吐魯番調(diào)度自動化傳統(tǒng)電力規(guī)約通信向IEC61850轉(zhuǎn)換的設(shè)計

1、吐魯番調(diào)度自動化傳統(tǒng)電力規(guī)約通信向IEC61850轉(zhuǎn)換的設(shè)計 【摘要】面向點技術(shù)的傳統(tǒng)規(guī)約向面向?qū)ο蠹夹g(shù)的IEC 61850的轉(zhuǎn)換，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。這里結(jié)合吐魯番供電公司的運行實際，以IEC 101、CDT規(guī)約作為傳統(tǒng)規(guī)約的代表， IEC 61850標準的實現(xiàn)為基礎(chǔ)，探討了傳統(tǒng)規(guī)約向IEC 61850轉(zhuǎn)換理論。并設(shè)計一個轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)應用串口通信，信息建模以及XML等技術(shù)實現(xiàn)其轉(zhuǎn)換過程。 【關(guān)鍵詞】CDT；IEC 101；IEC 61850；XML；IED；串口通信；信息模型 1 前言 吐魯番供電公司所管轄62座變電站中，有19座變電站都是采用的CDT規(guī)約，其他的變電站都是采用101規(guī)約,

2、所有變電站中有54座具備第二路通道,采用104規(guī)約上送信息。 在新的網(wǎng)絡(luò)化國際規(guī)約IEC 61850出現(xiàn)的今天，如何將采用舊規(guī)約的通信系統(tǒng)納入新型網(wǎng)絡(luò)化遠動系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，并保持原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備不變的情況下使其與最新的國際標準接軌，值得我們進行深入研究。 2 規(guī)約簡析 CDT、IEC 60870-5-101 和IEC 60870-5-104規(guī)約(下文中我們描述為傳統(tǒng)規(guī)約)在我地區(qū)得到廣泛應用，在今后的一段時間內(nèi)仍將是我們使用的主要規(guī)約，這些規(guī)約全部都是傳統(tǒng)的面向點的電力遠動規(guī)約，這些規(guī)約依靠各種數(shù)據(jù)地址“點”值來區(qū)分不同的信息，這些地址由遠動工程師預先分配。 IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名

3、、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言，使不同智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作成為可能。規(guī)約的設(shè)計采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法,層次化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)的維護簡單明了，克服了以往采用點表羅列方式帶來的困難,可以自我描述數(shù)據(jù)的含義(名稱(name),數(shù)據(jù)的類型(如整形，浮點或某種復雜結(jié)構(gòu)),不再需要核對點表定義。 3 轉(zhuǎn)換理論的研究 我局目前調(diào)控中心都不直接和變電站設(shè)備進行通信。變電站設(shè)備先與RTU相連，RTU再采用遠動通信規(guī)約與調(diào)控中心的前置機通信。 而如果采用無縫通信體系，調(diào)控中心采用IEC 61850 規(guī)約通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和變電站中的IED直接相連。對現(xiàn)有變電站的所有通信設(shè)備進行改造

4、，則牽涉到變電站內(nèi)相應設(shè)備的硬件和軟件的替換。這種方法相當于要把變電站內(nèi)大部分在正常工作的設(shè)備都替換下來，代價高昂，對現(xiàn)有資源是一種極大的浪費。 為此，我們認為在傳統(tǒng)RTU上增加規(guī)約轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)接入將來無縫遠動體系是一種不錯的選擇。 101 規(guī)約和CDT 規(guī)約等傳統(tǒng)規(guī)約同IEC 61850 的轉(zhuǎn)換工作主要在協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)中完成。網(wǎng)關(guān)一方面充當傳統(tǒng)規(guī)約主站的角色，它收集變電站上傳的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)關(guān)中。另一方面，對IEC 61850 規(guī)約來說，網(wǎng)關(guān)是一個服務(wù)器，它把從變電站RTU 上傳的數(shù)據(jù)按IEC 61850 的方式組織信息模型，并為調(diào)度中心客戶端提供標準的IEC 61850 服務(wù)。 傳統(tǒng)規(guī)約

5、是面向點的。而IEC 61850采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)組織數(shù)據(jù)，它有自己定義的信息模型。運用IEC 61850進行信息傳輸，首先要完成的就是把傳統(tǒng)規(guī)約上傳過來的遠動數(shù)據(jù)，按IEC 61850規(guī)約定義的信息模型組織起來。這種規(guī)約轉(zhuǎn)換工作主要靠IED代理來完成。從控制中心看來，代理完全采用了IEC 61850的結(jié)構(gòu)體系，等同于一個采用IEC 61850通信規(guī)約的IED。同時運用IEC 61850中定義的變電站配置語言，對上述網(wǎng)關(guān)的配置性能進行描述。 其轉(zhuǎn)換過程可分為以下幾步： （1）101/CDT 報文數(shù)據(jù)通過串口通信解析成遙測遙信等變電站信息。 （2）根據(jù)IEC 61850 標準中的定義以及變電站信息

