變電站狀態(tài)監(jiān)測ied的iec61850信息建模與實現(xiàn)

1、Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － １ ０ ２ ６ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ３ ． ０ １ ４變電站狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ的Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０信息建模與實現(xiàn)王德文，邸 劍，張長明（ 華北電力大學(xué)控制與計算機工程學(xué)院，河北省保定市 ０ ７ １ ０ ０ ３ ）摘要：基于Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０信息模型的狀態(tài)監(jiān)測智能電子設(shè)備（ Ｉ Ｅ Ｄ） 是變電站中智能一次設(shè)備的核心

2、組成部分。分析了變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求， 依據(jù)最新Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０第２版， 采用電氣設(shè)備、狀態(tài)監(jiān)測、 傳感器邏輯節(jié)點， 建立了變電站狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的功能與設(shè) 備 模型。提出了狀 態(tài) 監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 之間的通信方法， 將非緩存報告控制塊、 緩存報告控制塊、 文件模型及其服務(wù)映射為制造報文規(guī)范作為實時通信協(xié)議， 分別用于測量信息、 告警信息及電力系統(tǒng)瞬時數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式波形文件的傳輸。采用 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌＣ＋

3、＋、 系統(tǒng)配置描述語言和 Ｘ ｅ ｒ ｃ ｅ ｓ開發(fā)了一個狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的模擬系統(tǒng)，對變壓器狀態(tài)監(jiān)測主Ｉ Ｅ Ｄ 進(jìn)行了建模及實時數(shù)據(jù)庫的生成， 并給出了實驗測試結(jié)果。關(guān)鍵詞：智能變電站；狀態(tài)監(jiān)測；智能電子設(shè)備； Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０ ；信息模型；制造報文規(guī)范；系統(tǒng)配置描述語言收稿日期： ２ ０ １ １ － ０ ５ － ０ ３ ；修回日期： ２ ０ １ １ － ０ ９ － ０ ６ 。國家自然科學(xué)基金資助項目（ ６ １ ０

4、７ ４ ０ ７ ８ ） ； 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目（ １ ０ Ｑ Ｇ ２ ２ ） 。０引言為了適應(yīng)智能變電站的建設(shè)， 國家電網(wǎng)公司提出將一次設(shè)備、 傳感器（ 或控制器） 與智能組件有機結(jié)合， 實現(xiàn)測量數(shù)字化、 控制網(wǎng)絡(luò)化、 狀態(tài)可視化、 功能一體化以及信息互動化的智能一次設(shè)備。智能組件由測量、 控制、 狀態(tài)監(jiān)測、 計量、 保護(hù)等全部或部分智能電子設(shè)備（ Ｉ Ｅ Ｄ） 組成， 承擔(dān)一次設(shè)備的測量、 控制和監(jiān)測等基本功能，

5、在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時， 還可承擔(dān)相關(guān)的計量與保護(hù)等功能 ［ １ － ２ ］。一次設(shè)備智能化的主要目的之一是實現(xiàn)狀態(tài)信息的數(shù) 字 化 采 集 和 網(wǎng) 絡(luò) 化 的 傳 輸， 建 立 基 于 Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０的統(tǒng)一信息模型和通信平臺， 進(jìn)行實時監(jiān)測與故障分析， 為變壓器與斷路器等一次設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)。智能化一次設(shè)備可以由設(shè)備制造廠商直接設(shè)計與制造， 尚處于研究階段， 難度很大 ［ ３ ］。目前可行的方法是配置基于Ｉ Ｅ Ｃ６

6、 １ ８ ５ ０信息模型的狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 對傳統(tǒng)一次設(shè)備進(jìn)行智能化改造。狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 是智能組件的主要組成部分， 采用Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０建立狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的統(tǒng)一信息模型是保障 智 能 組 件 內(nèi) Ｉ Ｅ Ｄ 間 互 操 作 的 基 礎(chǔ)。 基 于Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０ 的 保 護(hù)、 測 控、 故 障 選 線 與 電 能 質(zhì) 量 等Ｉ Ｅ Ｄ 的建模方法一直是國內(nèi)外的熱點研究問題 ［ ４ － ８ ］?；冢?

