智能變電站信息分級(jí)及遠(yuǎn)動(dòng)模型映射研究

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(jí)調(diào)度職能要求，提出了一種在智能變電站子站端對(duì)調(diào)度信息進(jìn)行分級(jí)和遠(yuǎn)傳的方案。在子站端開(kāi)發(fā)信息分級(jí)功能模型和軟件處理模塊，對(duì)子站端電網(wǎng)模型（IEC61850）與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(jí)，并通過(guò)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(jí)；模型映射；電網(wǎng)模型；IEC61850；IEC104

中圖分類(lèi)號(hào)：TM319；TM769 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

當(dāng)前，國(guó)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(jí)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(dòng)化、互動(dòng)化特征。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，變電站數(shù)量越來(lái)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(zhǎng)[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(cuò)。

本文針對(duì)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(cuò)的問(wèn)題，結(jié)合不同級(jí)別調(diào)度職能需求，對(duì)智能變電站遠(yuǎn)傳信息進(jìn)行分級(jí)技術(shù)研究，制定遠(yuǎn)傳信息的分級(jí)規(guī)則和系統(tǒng)解決方案；經(jīng)過(guò)對(duì)變電站子站端（簡(jiǎn)稱(chēng)子站端）電網(wǎng)模型與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的映射研究及其他相關(guān)模型映射研究，在子站端遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)軟件模塊，實(shí)現(xiàn)子站端信息分級(jí)和調(diào)度信息分級(jí)遠(yuǎn)傳。

2 技術(shù)方案（Technical solution）

2.1 研究?jī)?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(jí)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(jí)規(guī)則和相關(guān)配套技術(shù)?，F(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(lèi)研究。

（2）子站電網(wǎng)模型（IEC61850）與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的映射研究。

（3）信息編碼規(guī)范與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的映射研究。

（4）子站與主站的智能信息分級(jí)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(jí)遠(yuǎn)傳，需對(duì)子站端進(jìn)行相應(yīng)的信息模型研究并開(kāi)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(guò)“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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的映射文件（mapinfo.xml）”，存入“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（db）”，結(jié)合“智能信息分類(lèi)研究（dbedit）”結(jié)果和“信息編碼規(guī)范與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的映射研究”生成“信息編碼規(guī)范與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(jí)交互研究（IEC104）”把分級(jí)后的子站端信息送至主站端。

主站通過(guò)實(shí)時(shí)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(kāi)敘述，計(jì)劃另撰文闡述[3]。

3 信息分級(jí)及子站端實(shí)現(xiàn)（Information classification）

電力調(diào)度分級(jí)劃分為國(guó)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(jí)對(duì)變電站內(nèi)不同設(shè)備信息進(jìn)行分級(jí)采集，如圖2所示。

圖2 調(diào)度信息分級(jí)圖

Fig.2 Dispatching information classification diagram

子站端遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)采集變電站的一次設(shè)備、過(guò)程層設(shè)備、間隔層設(shè)備及站控層設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)控信息，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（db）與內(nèi)置調(diào)度分級(jí)系統(tǒng)，根據(jù)不同調(diào)度需求和信息分類(lèi)規(guī)則，生成各級(jí)調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)（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(jí)調(diào)度中心。信息分類(lèi)一般規(guī)則按一次設(shè)備（開(kāi)關(guān)、刀閘、機(jī)構(gòu)、測(cè)量等）、過(guò)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(dòng)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(jí)模塊及映射研究（Model mapping）

