基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的定值模型應(yīng)用與測試

黃浩聲，許小兵，卜強(qiáng)生

（1.江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司，江蘇南京211103；2.無錫供電公司，江蘇無錫214061）

在智能變電站調(diào)試過程中，需要對保護(hù)裝置的定值進(jìn)行遠(yuǎn)控操作，如修改定值、切換定值區(qū)等。相對于傳統(tǒng)規(guī)約，IEC61850規(guī)約具有良好的互操作性，使得定值遠(yuǎn)控操作只需后臺與保護(hù)裝置直接通信，定值遠(yuǎn)控操作本身并不復(fù)雜，但為了在試驗(yàn)過程中，更好地處理出現(xiàn)的問題，需要對IEC61850建模構(gòu)想及IED裝置的ICD（IED Configuration Description）文件都有一定的熟悉。

1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)模型概述

IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)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)接口（ACSI），對變電站自動化系統(tǒng)中的對象進(jìn)行統(tǒng)一建模，將應(yīng)用功能（如保護(hù)功能、測量功能等）分解為信息最小實(shí)體（如差動保護(hù)、距離保護(hù)等），稱為邏輯節(jié)點(diǎn)，邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)（如差動動作值、差動動作時間等），數(shù)據(jù)又包含數(shù)據(jù)屬性，用以詳細(xì)描述數(shù)據(jù)（如最大值、最小值、量綱等）。合理的組合邏輯節(jié)點(diǎn)，便構(gòu)成一個邏輯設(shè)備，邏輯設(shè)備再復(fù)合成為服務(wù)器（即一個物理裝置）。服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成了IEC61850模型的層次關(guān)系[1]。這些模型再與抽象服務(wù)通信接口結(jié)合起來，形成了帶有自描述信息且開放的通信平臺，如圖1所示。

圖1中左邊顯示了模型的層次關(guān)系，右邊顯示了基于功能的控制塊信息，還有控制塊與邏輯節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。在標(biāo)準(zhǔn)中，定義了數(shù)據(jù)集的模型，該模型是一系列數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)屬性的集合，以實(shí)現(xiàn)對不同模型、不同邏輯節(jié)點(diǎn)同時進(jìn)行操作。舉例來說，有多個邏輯節(jié)點(diǎn)都會包含有定值數(shù)據(jù)，如差動保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)有差動啟動值等數(shù)據(jù)，距離保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)有距離阻抗值等數(shù)據(jù)，為方便定值的統(tǒng)一操作，將所有定值數(shù)據(jù)歸類成一定值數(shù)據(jù)集，與遙測、遙信等數(shù)據(jù)集一起構(gòu)成裝置多個數(shù)據(jù)集，如圖2所示。

圖1 ACSI概念性服務(wù)模型

圖2 裝置數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)圖

2 模型結(jié)構(gòu)文件ICD

ICD文件，意指智能設(shè)備配置描述文件，是對一個裝置功能進(jìn)行分解建模后，將其所能提供的基本數(shù)據(jù)及服務(wù)，用基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）的變電站配置描述語言（SCL）來描述。ICD文件分為4個主要元素[2]：Header，Communication，IED和Data T-ype Templates，如圖3所示。其中，Header由特定IED模型文件的版本和訂正號以及名稱映射信息組成；Communication定義了裝置通信方式以及訪問點(diǎn)信息；IED是對裝置邏輯設(shè)備的具體描述，主要包含邏輯設(shè)備的組成（邏輯節(jié)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)對象）情況，以及邏輯設(shè)備與配置文件中其他元素的關(guān)系；Data Type Temp1ates部分定義了文件中所有邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性以及枚舉數(shù)據(jù)的模型等。

圖3 裝置ICD結(jié)構(gòu)圖

圖3展示了IEC61850的模型結(jié)構(gòu)，IED裝置有1個外部訪問節(jié)點(diǎn)（Access Point），包含服務(wù)器Server，服務(wù)器中包含1個LD，LD由1個LN0和24個LN構(gòu)成。而LN0里就包含定值數(shù)據(jù)集在內(nèi)的所有DataSet，如圖4所示。

該定值數(shù)據(jù)集引用了各邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為成員，并且成員的排列順序與裝置說明書定值單中定值的順序保持一致。圖4中l(wèi)d Inst為邏輯設(shè)備實(shí)例；Ln Class為邏輯節(jié)點(diǎn)類型；Ln Inst為區(qū)分相同類型邏輯節(jié)點(diǎn)而設(shè)的實(shí)例號；doName為數(shù)據(jù)名；fc則為數(shù)據(jù)的功能約束,該項(xiàng)值為SG，說明該數(shù)據(jù)集里數(shù)據(jù)為定值組數(shù)據(jù)。

圖4 定值數(shù)據(jù)集ICD結(jié)構(gòu)圖

3 定值組控制服務(wù)

定值遠(yuǎn)控操作需按IEC61850定義的服務(wù)來操作，按IEC61850定義，定值組控制模塊SGCB提供了激活定值區(qū)（Select ActiveSG）、選擇編輯定值區(qū)（Select EditSG）、設(shè)置定值（SetSG Values）、確認(rèn)修改定值（Confirm EditSG Values）、讀定值（GetSG Values）、讀定值控制塊內(nèi)容（GetSGCBValues），其服務(wù)說明如圖5所示。

