基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的牽引變電所備自投裝置的建模研究

田 甜 張慧潔 古曉東

（西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031）

1 概述

數(shù)字化牽引變電所是在整個信息采集、傳輸、處理、輸出的過程中實現(xiàn)完全數(shù)字化，并以IEC61850為通信標(biāo)準(zhǔn)的新型變電所。作為牽引供電系統(tǒng)中重要的一種安全自動電源投切裝置，備自投裝置對鐵道電氣化的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，因此對數(shù)字化牽引變電所備自投裝置的研究具有重要的價值。

?

IEC61850是新一代的變電站自動化通信結(jié)構(gòu)體系的一個國際標(biāo)準(zhǔn)，具有完全面向?qū)ο蟆⒊橄笸ㄐ欧?wù)接口（ACSI）、配置語言、電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模、面向?qū)崟r的服務(wù)等特點。而為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)傳輸無縫通信的要求，避免繁瑣的各類協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)IED設(shè)備間的互操作性，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議采用了對IED統(tǒng)一建模的方法。本文以牽引變電所備自投裝置為例，依照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，對智能電子設(shè)備的建模過程和步驟進(jìn)行了討論。

2 IED數(shù)據(jù)模型分析

IED的分層信息模型自上而下分為4個層級：服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)，上一層級的類模型由若干個下一層級的類模型“聚合”而成，位于最低層級的數(shù)據(jù)類由若干數(shù)據(jù)屬性組成。IEC61850-7-2明確規(guī)定了這4個層級的類模型所封裝的屬性和服務(wù)。邏輯節(jié)點是IED模型內(nèi)用于信息交換的最小功能單元。IEC61850把裝置所有的功能分解成邏輯節(jié)點，這些節(jié)點可以分布在一個或者多個物理裝置上。邏輯節(jié)點間以邏輯連接，用來進(jìn)行邏輯節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換。而每個邏輯節(jié)點都包含有一組數(shù)據(jù)對象，數(shù)據(jù)對象是最小的信息單元。每個數(shù)據(jù)對象又包含一組特殊的數(shù)據(jù)屬性。數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性的信息可以通過抽象服務(wù)進(jìn)行交換。邏輯節(jié)點和一些邏輯節(jié)點之外的信息就構(gòu)成了邏輯設(shè)備，一個或者多個的邏輯設(shè)備就構(gòu)成了IEC61850規(guī)定的服務(wù)器，而一個或者多個服務(wù)器就構(gòu)成一個IED。用戶通過抽象通訊服務(wù)接口訪問IED上的服務(wù)器，與IED進(jìn)行信息交換。

3 牽引變電所備自投裝置的功能分析

對IED功能進(jìn)行分解和定義，在本文中即對備自投建立功能模型。數(shù)字化牽引變電所備自投應(yīng)具有測量功能、控制功能、遙信功能。

4 牽引變電所備自投裝置建模實現(xiàn)

4.1 服務(wù)器和邏輯設(shè)備建模

服務(wù)器模型代表了IEC61850的所有應(yīng)用數(shù)據(jù)模型與外部網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系；通過服務(wù)器模型利用SCSM能將IEC61850的模型與現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)起來；它體現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點功能，并作為物理設(shè)備應(yīng)用層的I/O接口；服務(wù)器模型和應(yīng)用程序?qū)?yīng)成為物理設(shè)備的資源。一個服務(wù)器模型包含有若干個邏輯設(shè)備，并且服務(wù)器模型是比邏輯設(shè)備更高一層的模型。本文設(shè)計的對數(shù)字化牽引變電所備自投的建模中，服務(wù)器模型包含了三個邏輯設(shè)備，其中LD1定義為測量功能，實現(xiàn)對主變進(jìn)線電壓、電流、功率、頻率、低壓側(cè)電流等數(shù)據(jù)的計算；LD2定義為控制功能，實現(xiàn)對斷路器和電動隔離開關(guān)的控制；LD3定義為遙信功能，共包括24個開入量。

