基于IEC61850的PMU裝置參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建模方法

陸省明，胡春潮，張延旭

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司 都勻供電局，貴州 都勻 558000； 2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080； 3.中國(guó)南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510080)

0 引言

廣域測(cè)量系統(tǒng)(Wide-area Measurement System，WAMS)是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)測(cè)量、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析與廣域閉環(huán)控制的基礎(chǔ)，而PMU是構(gòu) 建WAMS的根本。隨著WAMS的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，PMU需要從變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device，IED)中獲取更多的數(shù)據(jù)。PMU在研發(fā)之初未考慮其與站內(nèi)其他設(shè)備間的通信問(wèn)題[1]，考慮到IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)IED間互操作性的基礎(chǔ)，因此，研究基于IEC61850體系的PMU建模方法對(duì)提升PMU與其他IED間信息共享水平有著重要意義。

目前，有關(guān)PMU的研究大多集中于其具體功能的優(yōu)化與開發(fā)，如：負(fù)荷模型、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、信息延時(shí)、算法優(yōu)化等，對(duì)建模方法的研究甚少[2-5]。同時(shí)，PMU在IEC61850體系中無(wú)模型可借用[6-7]，且各廠商在錄波功能配置與實(shí)現(xiàn)方法上不盡相同，最終導(dǎo)致了PMU模型不統(tǒng)一。為此，國(guó)家電網(wǎng)公司于2014年發(fā)布了一項(xiàng)PMU IEC61850模型規(guī)范[8]。規(guī)范中，明確地將PMU分成公用設(shè)備LD0、測(cè)量單元MEAS、GOOSE輸入設(shè)備PIGO、SV輸入設(shè)備PISV及錄波單元RCD 5個(gè)邏輯設(shè)備(Logical Device，LD)，但僅對(duì)除RCD外的其余4個(gè)LD給出了定義與建模方法，并未給出能應(yīng)用于實(shí)際工程的完整的PMU模型。

因此，針對(duì)上述情況，本文首先給出了完善PMU IEC61850模型的具體思路；其次，通過(guò)對(duì)PMU的錄波參數(shù)進(jìn)行歸納、提煉及定義，提出了一種基于錄波參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的PMU建模方法，實(shí)現(xiàn)了PMU錄波參數(shù)及模型的統(tǒng)一；最后結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，清晰地展示了該P(yáng)MU模型給實(shí)際運(yùn)維工作所帶來(lái)的提升。

1 基于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的PMU建模思路

文獻(xiàn)[8]已明確定義了LD0、MEAS、PIGO、PISV 4個(gè)邏輯設(shè)備。因此，通過(guò)對(duì)RCD進(jìn)行明確的定義并給出其具體的建模方法，可得到完整的PMU模型。

錄波功能與錄波參數(shù)是RCD的核心組成部分。其中，錄波功能可通過(guò)引用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的已定義的擾動(dòng)記錄功能——RDRE邏輯節(jié)點(diǎn)(Logical Node，LN)實(shí)現(xiàn)。但在該標(biāo)準(zhǔn)已定義的LN及其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象(Data Object，DO)中，無(wú)可滿足錄波參數(shù)功能需求的實(shí)例可引用。因此，參照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定及PMU錄波功能的實(shí)際需求，新建錄波參數(shù)LN及其DO，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建RCD模型，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)PMU模型的完善?；谏鲜鏊悸返腜MU建模流程，可用圖1表示。

圖1 PMU建模流程

2 基于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的PMU建模

2.1 PMU錄波參數(shù)集建模

文獻(xiàn)[9]為常規(guī)PMU的通用技術(shù)條件，其中概括性地描述了PMU的錄波參數(shù)的選取標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合PMU在IEC61850體系中的應(yīng)用需求，本文對(duì)其進(jìn)行提煉與歸納后，得到下列參數(shù)。

(1)頻率越限：可具體分為頻率越限使能、頻率越上限、頻率越下限；頻率變化率使能、頻率變化率啟動(dòng)值。

(2)電壓幅值越限：為使錄波啟動(dòng)識(shí)別更加精確，在保留常規(guī)的相電壓越限啟動(dòng)錄波的同時(shí)，增加序分量越限啟動(dòng)與突變量啟動(dòng)。其具體參數(shù)為：相電壓越限使能、相電壓越上限、相電壓越下限、相電壓突變量；正序電壓使能、正序電壓越上限、正序電壓越下限、正序電壓突變量；負(fù)序電壓使能、負(fù)序電壓越限；零序電壓使能、零序電壓越限、零序電壓突變量。

(3)電流幅值越限：參照電壓越限參數(shù)設(shè)置，可得出以下電流啟動(dòng)錄波的參數(shù)：相電流越限使能、相電流越限、相電流突變量；正序電流越限使能、正序電流越限；負(fù)序電流越限使能、負(fù)序電流越限；零序電流越限使能、零序電流越限、零序電流突變量越限。

(4)功率振蕩：考慮到同步振蕩不會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)失穩(wěn)，因此僅考慮在發(fā)生異步振蕩時(shí)啟動(dòng)錄波。同時(shí)，為避免發(fā)生小擾動(dòng)時(shí)錄波頻繁啟動(dòng)，設(shè)置振蕩啟動(dòng)門坎值，在達(dá)到門坎條件前若系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，則不啟動(dòng)錄波。異步振蕩的主要表現(xiàn)形式為低頻振蕩與次同步振蕩，因此功率振蕩錄波參數(shù)為：低頻振蕩啟動(dòng)使能、低頻振蕩功率限值、低頻振蕩持續(xù)周波數(shù)；次同步振蕩啟動(dòng)使能、次同步振蕩功率限值、次同步振蕩持續(xù)時(shí)間。