7、Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０的狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 研發(fā)尚處于起步階段 ［ ９ － １ ０ ］。文獻(xiàn)［ ９ ］ 采用液體介質(zhì)絕緣、 氣體介質(zhì)絕緣、 電弧與局部放 電 監(jiān)測等邏 輯 節(jié)點， 給出 了變壓器、 斷路器及環(huán)境監(jiān)測的典型模型； 文獻(xiàn)［ １ ０ ］ 針對高壓Ｓ Ｆ ６ 斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測的特點， 提出合理利用Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０中的通用輸入、 輸出邏輯節(jié)點， 應(yīng)用Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０對Ｉ Ｅ Ｄ 進(jìn)行建模。上述研究工作建

8、立在Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０第１版的基礎(chǔ)之上， 側(cè)重于功能建模， 并未涉及到模型的實例化與Ｉ Ｅ Ｄ 配置問題。 Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０第１版所定義的模型已經(jīng)不能滿足一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的需要 ［ １ １ ］。最新發(fā)布的Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０ 第 ２ 版 ［ １ ２ － １ ４ ］相比較第１版及中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Ｄ Ｌ ／ Ｔ８ ６ ０ ， 修改或增加了大量狀態(tài)監(jiān)測和傳感器邏輯節(jié)點， 并新增了一些公 共 數(shù) 據(jù) 類 （ Ｃ

9、Ｄ Ｃ） ， 因 此 有 必 要 結(jié) 合 最 新 的Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０深入研究狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的建模方法。另外， 信息建模是對Ｉ Ｅ Ｄ 進(jìn)行設(shè)計， 而在工程實踐中，還需要在信息建模的基礎(chǔ)上， 利用系統(tǒng)配置描述語言（ Ｓ Ｃ Ｌ ） ［ １ ５ ］及其配置工具對信息模型進(jìn)行實例化，并進(jìn)行工程化配置， 保障Ｉ Ｅ Ｄ 間的互操作。本文結(jié)合變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工程實踐現(xiàn)狀與功能需要， 依據(jù)Ｉ Ｅ Ｃ６ １ ８ ５ ０第２版，

10、設(shè)計了狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的完整信息模型， 包括功能、 設(shè)備和通信模型， 并研發(fā)了狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的模擬系統(tǒng)， 實現(xiàn)了信息模型的建立和實時數(shù)據(jù)庫的生成。１狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ的功能模型１ ． １狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的功能分析變電站中需要監(jiān)測的電氣設(shè)備主要包括變壓器、 開關(guān)設(shè)備、 容性設(shè)備、 避雷器以及電力電纜等?！?１ ８ —第 ３ ６ 卷 第 ３ 期２ ０ １ ２ 年 ２ 月 １ ０ 日Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６Ｎ ｏ ． ３Ｆ ｅ ｂ ． １

11、 ０ ， ２ ０ １ ２Ｕ ｈ ｆ Ｐ ａ Ｄ ｓ ｃ ｈ ， 局部放電噪聲水平 Ａ ｃ ｕ Ｐ ａ Ｄ ｓ ｃ ｈ中的一個數(shù)據(jù)。若不滿足需求， 可以采用在數(shù)據(jù)后添加數(shù)字后綴的方法進(jìn)行擴展， 或選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加， 或依據(jù)命名空間與 Ｃ Ｄ Ｃ新建數(shù)據(jù)。２狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ的設(shè)備模型與通信方法２ ． １狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ設(shè)備模型的設(shè)計真正的智能變壓器、 智能開關(guān)應(yīng)該是在物理設(shè)備上 實 現(xiàn) Ｙ Ｐ Ｔ Ｒ， Ｘ Ｃ Ｂ Ｒ 或 Ｘ

