許國澎 彭彥卿 馬祖富

（1.廈門理工學(xué)院，福建廈門361024；2.廈門ABB中壓產(chǎn)品技術(shù)中心，福建廈門361024）

0 引言

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是面向未來電力系統(tǒng)通信的最新國際標(biāo)準(zhǔn)，是智能電網(wǎng)線路圖的重要組成部分[1]。

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為IED模型設(shè)計提供了四個主要技術(shù)，即信息模型結(jié)構(gòu)分層、抽象通信服務(wù)接口、特定通信服務(wù)映射、面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)。信息模型結(jié)構(gòu)分層結(jié)合面向?qū)ο蠼?，使得模型結(jié)構(gòu)設(shè)計更具層次且模型具有可重用性；抽象通信服務(wù)接口配合特定通信服務(wù)映射，能將具體通信協(xié)議獨(dú)立于具體網(wǎng)絡(luò)類型。其中，面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模以及抽象通信服務(wù)接口是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于實(shí)際的關(guān)鍵[2]。

依據(jù)IEC 61850建模思想，以ABB饋線保護(hù)IED為例，結(jié)合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)闡述IED建模設(shè)計方法。

1 IEC 61850建模技術(shù)

1.1 IED信息通用模型

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)提供的信息模型模板以抽象的方式刻畫了IED的實(shí)際功能或通信特征，IED信息模型結(jié)構(gòu)有五個部分，分別是服務(wù)器Server、邏輯設(shè)備LD、邏輯節(jié)點(diǎn)LN、數(shù)據(jù)對象DO和數(shù)據(jù)屬性DA，如圖1所示[3]。

1.2 IED模型設(shè)計原則

總體而言，對一個IED進(jìn)行建模，遵循自上而下的建模原則，即按照“服務(wù)器—邏輯設(shè)備—邏輯節(jié)點(diǎn)—數(shù)據(jù)對象—數(shù)據(jù)屬性”順序?qū)?shí)際物理設(shè)備進(jìn)行抽象，而抽象對象應(yīng)該滿足以下要求[4-5]：

（1）IED對象至少包含一個服務(wù)器Server對象，且每個Server對象至少包含一個通信服務(wù)訪問點(diǎn)。

（2）每個Server對象包括至少一個邏輯設(shè)備LD對象，且邏輯設(shè)備至少包含3個邏輯節(jié)點(diǎn)對象LN：LLN0、LPHD和特定功能實(shí)現(xiàn)邏輯節(jié)點(diǎn)。

1.3 IED模型設(shè)計步驟

根據(jù)實(shí)際IED設(shè)備的功能需求，創(chuàng)建服務(wù)器Server模型，確定邏輯設(shè)備LD；進(jìn)一步分解功能，確定邏輯節(jié)點(diǎn)；對數(shù)據(jù)對象Data Object和數(shù)據(jù)屬性Data Attribute進(jìn)行實(shí)例化處理。上述步驟的構(gòu)建方法如下[6]：第一步，創(chuàng)建服務(wù)器，確定邏輯設(shè)備；第二步，分解功能，確定邏輯節(jié)點(diǎn)；第三步，實(shí)例化數(shù)據(jù)對象和數(shù)據(jù)屬性。

2 IED建模設(shè)計方法

本文選取ABB配電自動化產(chǎn)品進(jìn)行IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際建模過程的解析。選取ABB某款饋線保護(hù)產(chǎn)品，能夠為電力系統(tǒng)和工業(yè)配電網(wǎng)提供測量、保護(hù)和監(jiān)視功能[7-10]。

2.1 服務(wù)器模型

將公用邏輯設(shè)備和功能性邏輯設(shè)備都?xì)w屬在一個服務(wù)器下，包括服務(wù)訪問點(diǎn)G1，用于GOOSE通信訪問點(diǎn)；6個邏輯設(shè)備，分別是公共邏輯設(shè)備LD0、測量邏輯設(shè)備MEAS、控制邏輯設(shè)備CTRL、保護(hù)邏輯設(shè)備PROT、錄波邏輯設(shè)備RCD、人機(jī)交互邏輯設(shè)備HMI。

2.2 邏輯設(shè)備模型

選定6個邏輯設(shè)備的邏輯節(jié)點(diǎn)。其中，測量邏輯設(shè)備包括的邏輯節(jié)點(diǎn)有MMXU、MSQI、TCTR和TVTR；控制邏輯設(shè)備包括的邏輯節(jié)點(diǎn)有CSWI和CILO；保護(hù)邏輯設(shè)備PTOC、PIOC、PSDE和RDIR；錄波邏輯設(shè)備包括的邏輯節(jié)點(diǎn)RDRE；人機(jī)交互邏輯設(shè)備包括的邏輯節(jié)點(diǎn)IHMI。

