智能變電站數(shù)據(jù)建模

馬澤菊，羅 建，黃益華，鐘加勇

(1.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400044;

2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053;3.重慶電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，重慶401123)

0 引言

智能變電站的一個(gè)重要特征是采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)建立數(shù)據(jù)模型，其數(shù)據(jù)模型的基本元素有服務(wù)器SERVER、邏輯設(shè)備LD、邏輯節(jié)點(diǎn)LN、數(shù)據(jù)對(duì)象DO、數(shù)據(jù)屬性DA、公共數(shù)據(jù)類，而邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)代表了核心功能。本文在分析智能變電站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和研究IEC 61850數(shù)據(jù)建模原理的基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討智能變電站數(shù)據(jù)建模的原則、流程及邏輯節(jié)點(diǎn)的建模。

1 建模的總體原則

IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)模型、服務(wù)以及建模方法。在對(duì)設(shè)備建模時(shí)應(yīng)基于面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷牒头謱哟蔚目傮w原則進(jìn)行，具體方法如下:

(1)與多個(gè)功能相關(guān)，或與全系統(tǒng)功能相關(guān)的數(shù)據(jù)，應(yīng)在公共的邏輯節(jié)點(diǎn)或者邏輯設(shè)備中建模;

(2)只與一個(gè)功能對(duì)象相關(guān)的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)屬性，應(yīng)建模在該功能對(duì)象中(包括對(duì)該對(duì)象的擴(kuò)展);

(3)物理設(shè)備(IED)建模時(shí)，應(yīng)建模為一個(gè)裝置對(duì)象，應(yīng)包含服務(wù)器SERVER對(duì)象，在SERVER對(duì)象中應(yīng)包含至少一個(gè)邏輯設(shè)備LD對(duì)象，在每個(gè)LD對(duì)象中應(yīng)至少包含3個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)LN對(duì)象［1］;

(4)服務(wù)器建模時(shí)，每個(gè)服務(wù)器應(yīng)有一個(gè)訪問點(diǎn)，支持與過程層自動(dòng)化的間隔層設(shè)備和變電站層設(shè)備通信，可采用不同訪問點(diǎn)分別與過程層及變電站層進(jìn)行通信;

(5)邏輯設(shè)備建模時(shí)，宜把某些具有公用特性的邏輯節(jié)點(diǎn)組合成一個(gè)邏輯設(shè)備;

(6)邏輯節(jié)點(diǎn)建模時(shí)，屬于同一功能對(duì)象的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性應(yīng)放在同一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)LN對(duì)象中，若標(biāo)準(zhǔn)的LN類不滿足功能對(duì)象的要求，可進(jìn)行LN類擴(kuò)展或者新建LN類，擴(kuò)展和新建應(yīng)遵循IEC 61850的規(guī)定。應(yīng)直接采用標(biāo)準(zhǔn)已明確定義的LN，不宜采用通用LN。

2 建模流程

裝置功能分解后得到的需要通信的最小功能單元，按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)7-4選擇合適的邏輯節(jié)點(diǎn)類對(duì)功能進(jìn)行建模。判斷已有的LN類是否滿足標(biāo)準(zhǔn)功能要求，如果滿足則采用已有的LN類;如果不滿足，則判斷已有的LN類是否滿足被建模功能的核心需求，如滿足核心需求，則可向該LN類添加新的數(shù)據(jù)來(lái)滿足功能的需求;如果標(biāo)準(zhǔn)已有的LN類不滿足被建模功能的核心需求，則可擴(kuò)展一個(gè)新的LN類。具體過程如圖1所示。

3 邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)的擴(kuò)展規(guī)則

在擴(kuò)展邏輯節(jié)點(diǎn)時(shí)，基本數(shù)據(jù)相同的功能，應(yīng)采用源于相同LN類的不同實(shí)例;如有合適的LN類符合被建模功能的需求，則邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例應(yīng)具有該LN類所有必選的屬性;如有合適的LN類符合被建模功能的核心建模需求，則可通過添加若干數(shù)據(jù)滿足被建模功能的建模需求;LN類的名字不變;如沒有合適的LN類符合被建模功能的核心需求，則要求新建LN類的名稱首字母應(yīng)符合IEC 61850所規(guī)定的邏輯節(jié)點(diǎn)組相關(guān)前綴的要求，應(yīng)符合DL/T860命名空間的要求，不可與IEC 61850中已存在的LN類名稱沖突。

