基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的FH3000型故障錄波器建模

王鳳祥 羅 彥

（1. 山東廣饒供電公司，山東 廣饒 257300；2. 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化高壓電氣研究室，成都 610039；3.成都府河電力成套設(shè)備有限責(zé)任公司，成都 610012）

1 FH3000型故障錄波器簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備特點(diǎn)

FH3000型故障錄波器是成都府河電力自動(dòng)化成套設(shè)備有限責(zé)任公司嚴(yán)格按照DL/T873-2004《微機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組動(dòng)態(tài)記錄裝置技術(shù)條件》、DL/T553～1994《220～500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》、DL/T663～1999《220～500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄裝置檢驗(yàn)測(cè)試要求》和繼電保護(hù)產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)自主開發(fā)設(shè)計(jì)的新型嵌入式發(fā)變組動(dòng)態(tài)記錄分析裝置。本裝置采用了當(dāng)今世界最先進(jìn)的DSP技術(shù)和通信技術(shù)，具有采樣速率高、軟件功能強(qiáng)大、記錄容量大等特點(diǎn)，并結(jié)合了電力系統(tǒng)的最新發(fā)展需要，具有常態(tài)記錄功能，是一種功能全面、性能可靠、技術(shù)先進(jìn)的電力故障動(dòng)態(tài)記錄與分析裝置，能夠滿足電力系統(tǒng)事故分析和通信發(fā)展對(duì)錄波和常態(tài)記錄的要求，適用于220kV及以上的變電所、發(fā)電廠及其它各種需要起動(dòng)錄波和長(zhǎng)時(shí)間常態(tài)記錄檢測(cè)的場(chǎng)所。

1.2 系統(tǒng)功能和裝置結(jié)構(gòu)

FH3000通過模塊化組合，實(shí)現(xiàn)96路模擬量輸入、192路開關(guān)量輸入、告警輸出、GPS（1PPS/1MPS/ IRIG-B）對(duì)時(shí)、顯示、打印、存儲(chǔ)、通信等功能，既能按照故障文件進(jìn)行分析，也能按照指定的時(shí)間段組織常態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠進(jìn)行故障分析（包括單端測(cè)距和雙端測(cè)距）、諧波分析、矢量分析、序分量分析、差流分析、阻抗分析，波形分析，以及數(shù)據(jù)通道任意組合顯示，相鄰線路數(shù)據(jù)，雙端數(shù)據(jù)的對(duì)照顯示等。

可記錄交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流、頻率、高頻模擬量、高頻開關(guān)量、開關(guān)狀態(tài)量、溫度量等；計(jì)算產(chǎn)生正序電壓、零序電壓、負(fù)序電壓、正序電流、零序電流、負(fù)序電流、有功功率、無功功率等。

FH3000硬件功能模塊包括：分析存儲(chǔ)管理模塊、采集模塊、測(cè)頻模塊、GPS模塊、告警模塊、電源模塊、模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊、通信接口、打印機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等。

2 FH3000型故障錄波器的服務(wù)器建模

2.1 服務(wù)器的信息模型設(shè)計(jì)

根據(jù) IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義的服務(wù)器模型，服務(wù)器應(yīng)至少包含Server對(duì)象，邏輯設(shè)備LD對(duì)象，邏輯節(jié)點(diǎn)LN對(duì)象，以及數(shù)據(jù)對(duì)象DO。這些組成服務(wù)器的基本對(duì)象必須按照 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)描述的服務(wù)器模型層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行組建。在基本對(duì)象模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要，應(yīng)向基本對(duì)象模型中添加以下對(duì)象。

（1）File對(duì)象：由于FH3000故障錄波器涉及到大量的錄波文件的管理，所以應(yīng)添加File對(duì)象，由該對(duì)象負(fù)責(zé)錄波器的文件服務(wù)。參照標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)ile對(duì)象應(yīng)安排在Server類中，器位置應(yīng)和LD處于相同層次。

（2）Association對(duì)象：因?yàn)镮EC61850對(duì)象模型最終要映射到報(bào)文服務(wù)規(guī)范MMS，所以根據(jù)MMS的要求，兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程在通信之前應(yīng)先建立關(guān)聯(lián)。Association對(duì)象就是為了管理關(guān)聯(lián)的建立而添加的。