(5)開關(guān)量啟動(dòng)錄波：當(dāng)需要啟動(dòng)錄波而電氣變化量達(dá)不到限值時(shí)，可采用外部繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的跳閘信號(hào)啟動(dòng)錄波功能。

(6)聯(lián)網(wǎng)觸發(fā)錄波：該參數(shù)用于控制遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)錄波功能的投退。

(7)裝置功能參數(shù)：參照保護(hù)裝置的參數(shù)配置，設(shè)置錄波使能及TV/TA自檢使能兩項(xiàng)參數(shù)，以方便PMU整體錄波功能及設(shè)備自檢功能的投退。

依據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定[10-11]，對(duì)上述錄波參數(shù)進(jìn)行命名，并根據(jù)每個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)特征，定義其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)屬性(Data Attribute，DA)，從而得到表1所示的錄波參數(shù)集。

表1 錄波參數(shù)集

2.2 錄波邏輯設(shè)備建模

首先，將錄波參數(shù)集按照數(shù)據(jù)屬性劃分為SPG類錄波功能控制(Record Function Control，RFC)參數(shù)集與ASG類錄波啟動(dòng)定值(Record Starting Value，RSV)參數(shù)集。以此為基礎(chǔ)，參照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新增邏輯節(jié)點(diǎn)的相關(guān)規(guī)定及要求，新建錄波功能控制(RRFC)LN與錄波啟動(dòng)定值(RRSV)LN。

其次，建立LLN0邏輯節(jié)點(diǎn)，并在LLN0中建立錄波參數(shù)數(shù)據(jù)集1(dsParameter1)，與錄波參數(shù)數(shù)據(jù)集2(dsParameter2)，其作用是分別對(duì)RRFC與RRSV中DO進(jìn)行映射。

此外，定義制造報(bào)文規(guī)范(Manufacturing Message Specification，MMS)協(xié)議為L(zhǎng)LN0的對(duì)外通信協(xié)議，外部設(shè)備通過(guò)協(xié)議中的GetDataValues、SetDataValues命令對(duì)錄波參數(shù)進(jìn)行讀取和修改。

最后，建立描述錄波邏輯設(shè)備物理信息的邏輯節(jié)點(diǎn)——LPHD，并結(jié)合LLN0、RRFC、RRSV以及前文提到的RDRE，最終可得到如圖2所示的RCD模型。

圖2 RCD模型

2.3 PMU建模

將上述RCD模型與文獻(xiàn)[8]中的模型相結(jié)合，即可得到基于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的PMU模型，具體如圖3所示。

圖3 包含RCD的PMU模型

3 基于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的PMU模型應(yīng)用實(shí)例

本文所述方法構(gòu)建的PMU模型，錄波參數(shù)統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，并對(duì)外提供了統(tǒng)一的維護(hù)接口?；谝陨咸攸c(diǎn)，運(yùn)維人員可使用任意一款符合電力系統(tǒng)安全防護(hù)要求的運(yùn)維工具，通過(guò)維護(hù)接口，利用變電站站控層網(wǎng)絡(luò)對(duì)PMU開展在線運(yùn)維。按工作地點(diǎn)可劃分，PMU的在線運(yùn)維工作大致可分為遠(yuǎn)程運(yùn)維與就地運(yùn)維兩種模式。

如圖4所示，使用PMU主站內(nèi)置的PMU配置工具，或在工程師站安裝PMU運(yùn)維工具，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與各變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)建立連接，利用MMS協(xié)議命令對(duì)任意一臺(tái)使用本文所述方法構(gòu)建PMU模型的PMU裝置開展配置參數(shù)的遠(yuǎn)程維護(hù)工作。

圖4 PMU遠(yuǎn)程維護(hù)模式

為解決就地運(yùn)維的問(wèn)題，通過(guò)在變電站的后臺(tái)監(jiān)控機(jī)安裝PMU運(yùn)維工具，或?qū)⒀b有PMU運(yùn)維工具的移動(dòng)工程師站臨時(shí)接入變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)，對(duì)變電站內(nèi)任意一臺(tái)基于本文方法建模的PMU裝置開展現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作。其具體架構(gòu)如圖5所示。

圖5 PMU現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)模式

該P(yáng)MU模型已在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試通過(guò)。并依托于該模型，開發(fā)出了一款通用型的PMU配置工具。該工具消除了PMU的參數(shù)運(yùn)維工作對(duì)各設(shè)備商私有運(yùn)維軟件的依賴性，有效地提高了運(yùn)維效率；同時(shí)，制定了標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)界面與操作流程，從根本上摒除了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員需要熟悉多方運(yùn)維工具的弊端，降低了裝置誤操作、誤整定的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

本文介紹了一種通過(guò)明確錄波參數(shù)集及其對(duì)外通信方式與通信命令，從而構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)錄波邏輯設(shè)備，最終建立PMU標(biāo)準(zhǔn)化模型的建模方法。基于該方法建立的PMU模型，實(shí)現(xiàn)了PMU的一體化運(yùn)維，為電力企業(yè)開展高效的PMU一體化運(yùn)維管理工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。