IEC 61850應(yīng)用于分布式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的模型

朱正誼, 徐丙垠, Tony YIP, 陳 羽, 于強(qiáng)強(qiáng), 李 妍

(1. 國(guó)網(wǎng)南京供電公司, 江蘇省南京市 210019; 2. 山東理工大學(xué)智能電網(wǎng)研究院, 山東省淄博市 255049; 3. 山東科匯電力自動(dòng)化股份有限公司, 山東省淄博市 255087; 4. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 江蘇省南京市 210008)

0 引言

饋線自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，它可以自動(dòng)完成配電網(wǎng)線路的故障區(qū)段定位、隔離和供電恢復(fù)(FLISR)功能,將停電時(shí)間從原來(lái)的幾小時(shí)縮短至分鐘級(jí)甚至秒級(jí),從而顯著提高供電可靠性[1]。近年來(lái),基于終端對(duì)等通信的分布式智能FA技術(shù),既可以利用多個(gè)站點(diǎn)的測(cè)量信息提高保護(hù)控制性能,又能避免主站集中式控制帶來(lái)的通信與數(shù)據(jù)處理延時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題,是FA技術(shù)的重要發(fā)展方向[2-3]。分布式FA涉及眾多設(shè)備的信息交換,不僅包括配電終端之間,還包括配電終端與變電站保護(hù)設(shè)備以及與分布式電源監(jiān)控單元之間等。這些智能電子設(shè)備(IED)來(lái)自不同的供應(yīng)商,如果要實(shí)現(xiàn)互操作和互聯(lián)互通,必然要遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議。而IEC 61850已經(jīng)成熟應(yīng)用于變電站自動(dòng)化(SA)系統(tǒng)的保護(hù)、控制、測(cè)量等方面,并逐步推廣應(yīng)用到變電站之外的領(lǐng)域,包括水電廠監(jiān)控、分布式能源監(jiān)控、變電站之間的通信等[4]。因此,很有必要將IEC 61850擴(kuò)展至配電自動(dòng)化領(lǐng)域,使配電終端和其他自動(dòng)化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的信息模型、通信服務(wù)接口和配置方法,實(shí)現(xiàn)多種類型IED之間的無(wú)縫通信和互操作,進(jìn)而有利于實(shí)現(xiàn)分布式控制技術(shù)[5]。

當(dāng)前,國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)第57分會(huì)第17工作組(IEC TC57 WG17)已經(jīng)起草了IEC 61850-90-6技術(shù)報(bào)告[6],用于指導(dǎo)配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn),其中包括配電自動(dòng)化系統(tǒng)分布式FLISR的典型用例分析,以及通信需求、邏輯節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)集成及配置方法等。國(guó)內(nèi)外關(guān)于配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用IEC 61850的研究主要集中在信息模型和通信服務(wù)映射上,例如小電流接地故障選線、檢測(cè)的邏輯節(jié)點(diǎn)[7];配電終端的IEC 61850到制造業(yè)報(bào)文規(guī)范(MMS)、IEC 60870-5-101/104和WebService等協(xié)議的通信映射方法[8-9];基于IEC 61850的分布式能源智能監(jiān)控終端的通信模型[10];基于IEC 61850的微電網(wǎng)控制架構(gòu)和控制模型[11-12];基于IEC 61850的集中式FA信息模型[13];IEC 61850映射到可擴(kuò)展消息和在線表示協(xié)議(XMPP)的方法[14]等。文獻(xiàn)[15]研究了SA系統(tǒng)基于IEC 61850 Ed2.0的工程配置應(yīng)用方案。文獻(xiàn)[16]提出了基于IEC 61850的智能分布式FA系統(tǒng)模型擴(kuò)展和系統(tǒng)配置原則,但并未給出邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)象模型和具體配置內(nèi)容。文獻(xiàn)[17]提出IEC 61850應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的配置方法,但采用變電站拓?fù)淠Ｐ蛠?lái)兼容地描述饋線拓?fù)?可能會(huì)造成語(yǔ)義不明確,且尚未考慮FA與SA系統(tǒng)的信息交互問(wèn)題。