（3）定值組控制塊：該對(duì)象用于管理成組命令的下發(fā)。

（4）報(bào)告控制塊：該對(duì)象用于管理報(bào)告服務(wù)。

（5）數(shù)據(jù)集：數(shù)據(jù)集對(duì)象用于管理成組的數(shù)據(jù)。

2.2 FH3000抽象服務(wù)接口的設(shè)計(jì)

由前面的分析可知，F(xiàn)H3000故障錄波器信息模型包含：Server對(duì)象、LD對(duì)象、LN、DO以及File、Association、定制組控制塊、報(bào)告控制塊等，因此由 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為這些對(duì)象定義的方法的總和就組成了抽象通信服務(wù)接口ACSI。FH3000故障錄波器的ACSI服務(wù)大致可以分為這樣幾類：讀/寫、控制，目錄/定義、定值服務(wù)、報(bào)告服務(wù)、文件傳輸?shù)取?/p>

綜合 FH3000的信息模型和抽象服務(wù)接口，可以得到FH3000的服務(wù)器模型框架如圖1所示。

圖1 FH3000的服務(wù)器模型框架

3 FH3000故障錄波器邏輯設(shè)備建模

3.1 命名空間的擴(kuò)展

IEC61850是用 SCL（Substation Configuration Language, 變電站配置描述語(yǔ)言）來描述邏輯設(shè)備模型的，SCL語(yǔ)言的基本元素是各個(gè)數(shù)據(jù)類和邏輯節(jié)點(diǎn)類。在 IEC61850.74和 IEC 61850.73，IEC61850.72中定義的每個(gè)類都有類名和與類有關(guān)的特定意義。幾乎所有的類都由其他類組成。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中定義的每個(gè)“名字”都有與應(yīng)用場(chǎng)合相關(guān)的語(yǔ)義。當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用中需要的某些信息無法在標(biāo)準(zhǔn)中找到完全對(duì)應(yīng)的描述時(shí)，此時(shí)就需要對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)屬性等進(jìn)行擴(kuò)展。

根據(jù)FH3000型故障錄波器邏輯設(shè)備模型的實(shí)際需要，本文依據(jù) IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的命名空間擴(kuò)展規(guī)則，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中原有的數(shù)據(jù)類型和邏輯節(jié)點(diǎn)類進(jìn)行了擴(kuò)展，添加了多個(gè)專有數(shù)據(jù)類型和邏輯節(jié)點(diǎn)類。

3.2 邏輯節(jié)點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)FH3000故障錄波器系統(tǒng)功能和裝置的結(jié)構(gòu)，參考IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)定義的統(tǒng)一對(duì)象模型，從IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一對(duì)象模型中派生出12個(gè)子類（邏輯節(jié)點(diǎn)），分別對(duì)應(yīng)于FH3000故障錄波器的12個(gè)子功能。這些子類（邏輯節(jié)點(diǎn)）分別是：LLN01(LLN0)；LPHD1(LPHD)；RDRE1(RDRE)；RFLO1(RFLO)；RDIR1(RDIR)；AnaRADR1～n1(RADR)；SeqRADR1～n2(RADR)；NegPowRADR1～n3(RADR)；FreRADR1～n4(RBDR)； RBDR1～n5(RBDR)； AlmGGIO1～8(GGIO)；RecGGIO1(GGIO)。

其中：

LLN01：基類是LLN0（邏輯節(jié)點(diǎn)零），包含邏輯設(shè)備的公共信息。

LPHD1：基類是LPHD（邏輯物理設(shè)備），包含物理設(shè)備的公共信息。

RDRE1：基類是RDRE（擾動(dòng)記錄），包含關(guān)于故障（擾動(dòng)）記錄公共設(shè)置及記錄的數(shù)據(jù)。

RFLO1：基類是RFLO（故障定位），包含關(guān)于故障位置的數(shù)據(jù)。

RDIR1：基類是RDIR（方向元件），包含關(guān)于故障方向的數(shù)據(jù)。

AnalRADR1～n1：基類是 RADR（擾動(dòng)記錄模擬通道），包括關(guān)于模擬通道故障記錄觸發(fā)及使能數(shù)據(jù)。

SeqRADR1～n2:基類是RADR，包括關(guān)于序量通道（包括正、負(fù)、零序）故障記錄觸發(fā)及使能數(shù)據(jù)。

NegPowRADR1～n3：基類是RADR，包括關(guān)于逆功率通道故障記錄觸發(fā)及使能數(shù)據(jù)。

FreRADR1～n4：基類是 RADR，包括關(guān)于頻率通道故障記錄觸發(fā)及使能數(shù)據(jù)。

RBDR1～n5：基類是RBDR（擾動(dòng)記錄狀態(tài)量通道），包括關(guān)于開關(guān)量通道故障記錄設(shè)置數(shù)據(jù)。