圖1 數(shù)據(jù)建模流程

在擴(kuò)展數(shù)據(jù)時(shí)，添加或擴(kuò)展數(shù)據(jù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中定義的LN類中已有的數(shù)據(jù)，如在一個(gè)LN實(shí)例中存在該數(shù)據(jù)類的多個(gè)實(shí)例，可在數(shù)據(jù)后擴(kuò)展數(shù)字后綴;如果LN類中已有的可選數(shù)據(jù)能滿足要求，則應(yīng)使用可選數(shù)據(jù);如果標(biāo)準(zhǔn)中定義的LN類不滿足建模需求，需要添加數(shù)據(jù)時(shí)，如IEC 61850-7-4的第6節(jié)數(shù)據(jù)名稱語(yǔ)義中規(guī)定的數(shù)據(jù)能滿足需要添加的數(shù)據(jù)的需求，則應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)添加到該LN類;如果標(biāo)準(zhǔn)中定義的LN類不滿足建模需求，需要添加數(shù)據(jù)時(shí)，如IEC 61850-7-4的第6節(jié)數(shù)據(jù)名稱語(yǔ)義中規(guī)定的數(shù)據(jù)不能滿足添加數(shù)據(jù)的需求，則新建數(shù)據(jù)的名稱，應(yīng)盡量采用IEC 61850-7-4的第4節(jié)規(guī)定的縮寫，通過組合形成新的數(shù)據(jù)名稱，采用IEC 61850-7-2規(guī)定的通用數(shù)據(jù)類和基本數(shù)據(jù)類型，新建數(shù)據(jù)的名稱不可與已有數(shù)據(jù)名稱沖突，應(yīng)符合IEC 61850的命名空間要求。不宜擴(kuò)充通用數(shù)據(jù)類、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和基本數(shù)據(jù)類型，宜通過擴(kuò)展邏輯節(jié)點(diǎn)來(lái)滿足需求。

4 邏輯節(jié)點(diǎn)的建模

4.1 測(cè)控裝置的邏輯節(jié)點(diǎn)建模

4.1.1 模擬量數(shù)據(jù)建模

屬于同一測(cè)量對(duì)象的數(shù)據(jù)宜建立在同一LN中。交流標(biāo)量用于建模頻率、功率因數(shù)等標(biāo)量信息宜采用MV進(jìn)行建模;交流矢量用于建模電壓、電流等矢量信息，數(shù)據(jù)類型為 Vector，單項(xiàng)值宜采用CMV，三相值相到地的值宜采用WYE，相到相的值宜采用DEL;直流量宜采用MV進(jìn)行建模;溫度、濕度、壓力等使用GGIO中的Ain建模。

4.1.2 開關(guān)量數(shù)據(jù)建模

當(dāng)斷路器、刀閘接入雙位置時(shí)，斷路器使用邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR，隔離開關(guān)使用邏輯節(jié)點(diǎn)XSWI，位置采用數(shù)據(jù)Pos，數(shù)據(jù)屬性均采用stVal建模。若過程層設(shè)備智能化，斷路器邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR和刀閘邏輯節(jié)點(diǎn)XSWI則位于過程層智能設(shè)備，間隔層測(cè)控裝置通過GOOSE接收過程層智能設(shè)備的斷路器、隔離開關(guān)的位置信息。這些位置信息在間隔層設(shè)備建模為CSWI(與該斷路器或者隔離開關(guān)的控制模型對(duì)應(yīng))，采用數(shù)據(jù)對(duì)象Pos的數(shù)據(jù)屬性stVal，供站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備交換信息使用。若過程層設(shè)備非智能化，對(duì)站控層設(shè)備通信，斷路器、隔離開關(guān)位置信息在間隔層設(shè)備建模為CSWI(與該斷路器或者隔離開關(guān)的控制模型對(duì)應(yīng))，采用數(shù)據(jù)Pos，數(shù)據(jù)屬性stVal。由于無(wú)智能化過程層設(shè)備，故斷路器邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR和刀閘邏輯節(jié)點(diǎn)XSWI則位于間隔層智能設(shè)備。

斷路器、隔離開關(guān)接入單位置，建模分為過程層設(shè)備智能化具有過程層通信、過程層設(shè)備非智能化無(wú)過程層通信兩種情況。過程層設(shè)備智能化，具有過程層通信時(shí)，由過程層智能設(shè)備處理單位置到雙位置的轉(zhuǎn)換，建模同斷路器位置接入合位和分位，具有過程層通信的模型;過程層設(shè)備非智能化，無(wú)過程層通信時(shí)，由間隔層智能設(shè)備處理單位置到雙位置的轉(zhuǎn)換，建模同斷路器位置接入合位和分位，具有過程層通信的模型。

地刀位置接入雙(或單)位置，建模同刀閘接入雙(或單)位置建模，地刀不控制，只接入位置的情況，將 CSWI.Pos.ctlModel值置為0，即只有狀態(tài)(status-only)。

4.1.3 控制數(shù)據(jù)建模

(1)斷路器及刀閘控制建模。對(duì)斷路器和隔離開關(guān)的控制均使用CSWI實(shí)例，斷路器控制模型中無(wú)壓合、有壓合、合環(huán)合分別建不同實(shí)例的CSWI，采用CSWI中Check的sync位區(qū)分同期合與強(qiáng)制合，強(qiáng)制合不單獨(dú)建實(shí)例;遙控返回的原因代碼應(yīng)按IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)定義統(tǒng)一使用;控制模型的數(shù)據(jù)類型見國(guó)網(wǎng)IEC 61850工程應(yīng)用模型統(tǒng)一定義如SBOw、Oper、Cancel等;接地開關(guān)不控制，只接入位置的情況，將CSWI.Pos.ctlModel值置為0，即只有狀態(tài)(status-only)。