本文分析了分布式FA應(yīng)用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的必要性,以IEC 61850-90-6技術(shù)報(bào)告的故障指示器邏輯節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ),提出了分布式FLISR的信息模型及通信服務(wù)映射,擴(kuò)展了基于IEC 61850系統(tǒng)配置語(yǔ)言(SCL)的配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?提出了分布式FA與SA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的配置方法。

1 分布式FA應(yīng)用IEC 61850的必要性

智能分布式FA是指不需要配電自動(dòng)化主站控制,通過(guò)終端之間的通信和配合,在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),定位和隔離故障區(qū)域并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。

1.1 分布式FA的通信要求

分布式FA將故障定位、隔離功能部署到各開(kāi)關(guān)的智能監(jiān)控終端,利用相鄰終端交換故障檢測(cè)信息來(lái)確定故障區(qū)段的位置,然后跳開(kāi)故障區(qū)段兩側(cè)的開(kāi)關(guān)完成故障隔離。對(duì)于供電恢復(fù)功能,因需綜合考慮饋線環(huán)網(wǎng)區(qū)域的實(shí)時(shí)拓?fù)?、開(kāi)環(huán)運(yùn)行、電壓約束等多種“區(qū)域性”信息,很難讓每個(gè)終端都具備供電恢復(fù)控制器(SRC)功能。比較有代表性的方法是面向每條饋線設(shè)置SRC,如文獻(xiàn)[18]提出的負(fù)荷控制代理(LCA);或者面向一個(gè)饋線環(huán)網(wǎng)區(qū)域設(shè)置SRC,如文獻(xiàn)[19]提出的中心代理(central agent)。對(duì)一個(gè)分布式FA系統(tǒng),其信息交互如圖1所示。

圖1 分布式FA的信息交互示意圖Fig.1 Schematic diagram of information exchange in distributed FA system

假設(shè)在F1處發(fā)生永久性故障,則設(shè)備之間的信息流如箭頭線所示,具體過(guò)程如下：①饋線終端FTU01,FTU1,FTU2檢測(cè)到故障信號(hào)而啟動(dòng)故障定位功能,同時(shí)發(fā)布故障檢測(cè)(變位)信號(hào)；②FTU1發(fā)布的故障檢測(cè)信號(hào)將成為FTU01故障定位的閉鎖信號(hào),FTU01和FTU2的故障檢測(cè)信號(hào)將閉鎖FTU1的故障定位功能，而FTU2未收到FTU3或FTU9的閉鎖信號(hào),故判斷出故障區(qū)間為開(kāi)關(guān)S2-S3-S9所構(gòu)成的區(qū)間；③FTU2使能本地的故障隔離功能,繼而跳開(kāi)S2,并將故障定位信號(hào)發(fā)布至FTU3和FTU9，后二者也將使能故障隔離功能,跳開(kāi)本地開(kāi)關(guān)S3和S9；④FTU2,FTU3,FTU9向SRC1上報(bào)故障隔離成功的信號(hào),SRC1從而得知故障區(qū)間的位置并啟動(dòng)供電恢復(fù)；⑤SRC1從FTU3獲得失電負(fù)荷電流(容量)測(cè)量值,從SRC2獲得聯(lián)絡(luò)饋線可轉(zhuǎn)供的容量裕度值,并制定出供電恢復(fù)策略即閉合S4；⑥SRC1通過(guò)FTU4對(duì)開(kāi)關(guān)S4進(jìn)行閉合操作,最終完成FLISR過(guò)程。

因此,分布式FA系統(tǒng)具有以下重要的通信要求:①相鄰終端之間需要快速地交換故障檢測(cè)、定位、隔離等狀態(tài)信息;②一個(gè)終端需要同時(shí)向多個(gè)相鄰終端傳遞數(shù)據(jù);③SRC需要對(duì)其他終端的開(kāi)關(guān)進(jìn)行遙控操作,且終端之間要求快速交換狀態(tài)信息。因此,通信網(wǎng)絡(luò)必須采用光纖等電力專網(wǎng)的方式，以保障信息安全和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

1.2 應(yīng)用IEC 61850的必要性

現(xiàn)有的配電自動(dòng)化通信協(xié)議,如IEC 60870-5-101/104(簡(jiǎn)稱101/104協(xié)議)等,無(wú)法滿足分布式FA的通信要求,主要原因如下。