圖5中SG的值由PDIF和PVOC 2個不同的邏輯節(jié)點(diǎn)提供，在這個模型中，有3組定值，圖左的Select ActiveSG服務(wù)決定選擇SG1號、2號、3號的哪組值復(fù)制到激活緩沖區(qū)（active buffer）。圖中選擇將SG1號設(shè)置成激活狀態(tài)。Select EditSG服務(wù)切換右側(cè)多路開關(guān)至SG3號，用GetSG Values和SetSG Values服務(wù)讀寫編輯緩沖區(qū)(edit buffer)的SG值。SG3號的值寫入編輯緩沖區(qū)后，客戶端以ConfirmEdit-SGValues確認(rèn)存儲在編輯緩沖區(qū)的新值。Get SGCB Values服務(wù)可以檢索SGCB的屬性。而SG中的DATA可以由GetSG Values服務(wù)直接訪問。

4 常見問題及處理

4.1 模型動態(tài)配置與靜態(tài)配置

某后臺軟件的定值召喚界面如圖6所示。由圖6看到定值召喚的數(shù)據(jù)有：當(dāng)前值、量綱、最小、最大值及步長，其中步長都為0顯然是錯誤的。

究其原因，是因?yàn)樵贗CD文件中，模型分為動態(tài)描述與靜態(tài)描述，所謂動態(tài)描述，就是配置文件中并不直接定義模型參數(shù)值，需要客戶根據(jù)ICD文件所描述的地址去裝置內(nèi)部讀取。而靜態(tài)配置，則是在ICD文件中直接定義模型參數(shù)值，后臺軟件只需解析ICD文件就能直接得到相關(guān)值，并不需要從裝置內(nèi)部讀取。因此，當(dāng)ICD中模型采用動態(tài)配置，而后臺不支持動態(tài)配置，就會發(fā)生如上所示錯誤。接地距離I段定值數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖7所示。量綱、最小值、最大值都是直接在ICD文件中定義，而數(shù)值、步長卻未直接定義，因?yàn)閿?shù)值必須是從裝置讀取，而量綱、最小值、最大值、步長等，按默認(rèn)為不改變，后臺只以靜態(tài)的方式解析量綱、最小值、最大值和步長。而由于ICD文件中并沒有步長值，因此后臺顯示出錯。解決方法1是將步長在ICD文件中賦值；方法2是要求后臺軟件按支持動態(tài)配置來設(shè)置。實(shí)際上，按IEC61850定義，建議后臺軟件能按動態(tài)方式來設(shè)計軟件。

圖5 定值組控制模塊SGCB及服務(wù)

圖6 后臺定值操作界面

圖7 接地距離I段定值ICD文件

圖8 后臺定值操作界面

4.2 ICD配置錯誤

由于廠家對IEC61850標(biāo)準(zhǔn)未理解透徹，ICD配置文件中也存在一定問題，量綱無法顯示如圖8所示。查看廠家ICD文件，失靈啟動相電流定值，其units直接寫成A，如圖9所示。顯然，ICD編寫人員想定義該單位為安培，然而根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)第七章6.9節(jié)規(guī)定，單位unit由SIUnit和multiplier共同構(gòu)成，SIUnit應(yīng)是從ISO/IEC1000導(dǎo)出的國際單位SI，對應(yīng)第七章附錄A列出1至74個值；multiplier定義了倍數(shù)值，對應(yīng)附錄A列出的從-24至24所表示的倍數(shù)值。由于廠家錯誤的方法描述單位，致使后臺軟件無法識別。

為正確定義單位A，應(yīng)將units重新定義，如圖10所示。SIUnit該項(xiàng)數(shù)值為5，從附錄A查詢，其值單位對應(yīng)為A，而multiplier數(shù)值為0，由附錄A查詢，對應(yīng)倍數(shù)為1。另外，召喚定值時還會出現(xiàn)諸如時間精度問題，比如實(shí)際配置為0.5s，而上召顯示為499ms，究其原因是建模中存在整形量和浮點(diǎn)量的不匹配，建議統(tǒng)一。

圖9 ICD文件中定值定義

圖10 units正確定義

5 結(jié)束語

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模的變電站設(shè)備，具備良好的互操作性，也使后臺對定值的操作相對容易，但由于IEC61850涵蓋意義廣泛，各廠家理解不一，加上實(shí)際建模中各種原因，配置文件會有不少的錯漏之處，因此在實(shí)際調(diào)試過程中，應(yīng)按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)所定義功能召喚定值，驗(yàn)證其所有功能，并在發(fā)現(xiàn)問題時，認(rèn)真研習(xí)其ICD文件，找出原因所在。

[1] 王麗華，江濤，盛曉紅，等.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)功能建模分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(2)：55-59．

[2] 范建忠，戰(zhàn)學(xué)牛，王海玲.基于IEC61850動態(tài)建立IED模型的構(gòu)想[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30(9)：76-79．