邏輯設(shè)備由若干個邏輯節(jié)點和其它一些服務(wù)組成。其中一個邏輯設(shè)備至少包括3個邏輯節(jié)點：邏輯節(jié)點0（LLN0）、邏輯節(jié)點物理設(shè)備（LPHD）和功能邏輯節(jié)點。LLN0和LPHD都是唯一的，功能邏輯節(jié)點至少要有一個。本文中，將數(shù)字化牽引變電所備自投IED分解為3個邏輯設(shè)備，結(jié)合ICD編輯器，分別建立這3個邏輯設(shè)備模型，在此給出控制功能邏輯設(shè)備CTRL模型和測量功能邏輯設(shè)備MEAS模型，分別如下所示：

4.2 邏輯節(jié)點建模

基于IEC61850的數(shù)字化牽引變電所備自投功能的邏輯節(jié)點數(shù)量較多，在此對控制邏輯節(jié)點XCBR1進(jìn)行建模舉例，邏輯節(jié)點XCBR1（斷路器）定義為主變高壓側(cè)斷路器，XCBR1功能包括操作計數(shù)器功能、開關(guān)位置功能、閉鎖跳閘功能、閉鎖合閘功能。屬性列表如下：

?

表3 中M表示這個數(shù)據(jù)屬性是必選的，O表示可選。LNName表示的是邏輯節(jié)點名，LNRef為邏輯節(jié)點的唯一路徑。Mod說明了邏輯節(jié)點XCBR1的工作模式，Beh表述邏輯節(jié)點XCBR1的性能，Health描述邏輯節(jié)點相關(guān)的軟硬件狀態(tài)，NamePlt描述了邏輯節(jié)點PTOV的銘牌，其余數(shù)據(jù)描述如圖表所示，不再贅述。

4.3 數(shù)據(jù)對象建模

以邏輯節(jié)點XCBR1的數(shù)據(jù)對象開關(guān)位置功能為例介紹數(shù)據(jù)對象的建模。其中數(shù)據(jù)Pos的類型是DPC，Pos定義如下表所示：

表中DataName是數(shù)據(jù)名，DataRef是數(shù)據(jù)路徑。Presence屬性為BOOLEAN它有兩個參數(shù)：TURE和 FALSE，當(dāng)公共數(shù)據(jù)類型或邏輯節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)是必選（M)時，Presence 為TURE，否則為FALSE。 Pos.ctl－Val，Pos.operTm 等都有不同的屬性用以描述數(shù)據(jù)。

至此，從IED的服務(wù)器到數(shù)據(jù)屬性的建模過程已經(jīng)完成。

4.4 模型的驗證

對于文中所設(shè)計的牽引變電所備自投模型，可以根據(jù)XMLSchema對其進(jìn)行描述，它遵循XML的基本語法規(guī)則。IEC61850中的XML-Schema描述了變電站配置語言文檔的結(jié)構(gòu)，定義了文檔中標(biāo)記的語法規(guī)則，包括數(shù)據(jù)對象的嵌套關(guān)系、數(shù)據(jù)屬性的約束條件、取值范圍等，并且能夠檢驗自描述文檔的正確性和有效性。建模的最后，需要對建立起來的描述語言進(jìn)行語法驗證，整個裝置模型進(jìn)行應(yīng)用功能的驗證，檢驗其是否符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語

面向?qū)ο蟮慕７椒ㄊ荌EC61850標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)互操作性目標(biāo)的重要技術(shù)，基于IEC 61850的IED數(shù)據(jù)建模的研究和實現(xiàn)具有重要意義。本文通過對牽引變電所備自投裝置實際建模，闡明了備自投裝置建模的步驟和方法，該方法具有一般性，對實際工程的建模具有很好的指導(dǎo)意義。

[1]IEC.IEC61850：Communication Networks and Systems in Substations[S].

[2]許振明等.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)的兩種建模方式 [J].繼電器，2008，36（6）：55-58.

[3]吳在軍，竇曉波，胡敏強(qiáng).基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字保護(hù)裝置建模[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（21）：81-84.

[4]廖澤友，孫莉，賀岺，劉偉.IED遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)建模 [J].繼電器，2006，34（20）：40-43.

[5]許繼電氣股份有限公司.WBT-820A系列微機(jī)備自投裝置技術(shù)及使用說明書.2008.