1)101/104等協(xié)議的應(yīng)用層數(shù)據(jù)僅包含遙信、遙測(cè)、遙控等簡(jiǎn)單類型信息,自描述性差。目前,配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用101/104協(xié)議時(shí),不同廠商的終端必須通過(guò)信息點(diǎn)表來(lái)說(shuō)明終端所傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)際含義,依靠人工核對(duì)信息點(diǎn)表的方式實(shí)現(xiàn)終端到主站的集成。而分布式FA要求終端之間實(shí)現(xiàn)互操作,如果采用現(xiàn)有通信協(xié)議,則大量終端之間也需人工核對(duì)信息點(diǎn)表來(lái)相互解析對(duì)方數(shù)據(jù)。顯然,這種方式會(huì)帶來(lái)巨大的配置和調(diào)試工作量,并不可行。

2)分布式FA涉及配電終端之間的“一發(fā)多收”通信,且要求很高的通信實(shí)時(shí)性。而101/104協(xié)議采用面向連接的客戶端/服務(wù)器通信模式,僅適用于中低速報(bào)文的傳輸。

因此,分布式FA很有必要應(yīng)用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)以解決上述問(wèn)題,主要包括以下幾個(gè)方面。

1)應(yīng)用IEC 61850建立統(tǒng)一的信息模型、信息交換模型和通信服務(wù)映射,利用基于SCL模型的配置文件實(shí)現(xiàn)終端的自描述。配置工具通過(guò)自動(dòng)解析和處理SCL文件可獲取終端的數(shù)據(jù)模型,建立終端之間的通信數(shù)據(jù)流,實(shí)現(xiàn)終端之間的互操作?？梢源蟠蠼档拖到y(tǒng)集成和終端配置的復(fù)雜度,實(shí)現(xiàn)終端的“即插即用”。

2)IEC 61850制定的面向通用對(duì)象的變電站事件(GOOSE)服務(wù)完全滿足分布式FA終端之間的高實(shí)時(shí)性組播通信要求。同時(shí)IEC 61850還定義了其他功能豐富的通信服務(wù)接口,充分滿足分布式FA各類報(bào)文的傳輸要求。

因此,分布式FA應(yīng)用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)能夠統(tǒng)一信息模型和配置描述規(guī)范,有效減少終端的配置和調(diào)試工作量,從而實(shí)現(xiàn)終端的互操作與“即插即用”。

2 分布式FA的信息模型

按照IEC 61850的信息建模原則,分布式FA可分解為故障指示、故障區(qū)段定位、故障區(qū)段隔離和供電恢復(fù)4個(gè)基本功能,并分別構(gòu)建邏輯節(jié)點(diǎn)。本文利用IEC 61850-90-6技術(shù)報(bào)告中所提故障指示器邏輯節(jié)點(diǎn)(SFPI),新建了分布式故障定位邏輯節(jié)點(diǎn)(AFSL)、故障隔離邏輯節(jié)點(diǎn)(AFSI)和供電恢復(fù)控制邏輯節(jié)點(diǎn)(ASRC)來(lái)構(gòu)成分布式FA功能的信息模型。其中,SFPI負(fù)責(zé)提供饋線在各監(jiān)控終端處的故障信號(hào)檢測(cè)情況,并將檢測(cè)結(jié)果提供給AFSL;AFSL根據(jù)相鄰終端SFPI的檢測(cè)結(jié)果,判斷出故障區(qū)段并指示故障是否發(fā)生在該監(jiān)控點(diǎn)下游區(qū)段,并利用故障定位結(jié)果啟動(dòng)AFSI;AFSI負(fù)責(zé)故障隔離的啟動(dòng)和完成,其隔離啟動(dòng)信號(hào)將觸發(fā)相關(guān)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作,隔離完成信號(hào)將啟動(dòng)ASRC;ASRC負(fù)責(zé)提供本饋線可轉(zhuǎn)供給聯(lián)絡(luò)饋線的容量裕度、供電恢復(fù)的完成情況,并輸出對(duì)指定開(kāi)關(guān)的控制指令等。

