基于IEC61850 & SCL的牽引變電所建模描述

張紅生

【摘 要】隨著數(shù)字化變電站和高速鐵路技術(shù)的發(fā)展，為滿足高鐵對供電系統(tǒng)的新的更高的要求，牽引變電所數(shù)字化進(jìn)程勢在必行。國際電工委員會制定的變電站通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEC61850為適用于數(shù)字化變電站的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，本文所討論的基于IEC6185&SCL的變電所建模描述方法可以為今后牽引變電所的數(shù)字化改造工程提供一定的借鑒?；谧冸娬就ㄐ藕途W(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEC61850，對牽引變壓器保護(hù)IED進(jìn)行了功能分解，對其進(jìn)行建模和SCL描述。參照IEC61850-6部分定義的變電站配置語言SCL，并以上述建模描述為例完成了牽引變電所SCD文件的配置。

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵路；牽引變電所；IEC61850；建模；SCL描述

0 引言

當(dāng)今，基于IEC61850的變電站數(shù)字化技術(shù)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展迅速，國內(nèi)業(yè)已建成上百座基于該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站[1]。牽引變電所作為一種特殊形式的變電站，在電氣化鐵路中的地位舉足輕重，是整個電氣化鐵路運(yùn)行的中樞，現(xiàn)代高速鐵路對牽引供電系統(tǒng)提出了更高的要求。為順應(yīng)發(fā)展趨勢，提高牽引供電技術(shù)水平，對傳統(tǒng)牽引變電所進(jìn)行數(shù)字化改造勢在必行。完成了基于IEC61850的IED建模工作，通過創(chuàng)建SCL文檔及對其進(jìn)行分析，完成了牽引變電所的數(shù)字化配置工作，對日后牽引變電所數(shù)字化改造工作提供了一定的借鑒。

1 變電站配置語言SCL應(yīng)用分析

1.1 SCL簡介

SCL是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML1.0（Extensible Mark-up Language），用于變電站設(shè)備描述和配置的語言。它描述了變電站中與通信相關(guān)的智能電子設(shè)備IED（Intelligent Electronic Device）結(jié)構(gòu)參數(shù)、通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開關(guān)間隔（功能）結(jié)構(gòu)以及他們之間關(guān)系的文件格式[2]，同時也描述了變電站系統(tǒng)和變電站網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的配置，最終目標(biāo)是在不同廠商的配置工具間交換系統(tǒng)的配置信息，在應(yīng)用側(cè)屏蔽裝置的差異性[3]，實(shí)現(xiàn)互操作。

1.2 SCL文件分類及配置過程

1）ICD文件：描述了IED的基本數(shù)據(jù)模型及服務(wù)；

2）SCD文件：描述了所有IED的實(shí)例配置和通信參數(shù)、IED之間的通信配置以及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信號聯(lián)系等信息；

3）SSD文件：描述了變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)；

4）CID文件：IED實(shí)例配置文件，每個裝置一個。

IEC61850-6所描述的SCL的配置過程如圖1所示。

圖1 SCL配置過程信息流動參考

2 牽引變壓器保護(hù)IED建模

2.1 保護(hù)IED的功能分解

基于IEC61850的牽引變壓器保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思路、功能分層自由分布、統(tǒng)一數(shù)據(jù)的建模技術(shù)[4]。如圖2所示為IED功能實(shí)現(xiàn)過程。

圖2 IED功能實(shí)現(xiàn)過程

根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，IED分層信息模型自上而下分為4級，依次為：服務(wù)器Server、邏輯設(shè)備Logical-Device、邏輯節(jié)點(diǎn)Logical-Node和數(shù)據(jù)Data，上一級的類模型由若干個下一級的類模型聚合而成，位于最底層的Data類由若干數(shù)據(jù)屬性DataAttribute組成。

牽引變壓器的保護(hù)分為主保護(hù)和后備保護(hù)，參照IEC61850-5部分的定義，主保護(hù)按功能可分為差流速斷保護(hù)PTOC、二次諧波閉鎖的比率差動保護(hù)PDIF和高壓側(cè)失壓保護(hù)PTUV；后備保護(hù)按功能可分為高壓側(cè)三相過電流保護(hù)PTOC1、低壓側(cè)α相過電流保護(hù)PTOC2、低壓側(cè)β相過電流保護(hù)PTOC3、零序過電流保護(hù)PTOC4、零序過電壓保護(hù)PTOV1、反時限過負(fù)荷保護(hù)PTTR和低壓側(cè)過電壓保護(hù)PTOV2。據(jù)此，可得牽引變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)的對象模型分別如圖3和圖4所示[5]。

圖3 牽引變壓器主保護(hù)對象模型

圖4 牽引變壓器后備保護(hù)對象模型

2.2 基于SCL的牽引變壓器保護(hù)IED配置描述

參照IEC61850-6部分，SCL文檔結(jié)構(gòu)可分為：頭（Header）、變電站（Substation）、通信（Communication）、智能電子設(shè)備（IED）和數(shù)據(jù)類型模板（DataTypeTemplates）。上節(jié)已經(jīng)給出牽引變壓器保護(hù)IED的對象模型，則可以寫出其IED部分的SCL文檔如下[6-9]：

至此，SCD文件結(jié)束，其具體配置情況如表1所示。

表1 SCD文件配置情況

4 結(jié)束語

IEC61850-6部分定義的基于XML的變電站配置語言SCL能夠清晰直觀的描述變電所以及其中裝置的配置信息，使（下轉(zhuǎn)第156頁）（上接第154頁）得不同設(shè)備廠商的IED之間能夠共享信息，實(shí)現(xiàn)互操作。本文首先基于IEC61850對牽引變壓器保護(hù)IED進(jìn)行功能分解并建立起對象模型，而后使用SCL對其進(jìn)行詳細(xì)的配置描述，最后以考慮系統(tǒng)只集成牽引變壓器保護(hù)IED為例，給出了詳細(xì)的SCD文件，完成了變電所的配置描述。

牽引變電所的數(shù)字化是一個長期的過程，技術(shù)的成熟度和方案的可行性還要根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用逐步完善?？梢灶A(yù)見，數(shù)字化技術(shù)必然能夠?yàn)闋恳冸娝詣踊到y(tǒng)的發(fā)展帶來更加廣闊的前景[10]。

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