基于IEC61850的PMU裝置參數標準化建模方法

陸省明，胡春潮，張延旭

(1.貴州電網有限責任公司 都勻供電局，貴州 都勻 558000； 2.廣東電網有限責任公司 電力科學研究院，廣東 廣州 510080； 3.中國南方電網公司重點實驗室電網自動化實驗室，廣東 廣州 510080)

0 引言

廣域測量系統(Wide-area Measurement System，WAMS)是智能電網實現高精度實時測量、系統動態穩定分析與廣域閉環控制的基礎，而PMU是構 建WAMS的根本。隨著WAMS的廣泛應用和快速發展，PMU需要從變電站內的智能電子設備(Intelligent Electronic Device，IED)中獲取更多的數據。PMU在研發之初未考慮其與站內其他設備間的通信問題[1]，考慮到IEC61850標準是實現變電站內IED間互操作性的基礎，因此，研究基于IEC61850體系的PMU建模方法對提升PMU與其他IED間信息共享水平有著重要意義。

目前，有關PMU的研究大多集中于其具體功能的優化與開發，如：負荷模型、動態響應、信息延時、算法優化等，對建模方法的研究甚少[2-5]。同時，PMU在IEC61850體系中無模型可借用[6-7]，且各廠商在錄波功能配置與實現方法上不盡相同，最終導致了PMU模型不統一。為此，國家電網公司于2014年發布了一項PMU IEC61850模型規范[8]。規范中，明確地將PMU分成公用設備LD0、測量單元MEAS、GOOSE輸入設備PIGO、SV輸入設備PISV及錄波單元RCD 5個邏輯設備(Logical Device，LD)，但僅對除RCD外的其余4個LD給出了定義與建模方法，并未給出能應用于實際工程的完整的PMU模型。

因此，針對上述情況，本文首先給出了完善PMU IEC61850模型的具體思路；其次，通過對PMU的錄波參數進行歸納、提煉及定義，提出了一種基于錄波參數標準化的PMU建模方法，實現了PMU錄波參數及模型的統一；最后結合應用實例，清晰地展示了該PMU模型給實際運維工作所帶來的提升。

1 基于參數標準化的PMU建模思路

文獻[8]已明確定義了LD0、MEAS、PIGO、PISV 4個邏輯設備。因此，通過對RCD進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是RCD的核心組成部分。其中，錄波功能可通過引用IEC61850標準中的已定義的擾動記錄功能——RDRE邏輯節點(Logical Node，LN)實現。但在該標準已定義的LN及其所對應的數據對象(Data Object，DO)中，無可滿足錄波參數功能需求的實例可引用。因此，參照IEC61850標準的相關規定及PMU錄波功能的實際需求，新建錄波參數LN及其DO，并以此為基礎構建RCD模型，最終實現對PMU模型的完善。基于上述思路的PMU建模流程，可用圖1表示。

圖1 PMU建模流程

2 基于參數標準化的PMU建模

2.1 PMU錄波參數集建模

文獻[9]為常規PMU的通用技術條件，其中概括性地描述了PMU的錄波參數的選取標準。結合PMU在IEC61850體系中的應用需求，本文對其進行提煉與歸納后，得到下列參數。

(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、頻率變化率啟動值。

(2)電壓幅值越限：為使錄波啟動識別更加精確，在保留常規的相電壓越限啟動錄波的同時，增加序分量越限啟動與突變量啟動。其具體參數為：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；負序電壓使能、負序電壓越限；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：參照電壓越限參數設置，可得出以下電流啟動錄波的參數：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；負序電流越限使能、負序電流越限；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導致電力系統失穩，因此僅考慮在發生異步振蕩時啟動錄波。同時，為避免發生小擾動時錄波頻繁啟動，設置振蕩啟動門坎值，在達到門坎條件前若系統恢復穩定，則不啟動錄波。異步振蕩的主要表現形式為低頻振蕩與次同步振蕩，因此功率振蕩錄波參數為：低頻振蕩啟動使能、低頻振蕩功率限值、低頻振蕩持續周波數；次同步振蕩啟動使能、次同步振蕩功率限值、次同步振蕩持續時間。

(5)開關量啟動錄波：當需要啟動錄波而電氣變化量達不到限值時，可采用外部繼電保護與安全自動裝置的跳閘信號啟動錄波功能。

(6)聯網觸發錄波：該參數用于控制遠程網絡啟動錄波功能的投退。

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

依據IEC61850標準的相關規定[10-11]，對上述錄波參數進行命名，并根據每個參數的數據特征，定義其所對應的數據屬性(Data Attribute，DA)，從而得到表1所示的錄波參數集。

表1 錄波參數集

2.2 錄波邏輯設備建模

首先，將錄波參數集按照數據屬性劃分為SPG類錄波功能控制(Record Function Control，RFC)參數集與ASG類錄波啟動定值(Record Starting Value，RSV)參數集。以此為基礎，參照IEC61850標準對新增邏輯節點的相關規定及要求，新建錄波功能控制(RRFC)LN與錄波啟動定值(RRSV)LN。

其次，建立LLN0邏輯節點，并在LLN0中建立錄波參數數據集1(dsParameter1)，與錄波參數數據集2(dsParameter2)，其作用是分別對RRFC與RRSV中DO進行映射。

此外，定義制造報文規范(Manufacturing Message Specification，MMS)協議為LLN0的對外通信協議，外部設備通過協議中的GetDataValues、SetDataValues命令對錄波參數進行讀取和修改。

最后，建立描述錄波邏輯設備物理信息的邏輯節點——LPHD，并結合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[8]中的模型相結合，即可得到基于參數標準化的PMU模型，具體如圖3所示。

圖3 包含RCD的PMU模型

3 基于參數標準化的PMU模型應用實例

本文所述方法構建的PMU模型，錄波參數統一，標準化程度高，并對外提供了統一的維護接口。基于以上特點，運維人員可使用任意一款符合電力系統安全防護要求的運維工具，通過維護接口，利用變電站站控層網絡對PMU開展在線運維。按工作地點可劃分，PMU的在線運維工作大致可分為遠程運維與就地運維兩種模式。

如圖4所示，使用PMU主站內置的PMU配置工具，或在工程師站安裝PMU運維工具，通過調度數據網與各變電站的站控層網絡建立連接，利用MMS協議命令對任意一臺使用本文所述方法構建PMU模型的PMU裝置開展配置參數的遠程維護工作。

圖4 PMU遠程維護模式

為解決就地運維的問題，通過在變電站的后臺監控機安裝PMU運維工具，或將裝有PMU運維工具的移動工程師站臨時接入變電站的站控層網絡，對變電站內任意一臺基于本文方法建模的PMU裝置開展現場維護工作。其具體架構如圖5所示。

圖5 PMU現場維護模式

該PMU模型已在實驗室內測試通過。并依托于該模型，開發出了一款通用型的PMU配置工具。該工具消除了PMU的參數運維工作對各設備商私有運維軟件的依賴性，有效地提高了運維效率；同時，制定了標準的維護界面與操作流程，從根本上摒除了現場運維人員需要熟悉多方運維工具的弊端，降低了裝置誤操作、誤整定的風險。

4 結論

本文介紹了一種通過明確錄波參數集及其對外通信方式與通信命令，從而構建標準錄波邏輯設備，最終建立PMU標準化模型的建模方法。基于該方法建立的PMU模型，實現了PMU的一體化運維，為電力企業開展高效的PMU一體化運維管理工作打下了堅實的基礎，具有重要的工程應用價值。