12、 Ｓ Ｗ Ｉ 等 邏 輯 節(jié) 點，Ｔ ＴＭ Ｐ ， Ｔ Ｐ Ｒ Ｓ與 Ｔ Ｓ Ｎ Ｄ 等傳感器邏輯節(jié)點分布在實際傳感器上。傳感器通過過程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送采樣數(shù)據(jù)給間隔層狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ， 并能實現(xiàn)與測控、 保護(hù)等功能的高度集成， 但是難度很大， 目前還難以大規(guī)模實用化。一次設(shè)備的智能化應(yīng)該先對常規(guī)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化， 即通過狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)字接口。參照國家電網(wǎng)公司提出的智能組件的組成架構(gòu)， 將狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 分為主Ｉ Ｅ Ｄ

13、和子Ｉ Ｅ Ｄ 這２類并分散布置。下面給出狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的設(shè)計原則和方法。１ ） 為某個監(jiān)測功能或項目設(shè)置一個子Ｉ Ｅ Ｄ， 而對于監(jiān)測 量 眾 多 需 要 設(shè) 置 多 個 子Ｉ Ｅ Ｄ 時， 應(yīng) 設(shè) 置主Ｉ Ｅ Ｄ。２ ） 子Ｉ Ｅ Ｄ 應(yīng)盡量做到功能清晰， 不應(yīng)集中實現(xiàn)過多的功能， 從而簡化工程實現(xiàn)難度。３ ） 主Ｉ Ｅ Ｄ 負(fù)責(zé)相應(yīng)子Ｉ Ｅ Ｄ 監(jiān)測結(jié)果的綜合分析以及與站控層的通信。例如： 為一臺變壓器設(shè)置一個狀態(tài)監(jiān)測主Ｉ

14、Ｅ Ｄ，負(fù)責(zé)變壓器與分接開關(guān)的監(jiān)測， 并為油中溶解氣體、繞組熱點 溫 度 與 局 部 放 電 等 監(jiān) 測 項 目 分 別 設(shè) 置子Ｉ Ｅ Ｄ， 主Ｉ Ｅ Ｄ 實 現(xiàn) 各 個 子 Ｉ Ｅ Ｄ 的 數(shù) 據(jù) 匯 集， 如圖２所示。圖２變壓器狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ Ｆ ｉ ｇ ． ２Ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇＩ Ｅ Ｄｆ ｏ ｒｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｒ敞開式開關(guān)設(shè)備主Ｉ Ｅ Ｄ 負(fù)責(zé)一個斷路器間隔

15、，監(jiān)測斷路器及相關(guān)的隔離開關(guān)與接地開關(guān)等， 對于高壓組合電器設(shè)備（ Ｇ Ｉ Ｓ ） ， 還應(yīng)包括相關(guān)的電流與電壓互感器。考慮到目前變電站內(nèi)部署的是常規(guī)狀態(tài)監(jiān)測裝置， 可以將主Ｉ Ｅ Ｄ 建模為代理或網(wǎng)關(guān)， 至少包含一個 Ｌ Ｄ ０ ， 描述代理或網(wǎng)關(guān)本身的數(shù)據(jù)， 將所代理子Ｉ Ｅ Ｄ 的邏輯設(shè)備映射到代理 ／ 網(wǎng)關(guān)中， 并為常規(guī)狀態(tài)監(jiān)測裝置建立相應(yīng)的邏輯設(shè)備。在實際工程實踐中， 狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ 的選用與設(shè)計應(yīng)綜合考慮變電站的電壓等級