文獻(xiàn)[13]比較詳細(xì)地介紹了邏輯節(jié)點(diǎn)SFPI,它是S開(kāi)頭的監(jiān)視類邏輯節(jié)點(diǎn),對(duì)故障檢測(cè)、電壓狀態(tài)和電流狀態(tài)所輸出的信號(hào)進(jìn)行綜合邏輯判斷,輸出故障指示和故障類型結(jié)果。SFPI的故障指示信號(hào)可以用做分布式FA進(jìn)行故障定位的判據(jù),故障類型包括永久型、瞬時(shí)型、自熄型、間歇型等。SPFI的主要數(shù)據(jù)對(duì)象見(jiàn)附錄A表A1。

AFSL,AFSI和ASRC屬于A開(kāi)頭的自動(dòng)控制類邏輯節(jié)點(diǎn),主要數(shù)據(jù)對(duì)象列于表1至表3。

表1 邏輯節(jié)點(diǎn)AFSL的主要數(shù)據(jù)對(duì)象Table 1 Main data objects of logical node AFSL

表2 邏輯節(jié)點(diǎn)AFSI的主要數(shù)據(jù)對(duì)象Table 2 Main data objects of logical node AFSI

表3 邏輯節(jié)點(diǎn)ASRC的主要數(shù)據(jù)對(duì)象Table 3 Main data objects of logical node ASRC

FltIndRef1,FltLocRef1,FltIsoRef1等為數(shù)據(jù)對(duì)象索引值,表示本邏輯節(jié)點(diǎn)需要訂閱的來(lái)自其他邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)象索引,用于建立分布式FA終端之間的數(shù)據(jù)流；M/O/C表示必選/可選/條件必選。

3 配電網(wǎng)拓?fù)涞腟CL模型

IEC 61850-6 Ed2.0[20]定義了SCL模板來(lái)描述系統(tǒng)內(nèi)一次拓?fù)渑cIED邏輯功能的關(guān)聯(lián)關(guān)系、IED通信地址參數(shù)、IED所支持的信息模型和通信服務(wù)等,是IED自描述和實(shí)例化應(yīng)用的必要條件[21]。當(dāng)前的SCL模板僅定義了Substation元素來(lái)描述變電站內(nèi)的一次拓?fù)?其結(jié)構(gòu)基本上與公共信息模型(CIM)[22]中的Substation容器模型保持一致,但沒(méi)有站外線路拓?fù)涞拿枋瞿Ｐ?。根?jù)美國(guó)電力研究院的研究報(bào)告[23],有必要將CIM中的Line容器引入SCL中來(lái)描述變電站之間的輸配電線路,這樣不僅能擴(kuò)展IEC 61850-6 SCL的語(yǔ)義模型及其描述范圍,而且有助于CIM和SCL之間的信息融合。因此,IEC TC57 相關(guān)工作組已起草并形成統(tǒng)一版本的IEC 61850-6 Ed2.1[24],其中就包括新建的Process和Line元素來(lái)支持變電站之外的應(yīng)用領(lǐng)域。

根據(jù)文獻(xiàn)[24]定義:Process元素是一種邏輯容器,表示變電站之外的過(guò)程集合層或若干變電站組合成一個(gè)局部的電力網(wǎng)絡(luò)。它可以遞歸使用,并通過(guò)“type”屬性來(lái)表明過(guò)程層類型。Line元素也是一種邏輯容器,表示變電站之間的線路,可以包含線路分段、導(dǎo)電設(shè)備和連接節(jié)點(diǎn)(CNode)等。本文利用Process,Line和Substation元素,描述FA系統(tǒng)相關(guān)的配電網(wǎng)拓?fù)?具體規(guī)則如下。

1)配電網(wǎng)中的“線型”結(jié)構(gòu),可用Line容器描述。如分段導(dǎo)線、分段開(kāi)關(guān)、線路上的串聯(lián)補(bǔ)償器、電流/電壓互感器等設(shè)備都屬于Line的子元素。分支線同樣納入Line容器,它可以建模為一個(gè)新的Line,也可以繼續(xù)包含在主干線路的Line內(nèi)。