AlmGGIO1～8：基類是GGIO（通用輸入輸出），其中 AlmGGIO1主要包括 CPU0板的報(bào)警信息數(shù)據(jù)；AlmGGIO2～7主要包括CPU1～6板的報(bào)警信息數(shù)據(jù)；AlmGGIO8主要包括GPS的報(bào)警信息數(shù)據(jù)。

RecGGIO1：基類是GGIO，包括遠(yuǎn)程錄波控制數(shù)據(jù)。

圖2所示為邏輯設(shè)備的邏輯節(jié)點(diǎn)模型示意圖。

其中：

n1為邏輯節(jié)點(diǎn) AnaRADR實(shí)例數(shù)，取值范圍1～96，對(duì)應(yīng)96個(gè)模擬通道。

n2為邏輯節(jié)點(diǎn) SeqRADR實(shí)例數(shù)，取值范圍1～24，對(duì)應(yīng)24個(gè)序分量通道。

n3為邏輯節(jié)點(diǎn) NegPowRADR實(shí)例數(shù)，取值范圍1～12，對(duì)應(yīng)12個(gè)逆功率通道。

n4為邏輯節(jié)點(diǎn)FreRADR實(shí)例數(shù)，取值范圍1～4，對(duì)應(yīng)四個(gè)頻率通道。

n5為邏輯節(jié)點(diǎn)RBRD實(shí)例數(shù)，取值范圍1～192，對(duì)應(yīng)192個(gè)開關(guān)量通道。

3.3 邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)類型

本文設(shè)計(jì)的模型定義了300多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)比較龐大，故邏輯節(jié)點(diǎn)的類型定義不再一一詳述，現(xiàn)只簡(jiǎn)要介紹一下FH3000模型最典型的RDRE1節(jié)點(diǎn)。

圖2 邏輯設(shè)備建模

RDRE1是擾動(dòng)記錄邏輯節(jié)點(diǎn)RDRE的實(shí)例，該節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)行故障擾動(dòng)記錄工作，其數(shù)據(jù)表如表1所示。

表1 RDRE1數(shù)據(jù)

表中所示的數(shù)據(jù)類型 INC，INS，SPS等是IEC61850.73中定義的通用數(shù)據(jù)類。從表中可以看出，F(xiàn)ileNam和BayNam屬于Data擴(kuò)展，他們的屬性類型是STS，STS是擴(kuò)展的通用數(shù)據(jù)類。

經(jīng)過以上各項(xiàng)工作，根據(jù)SCL語(yǔ)法規(guī)范就可以描述出 FH3000型錄波器的邏輯設(shè)備模型了，也就是其 ICD文件（智能電子設(shè)備配置文件），限于篇幅，這個(gè)文件本文不再給出。

4 結(jié)論

本文完成的FH3000型故障錄波器的建模工作完全符合 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的要求，在實(shí)際應(yīng)用中也滿足了新型數(shù)字化變電站的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。目前，以本文設(shè)計(jì)的模型為基礎(chǔ)配置的FH3000型故障錄波器的服務(wù)器端已經(jīng)通過了中國(guó)電力科學(xué)研究院的一致性測(cè)試，并且該設(shè)備已經(jīng)在廣西550kV電站投入運(yùn)行。

[1] IEC 61850-5Communication Networks and Systems in Substation Part5: Communication Requirement for Functions and Device Models[S]. 2006.

[2] IEC 61850-6Communication Networks and Systems in Substation Part6: Configuration Description Language for Communication in Electrical Substation Related to IEDs[S].2006

[3] IEC 61850-7-3Communication Networks and Systems in Substation Part7-3: Basic Communicaton Structure for Substation and Feeder Equipment-Common Data Classes [S]. 2006.

[4] IEC 61850-7-4Communication Networks and Systems in Substation Part7-4: Basic Communicaton Structure for Substation and Feeder Equipment-Compatible Logical Node Classes and Data Classes [S]. 2006.

[5] 譚文恕.變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議 IEC 61850介紹 [J].電網(wǎng)技術(shù), 2001, 22(8).

[6] 孫軍平，盛萬興. 面向?qū)ο蟮淖冸娬揪W(wǎng)絡(luò)通信抽象模型[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2002,38(12).