 轉(zhuǎn)換方法 說明
注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU,然后獲取desc,或可定制
類型 隨意值(暫定為31) 沒有使用
系數(shù) 默認(rèn)為0 0:數(shù)據(jù)乘1,1:數(shù)據(jù)乘0.1,2:數(shù)據(jù)乘0.01,3:數(shù)據(jù)乘0.001
ASDU地址 裝置地址+LD序號 本裝置內(nèi)第一個LD序號為1,第二個為2,以此類推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號
ASDU類型 默認(rèn)為33 沒有使用
信息體地址 從3001開始遞增
5 工程應(yīng)用(Application)
在變電站子站端遠(yuǎn)動系統(tǒng)調(diào)試界面中增加調(diào)度分級配置功能,可以方便配置信息分級,如圖4所示。
圖4 分級信息設(shè)置
Fig.4 Information classification setting
在某地區(qū)實際工程中,應(yīng)用具備信息分級功能的子站遠(yuǎn)動系統(tǒng)后,減少子站運維人天數(shù)27人/天,大幅度降低了變電站子站端和調(diào)控主站端信息接入聯(lián)調(diào)的工作量,提高了子站端信息遠(yuǎn)傳的調(diào)試工作質(zhì)量和效率,節(jié)約了運行維護的成本。
6 結(jié)論(Conclusion)
本文在目前智能變電站數(shù)量和調(diào)度信息量激增的情況下,根據(jù)不同調(diào)度主站端職能和對智能變電站信息遠(yuǎn)傳的要求,提出了一種在子站端進行信息分級和遠(yuǎn)傳方案。通過進行子站端電網(wǎng)模型(IEC61850)與實時數(shù)據(jù)庫(db)映射研究,分析了站內(nèi)IED與實時數(shù)據(jù)庫IED地址、遙測類的映射、遙信類、遙控類、遙脈類、定值類的映射;子站端開發(fā)相應(yīng)軟件模塊,實現(xiàn)基于調(diào)度信息分級規(guī)則、IEC104擴展協(xié)議的子站端調(diào)度信息的自動分級處理及遠(yuǎn)傳。
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作者簡介:
劉寶江(1977-),男,本科,工程師.研究領(lǐng)域:變電站自動化系統(tǒng)技術(shù).段運鑫(1978-),男,本科,工程師.研究領(lǐng)域:變電站自動化系統(tǒng)技術(shù).
劉建勇(1976-),男,本科,工程師.研究領(lǐng)域:變電站自動化系統(tǒng)技術(shù).
魏 勇(1973-),男,碩士,高級工程師.研究領(lǐng)域:變電站自動化系統(tǒng)技術(shù).