根據(jù)智能變電站信息分級(jí)和各級(jí)調(diào)度采集規(guī)則，利用智能化信息分級(jí)遠(yuǎn)傳軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息分級(jí)以及遠(yuǎn)傳功能。子站端軟件主要包含五個(gè)模塊：（1）智能信息分類(lèi)功能模塊；（2）全站信息建模功能模塊；（3）遠(yuǎn)傳分級(jí)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(lèi)模塊根據(jù)關(guān)鍵詞和相關(guān)定義建立分類(lèi)規(guī)則庫(kù)，在全站信息建模時(shí)按分類(lèi)規(guī)則自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全站信息的分類(lèi)，并生成智能分類(lèi)后的全站信息數(shù)據(jù)庫(kù)（db），由遠(yuǎn)程分級(jí)模塊對(duì)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程信息分級(jí)，通過(guò)IEC104遠(yuǎn)傳通信模塊及IEC61970模型映射功能模塊把分級(jí)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(shí)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(shí)，一個(gè)或多個(gè)信息體和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的公共時(shí)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(shí) 數(shù)據(jù)單元類(lèi)型 類(lèi)型標(biāo)識(shí)

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(shí)標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)信息分級(jí)及控制功能IEC104規(guī)約擴(kuò)充了兩個(gè)ASDU：信息分級(jí)傳送文件（ASDU54）和信息分級(jí)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(jí)傳送文件ASDU54

字節(jié) 報(bào)文內(nèi)容 說(shuō)明

1 類(lèi)型標(biāo)識(shí)（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(qǐng)求/下發(fā)文件）

<7>：=激活確認(rèn)（響應(yīng)請(qǐng)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(lèi)型標(biāo)識(shí)

<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(jí)傳送等級(jí)：

<0x7002> ：= 縣調(diào)

<0x7003> ：= 地調(diào)

<0x7004> ：= 省調(diào)

8 信息分級(jí)起始地址

9 0

10 1-站端上傳文件

2-主站下發(fā)含點(diǎn)號(hào)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(jí)文件（ASDU127）

字節(jié) 報(bào)文內(nèi)容 說(shuō)明

1 類(lèi)型標(biāo)識(shí)（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(wú)后續(xù)幀；1：有后續(xù)幀

8 信息文件傳送等級(jí) 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(zhǎng)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(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的映

射研究

子站端電網(wǎng)模型（IEC61850）不對(duì)具體的通信技術(shù)和采用的通信協(xié)議做出限定，滿(mǎn)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(wèn)題[6]。子站端電網(wǎng)模型（IEC61850）與遠(yuǎn)動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（db）的關(guān)聯(lián)關(guān)系，映射研究?jī)?nèi)容包括：（1）站內(nèi)IED與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)IED地址的映射；（2）遙測(cè)類(lèi)的映射；（3）遙信類(lèi)的映射；（4）遙控類(lèi)的映射；（5）遙脈類(lèi)的映射；（6）定值類(lèi)的映射。如下：

（1）站內(nèi)IED與實(shí)時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)IED地址的映射

選擇一個(gè)SCD文件查找到其中的IED名稱(chēng)進(jìn)行IED映射，給每個(gè)IED分配IED地址。網(wǎng)關(guān)的名稱(chēng)命名為IED名稱(chēng)。 如表2所示。

表2 IED影射表

Tab.2 IED mapping table

IED名稱(chēng) IED地址（網(wǎng)關(guān)編號(hào)與IED地址相同）

E1Q1SB1 01

E1Q1SB3 02

E1Q1SB43 03

（2）遙測(cè)類(lèi)的映射

遙測(cè)類(lèi)的映射CDC類(lèi)型：MV、CMV BSC、WYE、DEL等。如表3所示。

表3 遙測(cè)數(shù)據(jù)影射表

Tab.3 Analogue information mapping table

屬性 轉(zhuǎn)換方法 說(shuō)明

系統(tǒng)編號(hào) 遙測(cè)庫(kù)遞增 也可以先填為某個(gè)數(shù)，然后通過(guò)工具自動(dòng)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(shí)，設(shè)為0；MV類(lèi)型：偏移為sVC.offset；CMV類(lèi)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(shí)，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(dòng)規(guī)約。遠(yuǎn)動(dòng)界面值需要處理）；MV類(lèi)型：系數(shù)為sVC.scaleFactor；CMV類(lèi)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(lèi)別 默認(rèn)為A

ASDU地址 裝置地址+LD序號(hào) 本裝置內(nèi)第一個(gè)LD序號(hào)為1，第二個(gè)為2，以此類(lèi)推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號(hào)