2)配電網(wǎng)中的“站型”結(jié)構(gòu),可用Substation容器描述。如配電變壓器站點(diǎn)、環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)關(guān)站、箱式變等設(shè)備都對(duì)應(yīng)一個(gè)Substation容器。因?yàn)檫@些站點(diǎn)往往包含母線段,而母線段在SCL中對(duì)應(yīng)一個(gè)專用的間隔(Bay):此間隔只包含一個(gè)CNode時(shí),表示母線。所以,這些站點(diǎn)包含多個(gè)Bay,必須使用Substation容器。

3)對(duì)于架空線的分段開(kāi)關(guān),可以認(rèn)為是一個(gè)“虛構(gòu)的”站點(diǎn),也可以認(rèn)為是線路的一部分,故可以采用Substation或Line容器。但使用Line容器的層次結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,配置內(nèi)容更簡(jiǎn)潔,便于解析。

4)如果網(wǎng)絡(luò)中既包含Substation,又包含Line,則需要在其上層使用Process容器,表示一個(gè)與FA系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的局部網(wǎng)絡(luò)。

5)Process,Substation,Line以及各容器內(nèi)導(dǎo)電設(shè)備的命名,必須至少保證在該FA系統(tǒng)內(nèi)有唯一名稱。其中Substation,Line和導(dǎo)電設(shè)備,已經(jīng)由國(guó)家電網(wǎng)有限公司統(tǒng)一命名。而Process的命名可以將國(guó)家電網(wǎng)有限公司對(duì)局部電網(wǎng)的命名方法適當(dāng)遷移到“環(huán)網(wǎng)區(qū)域”上。

根據(jù)以上規(guī)則,配電網(wǎng)架空線路的主干線和分支線都可以用Line表示(一個(gè)或多個(gè)),而中壓/低壓配電所、開(kāi)關(guān)站等可用Substation描述。電纜線路的開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜等使用Substation容器描述,而它們之間的分段線路則使用Line表示?；旌暇€路分別按照架空線和電纜線的描述方法即可。附錄A圖A1展示了一條混合線路的環(huán)網(wǎng)利用SCL模型描述的示意圖。

當(dāng)饋線環(huán)網(wǎng)的拓?fù)淠Ｐ徒⒅?分布式FA相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)按照功能層級(jí)分配到相應(yīng)的拓?fù)鋵?Process(過(guò)程集合),Line(線路),Substation→VoltageLevel→Bay→ConductingEquipment(變電站的層次結(jié)構(gòu))。例如,開(kāi)關(guān)、斷路器、電流互感器的信息模型分別用ConductingEquipment元素下的XSWI,XCBR,TCTR邏輯節(jié)點(diǎn)表示;開(kāi)關(guān)控制、保護(hù)、故障指示的模型分別用Bay元素下的CSWI,PTOC,SFPI等表示;供電恢復(fù)的模型用Process元素下的ASRC表示。SCL將饋線環(huán)網(wǎng)的一次拓?fù)渑c分布式FLISR的邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)描述后,就可以進(jìn)一步完成系統(tǒng)和終端的實(shí)例化配置,具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。

4 通信服務(wù)映射

當(dāng)前,中國(guó)的配電自動(dòng)化主站和終端之間采用101/104協(xié)議,IEC 61850可作為“增量”引入配電自動(dòng)化系統(tǒng),然后進(jìn)行通信服務(wù)映射,具體包括以下幾個(gè)方面。

1)終端與主站之間的“四遙”通信,采用IEC 61850的信息模型并映射到101/104協(xié)議。

2)對(duì)于分布式FA,為盡量提高終端通信的實(shí)時(shí)性,終端上傳至SRC的狀態(tài)量(如開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障隔離狀態(tài)等)以及終端之間傳遞的狀態(tài)量(如故障檢測(cè)信號(hào)、故障定位信號(hào)、故障隔離啟動(dòng)等),采用IEC 61850信息模型及GOOSE傳輸機(jī)制。

3)終端上傳至SRC的測(cè)量值(如負(fù)荷電流、容量),以及SRC之間傳遞的測(cè)量值(如容量裕度),采用IEC 61850信息模型并映射到101/104協(xié)議的遙測(cè)報(bào)文。

4)SRC對(duì)終端的控制和參數(shù)設(shè)定功能,采用IEC 61850信息模型并映射到101/104協(xié)議的遙控和遙調(diào)報(bào)文。