16、、 設(shè)備的運行狀況、重要程度以及經(jīng)濟(jì)性等多方因素。２ ． ２狀態(tài)監(jiān)測Ｉ Ｅ Ｄ之間的通信方法狀態(tài)監(jiān)測子Ｉ Ｅ Ｄ 與一次設(shè)備緊密相關(guān)， 并且種類和數(shù)目眾多， 不應(yīng)使所有狀態(tài)監(jiān)測子Ｉ Ｅ Ｄ 都與變電站層的后臺監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。在間隔層設(shè)置狀態(tài)監(jiān)測主Ｉ Ｅ Ｄ， 例如： 針對某臺變壓器設(shè) 置一個主Ｉ Ｅ Ｄ， 分別為油中溶解氣體與局部放電等監(jiān)測項目設(shè)置子Ｉ Ｅ Ｄ， 主Ｉ Ｅ Ｄ 收集各個子Ｉ Ｅ Ｄ 所采集的狀態(tài)參數(shù)， 并通過變電站層網(wǎng)

17、絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析評價結(jié)果上 傳 給 后 臺 監(jiān) 控 系 統(tǒng)， 如 圖 ３ 所 示。 圖 中，Ｓ Ａ Ｖ 為模擬量采樣， Ｇ Ｏ Ｏ Ｓ Ｅ 為面向通用對象的變電站事件， ＭＭ Ｓ為制造報文規(guī)范。圖３狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ｆ ｉ ｇ ． ３Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｏ ｆｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ狀態(tài)監(jiān)測子Ｉ Ｅ Ｄ（ 服務(wù)器） 與主Ｉ Ｅ Ｄ（ 客戶機） 之間、 主Ｉ Ｅ

18、 Ｄ（ 服務(wù)器） 與后臺監(jiān)控系統(tǒng)（ 客戶機） 之間采用客戶服務(wù)器模型， 通信服務(wù)如下。１ ） Ａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｅ ， Ａ ｂ ｏ ｒ ｔ和 Ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｅ等 服 務(wù) 用 于 雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)。２ ） Ｇ ｅ ｔ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｇ ｅ ｔ Ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ，Ｇ ｅ ｔ Ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ

19、 Ｎ ｏ ｄ ｅ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｇ ｅ ｔ Ｄ ａ ｔ ａ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ 和Ｇ ｅ ｔ Ｄ ａ ｔ ａ Ｄ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ等服務(wù)用于目錄訪問。３ ） Ｇ ｅ ｔ Ｄ ａ ｔ ａ Ｓ ｅ ｔ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ， Ｇ ｅ ｔ Ｄ ａ ｔ ａ Ｓ ｅ ｔ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ，Ｇ ｅ ｔ Ｄ ａ ｔ ａ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ， Ｓ ｅ ｔ Ｄ ａ

20、ｔ ａ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ等 服 務(wù) 用 于 監(jiān) 測 數(shù)據(jù)讀寫。４） Ｒ ｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ， Ｇ ｅ ｔ Ｂ Ｒ Ｃ Ｂ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ， Ｓ ｅ ｔ Ｂ Ｒ Ｃ Ｂ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ，Ｇ ｅ ｔ Ｕ Ｒ Ｃ Ｂ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ 和 Ｓ ｅ ｔ Ｕ Ｒ Ｃ Ｂ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ 等 服 務(wù) 用 于監(jiān)測數(shù)據(jù)告警、 召喚、 周期上傳。５ ） Ｇ ｅ ｔ Ｆ ｉ ｌ ｅ ， Ｓ ｅ ｔ Ｆ ｉ ｌ ｅ

21、， Ｇ ｅ ｔ Ｆ ｉ ｌ ｅ Ａ ｔ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ和Ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ Ｆ ｉ ｌ ｅ等服務(wù)用于 Ｃ ＯＭＴ Ｒ Ａ Ｄ Ｅ波形文件的傳輸與管理。在具 體 工 程 實 踐 中， 可 以 采 用 Ｓ Ｉ Ｓ Ｃ Ｏ 公 司 的ＭＭ Ｓ － Ｅ Ａ Ｓ Ｅ 與 ＭＭ Ｓ － Ｅ Ａ Ｓ ＥＬ ｉ ｔ ｅ ， 將上述抽象通信服務(wù)映射 為 ＭＭ Ｓ 服 務(wù)， 由 于 提 供 了 完 整 的 ＭＭ Ｓ—