ASDU類(lèi)型 默認(rèn)為9

信息體地址 從4001開(kāi)始遞增

（3）遙信類(lèi)的映射

CDC類(lèi)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(shuō)明

系統(tǒng)編號(hào) 遙測(cè)庫(kù)遞增 也可先填為某個(gè)數(shù)，然后通過(guò)工具自動(dòng)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(jí)別 默認(rèn)為告警

SOE 默認(rèn)為false

ASDU地址 裝置地址+LD序號(hào) 本裝置內(nèi)第一個(gè)LD序號(hào)為1，第二個(gè)為2，以此類(lèi)推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號(hào)

信息體地址 從0001開(kāi)始遞增

（4）遙控類(lèi)的映射

CDC類(lèi)型：SPC、DPC、INC、BSC（遙調(diào)）、ISC（遙調(diào)）、APC等。如表5所示。

表5 遙控?cái)?shù)據(jù)影射表

Tab.5 Control information mapping table

屬性 轉(zhuǎn)換方法 說(shuō)明

系統(tǒng)編號(hào) 遙測(cè)庫(kù)遞增 可先填為某個(gè)數(shù)，然后通過(guò)工具自動(dòng)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(hào) 第一個(gè)LD序號(hào)為1，第二個(gè)為2，以此類(lèi)推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號(hào)

信息體地址 從6001遞增

ASDU類(lèi)型 默認(rèn)為46 BSC、ISC設(shè)為47

（5）遙脈類(lèi)的映射

CDC類(lèi)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(shuō)明

系統(tǒng)編號(hào) 遙測(cè)庫(kù)遞增 也可先填為某個(gè)數(shù)，然后通過(guò)工具自動(dòng)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(hào) 裝置內(nèi)第一個(gè)LD序號(hào)為1，第二個(gè)為2，以此類(lèi)推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號(hào)

信息體地址 從6401開(kāi)始遞增

ASDU類(lèi)型 默認(rèn)為15

（6）定值類(lèi)的映射

映射定值數(shù)據(jù)集，是為了配合國(guó)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(shuō)明

注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU，然后獲取desc，或可定制

類(lèi)型 隨意值（暫定為31） 沒(méi)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(hào) 本裝置內(nèi)第一個(gè)LD序號(hào)為1，第二個(gè)為2，以此類(lèi)推。裝置地址=網(wǎng)關(guān)編號(hào)

ASDU類(lèi)型 默認(rèn)為33 沒(méi)有使用

信息體地址 從3001開(kāi)始遞增

5 工程應(yīng)用（Application）

在變電站子站端遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試界面中增加調(diào)度分級(jí)配置功能，可以方便配置信息分級(jí)，如圖4所示。

圖4 分級(jí)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(jí)功能的子站遠(yuǎn)動(dòng)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(duì)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(jí)和遠(yuǎn)傳方案。通過(guò)進(jìn)行子站端電網(wǎng)模型（IEC61850）與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（db）映射研究，分析了站內(nèi)IED與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)IED地址、遙測(cè)類(lèi)的映射、遙信類(lèi)、遙控類(lèi)、遙脈類(lèi)、定值類(lèi)的映射；子站端開(kāi)發(fā)相應(yīng)軟件模塊，實(shí)現(xiàn)基于調(diào)度信息分級(jí)規(guī)則、IEC104擴(kuò)展協(xié)議的子站端調(diào)度信息的自動(dòng)分級(jí)處理及遠(yuǎn)傳。

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[4] DL/T634.5104-2002遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5-104部分傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的 IEC60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)[S].

[5] 湯震宇，等.變電站程序化操作的遠(yuǎn)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（13）：83-87.

[6] 古鋒，等.1IEC61850到 IEC60870-5-101/104 映射的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2007，35（6）：54-58.

作者簡(jiǎn)介：

劉寶江（1977-），男，本科，工程師.研究領(lǐng)域：變電站自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)技術(shù).

魏 勇（1973-），男，碩士，高級(jí)工程師.研究領(lǐng)域：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù).