劉寶江　段運(yùn)鑫　劉建勇　魏勇

摘 要：本文結(jié)合智能變電站的信息特點(diǎn)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(jìn)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(shí)時數(shù)據(jù)庫的進(jìn)行模型映射研究，在子站端實(shí)現(xiàn)了調(diào)度信息的分級，并通過IEC104擴(kuò)展協(xié)議實(shí)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(xiàn)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(jiān)強(qiáng)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(jì)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(yùn)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(yùn)維工作量，并且容易出錯。

本文針對因電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大和智能變電站信息量大增而引起的調(diào)試和運(yùn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(kuò)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(diǎn)方式，已不適應(yīng)目前大量信息遠(yuǎn)傳的需要，需要進(jìn)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(shí)時數(shù)據(jù)庫的映射研究。

（3）信息編碼規(guī)范與實(shí)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(shí)現(xiàn)智能變電站信息分級遠(yuǎn)傳，需對子站端進(jìn)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(shí)時數(shù)據(jù)庫的映射文件（mapinfo.xml）”，存入“實(shí)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(shí)時數(shù)據(jù)庫的映射研究”生成“信息編碼規(guī)范與實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)時測控信息，通過實(shí)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(jī)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(hù)動作、保護(hù)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(jìn)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(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)信息分級及控制功能IEC104規(guī)約擴(kuò)充了兩個ASDU：信息分級傳送文件（ASDU54）和信息分級文件（ASDU127）。擴(kuò)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(diǎn)號的文件

3，4-主站下發(fā)校驗(yàn)結(jié)果（3，校驗(yàn)成功；4，校驗(yàn)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(yàn) 文件內(nèi)容部分累加和校驗(yàn)

4.2 子站端電網(wǎng)模型（IEC61850）與遠(yuǎn)動實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，ctlModel：1、3直控；2、4選控

是否是復(fù)歸點(diǎn)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(shí)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(shí)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(yùn)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(yùn)行維護(hù)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(jìn)行信息分級和遠(yuǎn)傳方案。通過進(jìn)行子站端電網(wǎng)模型（IEC61850）與實(shí)時數(shù)據(jù)庫（db）映射研究，分析了站內(nèi)IED與實(shí)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(shí)現(xiàn)基于調(diào)度信息分級規(guī)則、IEC104擴(kuò)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(yùn)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).