(2)變壓器控制建模。變壓器本體測(cè)控用ATCC，智能終端用YLTC。對(duì)于分相的變壓器檔位，智能終端使用三個(gè)YLTC實(shí)例對(duì)應(yīng)三個(gè)相別;測(cè)控裝置如需分相控制建模則作為三個(gè)ATCC實(shí)例來(lái)建模，若不分相控制，則在一個(gè)ATCC中擴(kuò)展TapChgA、TapChgB、TapChgC表示分相的檔位。在 ATCC中擴(kuò)展 OpHi、OpLo、OpStop 三個(gè) DO，類型為 ACT，用于發(fā)出GOOSE命令。

4.1.4 其他數(shù)據(jù)建模

其它控制功能如小電流接地試跳，根據(jù)采用單點(diǎn)或雙點(diǎn)模型，分別使用GAPC實(shí)例的SPCSO數(shù)據(jù)或DPCSO數(shù)據(jù)。

4.2 保護(hù)裝置的邏輯節(jié)點(diǎn)建模

保護(hù)裝置的邏輯節(jié)點(diǎn)建模主要包括定值建模、錄波建模、保護(hù)事件數(shù)據(jù)建模、保護(hù)動(dòng)作建模。下面分別對(duì)這幾個(gè)方面的建模展開討論。

定值建模時(shí)，例如公共控制字、距離保護(hù)控制字、縱聯(lián)保護(hù)控制字、差動(dòng)控制字等這些控制字與多個(gè)功能邏輯節(jié)點(diǎn)相關(guān)，應(yīng)位于保護(hù)LD，擴(kuò)展在LN0中;控制字按照投退方式建模時(shí)，與系統(tǒng)相關(guān)的控制字建模在保護(hù)LD，擴(kuò)展在LN0中;與具體功能相關(guān)的控制字，建模在相關(guān)的功能LN中;如電流I段投入控制字?jǐn)U展建模在電流一段的功能LN中。與某幾個(gè)具體功能LN相關(guān)的定值，如接地距離電阻定值、相間距離電阻定值、電抗零序補(bǔ)償系數(shù)、電阻零序補(bǔ)償系數(shù)等，定值模型位于功能LN所在的LD。

錄波建模時(shí)，錄波數(shù)據(jù)模型應(yīng)位于錄波邏輯設(shè)備，采用邏輯節(jié)點(diǎn)RDRE建模，下列數(shù)據(jù)對(duì)象Rcd-Made和FltNum是必需的，RcdMade為true時(shí)，表示錄波完成;FltNum表示用于區(qū)別故障的序號(hào)，用十進(jìn)制表示。

保護(hù)事件數(shù)據(jù)建模時(shí)，其模型應(yīng)位于保護(hù)相關(guān)邏輯設(shè)備，保護(hù)事件相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)象的通用數(shù)據(jù)類是ACT、ACD。保護(hù)LN類中擴(kuò)展一個(gè)DO，建模保護(hù)動(dòng)作相對(duì)時(shí)間 RltTmms(Relative Time)，CDC采用INS。告警建模時(shí)，裝置告警、通信告警可位于設(shè)備的公共LD，如通信插件告警等;保護(hù)告警可位于保護(hù)LD，如過負(fù)荷告警等。

保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)建模時(shí)，動(dòng)作邏輯節(jié)點(diǎn)PTRC的數(shù)據(jù)對(duì)象Op或Tr的數(shù)據(jù)類型分為了ACT和ACT_3P兩種類型，其中ACT類型不包含可選的DA:phsA、phsB、phsC、neut，ACT_3P 則包含 phsA、phsB、phsC、neut，保護(hù)裝置應(yīng)根據(jù)是否要帶分相信息選擇兩種類型之一使用。

對(duì)于ASG、ING、SPG等數(shù)據(jù)類型，當(dāng)用于不分區(qū)定值時(shí)，其FC屬性為SP，用于分區(qū)定值時(shí)，其FC屬性為SG。為了適應(yīng)這兩種情況，國(guó)網(wǎng)IEC 61850工程應(yīng)用模型統(tǒng)一定義了 ASG_SP、ING_SP、SPG_SP和ASG_SG、ING_SG、SPG_SG分別用于不分區(qū)和分區(qū)的定值。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)智能變電站數(shù)據(jù)建模的相關(guān)規(guī)范，分別對(duì)測(cè)控裝置的模擬量、開關(guān)量、控制量的建模和保護(hù)裝置的定值、錄波、保護(hù)事件、保護(hù)動(dòng)作邏輯節(jié)點(diǎn)建模進(jìn)行了具體的描述。

［1］羅四倍，黃潤(rùn)長(zhǎng)，崔琪，等.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο笏枷氲腎ED建模［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，(17):88-92.

［2］高慧.IEC 61850故障信息系統(tǒng)主站的建模及應(yīng)用［D］.北京:華北電力大學(xué)(北京)，2009:5-15.

［3］廖澤友，孫莉，賀岑，等.IED遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)建模［J］.繼電器，2006，(20):40-43.