5 FA與SA系統(tǒng)的信息交換

實(shí)際工程中,在高壓/中壓變電站之間建設(shè)中壓饋線環(huán)網(wǎng)和FA系統(tǒng),則變電站已經(jīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法完成站內(nèi)系統(tǒng)集成和IED配置,對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)及配置文件分別記作SA_Sub和SCD_Sub。而FA系統(tǒng)可通過(guò)本文擴(kuò)展的SCL模型生成初始的系統(tǒng)配置文件,記作FA_Grid和SCD_Grid。它們之間通過(guò)SED文件進(jìn)行系統(tǒng)交換。最終結(jié)果是SCD_Grid和SCD_Sub都包含了FA與SA系統(tǒng)通信所需要的拓?fù)?、通信參?shù)和數(shù)據(jù)集等配置信息。

SSD為系統(tǒng)規(guī)范描述文件,ICD為IED能力描述文件,ver.1表示初始版本號(hào),ver.2表示更新版本號(hào)。環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)FA_Grid和變電站系統(tǒng)SA_Sub之間進(jìn)行系統(tǒng)交換的配置流程如下。

1)按照IEC 61850-6所規(guī)定的系統(tǒng)集成方法,變電站的SSD_Sub文件和站內(nèi)所有IED的ICD_Sub文件被集成為系統(tǒng)配置文件SCD_Sub(ver.1)。同理,SSD_Grid文件和ICD_Grid文件將集成為系統(tǒng)配置文件SCD_Grid(ver.1)。

2)變電站的系統(tǒng)交換文件SED_Sub(ver.1)由其SCD_Sub(ver.1)取子集得到。例如：圖1中變電站A的SED文件包含CB1的一次拓?fù)湫畔?、保護(hù)設(shè)備Prot1的通信地址參數(shù)和Prot1中關(guān)于CB1開(kāi)關(guān)狀態(tài)的數(shù)據(jù)(記作Prot1/CSWI.Pos),并設(shè)置Prot1的工程權(quán)限engRight=“dataflow”表示其CB1的開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行交換。

3)將SED_Sub(ver.1)提供給FA_Grid系統(tǒng),前者信息導(dǎo)入至SCD_Grid(ver.1)。SCD_Grid(ver.1)獲得SED的全部信息,將分布式FA的邏輯節(jié)點(diǎn)與變電站的邊界拓?fù)洳糠诌M(jìn)行綁定,并與保護(hù)設(shè)備之間配置數(shù)據(jù)流,FA的系統(tǒng)配置文件升級(jí)為SCD_Grid(ver.2)。同時(shí),系統(tǒng)交換文件升級(jí)為SED_Sub(ver.2),其中也包含了配電終端與保護(hù)設(shè)備的數(shù)據(jù)流配置信息,并設(shè)置FA終端的配置權(quán)限engRight=“fix”,表示不允許SA系統(tǒng)對(duì)已配置完畢的數(shù)據(jù)流進(jìn)行修改。

4)將SED_Sub(ver.2)返回給SA_Sub系統(tǒng),后者將前者導(dǎo)入至SCD_Sub(ver.1)并生成最終的SCD_Sub(ver.2)。

5)SCD_Grid(ver.2)和SCD_Sub(ver.2)均包含配電終端與保護(hù)設(shè)備建立數(shù)據(jù)流連接所需要的完整配置信息。至此,FA與SA系統(tǒng)交換過(guò)程完成。

附錄A圖A2展示了FA與SA系統(tǒng)交換流程的示意圖,FA與其他自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法依此類推。

6 應(yīng)用示例

以圖1所示的分布式FA系統(tǒng)為例,分布式故障定位、隔離過(guò)程的數(shù)據(jù)交互示意圖如圖2所示。

圖2 分布式故障定位、隔離的邏輯節(jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)流示意圖Fig.2 Schematic diagram of logical nodes and data flow in distributed fault location and isolation

圖2中邏輯節(jié)點(diǎn)的含義如下:PIOC為瞬時(shí)過(guò)流保護(hù);PTRC為保護(hù)跳閘出口;MMXU為測(cè)量;CSWI為開(kāi)關(guān)控制。