2.3 邏輯節(jié)點(diǎn)模型

選定邏輯節(jié)點(diǎn)。其中，選取MMXU中的ppv、phv、A、W、Var、Hz、Tot Pf；選取MSQI中的Sep A、Seq V、Imb A、Imb V；選取CSWI中的Op Cls和Op Opn；選取CILO中的Ena Cls；選取RDRE中的Red Trg、Red Str和Flt Num。由于文章篇幅所限，就選用MMXU邏輯節(jié)點(diǎn)來闡述邏輯節(jié)點(diǎn)建模過程。MMXU邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對象具體如表1所示。

對MMXU邏輯節(jié)點(diǎn)的線電壓測量數(shù)據(jù)對象ppv進(jìn)行實(shí)例化建模，其他數(shù)據(jù)對象的實(shí)例化建模亦是如此，具體如表2所示。

表1 MMXU邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對象

表2 數(shù)據(jù)對象ppv模型

3 IED圖形化建模

基于Visio的UML建模步驟與上文所述步驟大致相同，但由于文章篇幅所限，本節(jié)中的靜態(tài)對象圖形化模型建立只到數(shù)據(jù)對象這一層次。具體建模過程如下：

第一步：服務(wù)器Server，基于Visio的UML的ABB饋線保護(hù)IED的服務(wù)器模型如圖2所示。

圖2 服務(wù)器UML模型

第二步：邏輯設(shè)備LD，其屬性包括邏輯設(shè)備名稱、邏輯設(shè)備的引用及相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)，提供的服務(wù)為Get Logical Device Directory。6個基于Visio的邏輯設(shè)備UML模型如圖3所示。

圖3 邏輯設(shè)備UML模型

第三步：邏輯節(jié)點(diǎn)LN，是實(shí)現(xiàn)IED功能的核心。邏輯節(jié)點(diǎn)最終實(shí)現(xiàn)間隔層IED設(shè)備的相關(guān)功能，邏輯節(jié)點(diǎn)包含各種各樣的數(shù)據(jù)對象Data及數(shù)據(jù)集屬性Data Set（由于篇幅限制，本節(jié)對此部分不進(jìn)行建模），其他的屬性包括：

（1）Ln Ref；

（2）Buffered Report Control Block；

（3）UnBuffered Report Control Block；

（4）Log Control Block。

提供的服務(wù)有：

（1）Get Logical Node Directory；

（2）Get All Data Values。

對于邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0而言，它具有以下獨(dú)立屬性：

（1）Setting Group-Control Block；

（2）Log；

（3）GOOSE Control Block；

（4）GSSE Control Block；

（5）Multicast Sampled Value Control Block；

（6）Unicast Sampled Value Control Block。

綜上所述，分別針對ABB饋線保護(hù)每個邏輯設(shè)備的邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行UML建模，結(jié)果如圖4～圖7所示。

圖4 測量MEAS邏輯設(shè)備UML模型

圖5 控制CTRL邏輯設(shè)備UML模型

圖6 保護(hù)PROT邏輯設(shè)備UML模型

圖7 錄波RCD邏輯設(shè)備UML模型&人機(jī)交互HMI邏輯設(shè)備UML模型

至此，關(guān)于IED的UML靜態(tài)模型設(shè)計全部完成，由于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為邏輯設(shè)備和邏輯節(jié)點(diǎn)建立了統(tǒng)一的信息模型，同時提供了對外可視的訪問點(diǎn)，從整體角度來看，一個IED設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)通信是明確而又標(biāo)準(zhǔn)的，實(shí)現(xiàn)了IED內(nèi)數(shù)據(jù)的共享，為互操作奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

將ABB饋線保護(hù)IED的模型利用Altova XMLSpy再帶驗證結(jié)構(gòu)的功能驗證對象命名及節(jié)點(diǎn)描述的規(guī)范性，檢查其結(jié)構(gòu)的良構(gòu)性，結(jié)果如圖8所示。

將整個ABB饋線保護(hù)IED的模型導(dǎo)入Altova XMLSpy，包括該IED的邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)，結(jié)果顯示邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)的命名及節(jié)點(diǎn)描述符合XML規(guī)范。

圖8 IED模型驗證

因此，該IED在廈門ABB中壓產(chǎn)品技術(shù)中心PVC實(shí)驗室的工程中得到應(yīng)用，能夠比較好地滿足工程需要。