1)設(shè)故障發(fā)生于F1處,故障定位過(guò)程如下:FTU01收到FTU1的GOOSE信號(hào)FTU1/SFPI.FltInd=“TRUE”,故閉鎖該區(qū)段的故障定位功能;同理,FTU01和FTU2的GOOSE信號(hào)將閉鎖FTU1的故障定位功能;FTU2檢測(cè)到故障信號(hào)且未收到FTU3和FTU9的閉鎖信號(hào),因此判定故障區(qū)間為S2-S3-S9;然后,FTU2發(fā)布故障定位指示信號(hào)FTU2/AFSL.FltLocInd=“TRUE”,并啟動(dòng)本地的故障隔離功能,即FTU2/AFSI.FltIsoStr被置為“TRUE”;FTU3和FTU9訂閱FTU2的故障定位信號(hào),也將啟動(dòng)故障隔離功能。

2)故障隔離過(guò)程如下:FTU2,FTU3和FTU9的AFSI.FltIsoStr被置為“TRUE”后,將啟動(dòng)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制,置FTU2/CSWI.Pos=“FALSE”,FTU3/CSWI.Pos=“FALSE”,FTU9/CSWI.Pos=“FALSE”;確認(rèn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,三者的AFSI.FltIsoEnd置為“TRUE”,并通過(guò)GOOSE報(bào)文發(fā)送至SRC1。SRC1收到三者的故障隔離完成信號(hào),將啟動(dòng)供電恢復(fù)功能,置FTU01/ASRC.SvcRstoStr為“TRUE”。

3)供電恢復(fù)過(guò)程:SRC1啟動(dòng)供電恢復(fù)功能,并將啟動(dòng)信號(hào)FTU01/ASRC.SvcRstoStr通過(guò)GOOSE報(bào)文發(fā)送至Prot1;Prot1接收該信號(hào)并閉合CB1完成故障上游的供電恢復(fù)。

饋線各區(qū)段的負(fù)荷電流(或容量)測(cè)量值已經(jīng)通過(guò)周期性的報(bào)告上送至SRC1。根據(jù)故障發(fā)生時(shí)刻前的測(cè)量值,可估算失電負(fù)荷容量SL=FTU3/MMXU.VA。SRC1實(shí)時(shí)獲取SRC2可轉(zhuǎn)供的容量裕度ST=FTU02/ASRC.TsfCapMarg。假設(shè)ST>SL,則SRC1制定供電恢復(fù)策略:閉合S4。SRC1啟動(dòng)對(duì)S4的閉合控制,置FTU4/CSWI.Pos=“TRUE”,確認(rèn)S4閉合后,分布式FLISR過(guò)程完成;若ST

若故障發(fā)生在F2處,則無(wú)法進(jìn)行故障上游的供電恢復(fù),FTU01/ASRC.SvcRstoStr不會(huì)發(fā)送給Prot1/CSWI.Pos。若故障發(fā)生在F3處,則無(wú)法進(jìn)行故障下游的供電恢復(fù),SRC1不會(huì)閉合S4。

7 結(jié)語(yǔ)

本文分析了分布式FA系統(tǒng)的信息交互過(guò)程,提出了分布式FLISR功能的邏輯節(jié)點(diǎn)。利用擴(kuò)展的SCL模型來(lái)描述配電網(wǎng)拓?fù)?從而將IEC 61850的語(yǔ)義空間和模型描述規(guī)范擴(kuò)展到配電網(wǎng)和分布式FA功能。提出了分布式FA應(yīng)用IEC 61850的通信服務(wù)映射,以及FA與SA系統(tǒng)交換的配置方法。為實(shí)現(xiàn)分布式FA系統(tǒng)的互操作和終端的“即插即用”奠定了基礎(chǔ)。

IEC 61850體系龐大、涉及面廣,在配電自動(dòng)化分布式控制中的應(yīng)用尚處于探索階段。由于篇幅限制,本文對(duì)分布式FA應(yīng)用IEC 61850所涉及的系統(tǒng)交換問(wèn)題并沒(méi)有全面展開(kāi),關(guān)于終端之間對(duì)等通信的信息安全問(wèn)題還有待進(jìn)一步的研究。

本文得到南京電力工程設(shè)計(jì)有限公司科技項(xiàng)目(JE201604)資助，特此致謝！

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。