6、，建立101/CDT 規(guī)約向IEC61850轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)信息模型實例。 （3）進一步解析的變電站信息向轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)模型實例所對應得數(shù)據(jù)對象映射及服務(wù)映射。 （4）用XML文檔對轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的配置性能進行描述。 4 轉(zhuǎn)換的實現(xiàn) 4.1 規(guī)約轉(zhuǎn)換 根據(jù)規(guī)約轉(zhuǎn)換理論我們知道幀數(shù)據(jù)通過串口通信解析成相應的遠動信息，這些遠動信息概括起來，可以分為四類：遙測、遙信、遙控、遙調(diào)。 遙測即遠程測量：應用遠程通信技術(shù)，傳輸被測變量的值。 遙信即遠程指示，遠程信號：對諸如告警情況、開關(guān)位置或閥門位置這樣的狀態(tài)信息的遠程監(jiān)視。 遙控即遠程命令：應用遠程通信技術(shù)，使運行設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化。 遙調(diào)即遠程調(diào)節(jié)：對具有兩個以上狀態(tài)的運

7、行設(shè)備進行控制的遠程命令。 對于遠動信息的分析，在規(guī)約轉(zhuǎn)換的設(shè)計中是至關(guān)重要的。 根據(jù)現(xiàn)場傳過來的遠動信息，結(jié)合IEC 61850中定義的信息模型，建立符合IEC61850標準的對象實例，同時建立映射關(guān)系。最后建立此變電站轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的配置文檔，并交付下層通訊使用。 下面以一簡單變電站(命名為FY)為例，并以CDT規(guī)約作為傳統(tǒng)規(guī)約的代表詳細說明其規(guī)約轉(zhuǎn)換的設(shè)計過程。其變電站配置為主變（1B）連接110kV及10kV母線，10kV出線間隔2個。 現(xiàn)有的遙測,遙信表分別表1和表2所示。 表1 FY 變電站遙測表 序號 標識 0 FREN-F1 1 FREN-F2 2 1B110-P 3 1B110-Q

8、 4 1B110-Ia 5 1B110-Ic 6 1B10-P 7 1B10-Q 8 1B10-I 9 M01-Ua 10 M01-Ub 11 M01-Uc 12 M01-Uab 13 WENDU-T1 14 FT-FT1 15 004-P +1.85 +2047.0 16 004-I +123.99 +2047.0 17 005-P +1.59 +2047.0 18 005-I +98.19 +2047.0 表2 FY 變電站遙信表 序號 標識 遙控 說明 1 KG001 YES 2 KG002 YES 3 KG004 YES 4 KG005 YES 5 ZHBIZWS 主變重瓦斯 6 ZH

9、BICD 主變差動 7 ZHBIFXGL 主變負序過流 8 ZHBYWBJ 煙霧報警 9 M01CHZ 10KV母線重合閘 10 M01GL 10KV母線過流 11 002JULI 距離保護 12 004JULI 13 004CD 差動保護 14 005JULI 15 005CD 4.2 信息模型建立 在IEC61850標準下，整個轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)可看成一個IED，下面劃分多個間隔(可看成邏輯設(shè)備)。這些間隔按照變電站的具體功能進行分解，運用面向?qū)ο蟮姆椒▽ψ庸δ芙⑿畔⒛Ｐ?，間隔可對應為一個邏輯節(jié)點，間隔之上的電壓等級則對應為一個邏輯設(shè)備。下一層的數(shù)據(jù)對象如位置信息，可采用SPC 類型的公共數(shù)據(jù)類，

10、SPC 公共數(shù)據(jù)類不僅包含stVal 數(shù)據(jù)性（表示開關(guān)的狀態(tài)信息），還包含ctlVal 數(shù)據(jù)屬性（表示對開關(guān)狀態(tài)的控制信息），體現(xiàn)了對開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)視以及控制。代理對變電站設(shè)備控制功能的實現(xiàn)，通過將IEC 61850定義的信息模型映射到相應底層通信規(guī)約，如101或者CDT規(guī)約。這里的關(guān)鍵就是要實現(xiàn)傳統(tǒng)規(guī)約的遙測、遙信、遙調(diào)和遙控等信息的在IEC61850中的建模。 在標準中對于邏輯設(shè)備的模型沒有做規(guī)范，考慮到控制中心往往對變電站以間隔為單位進行監(jiān)控，因此我們把一個間隔內(nèi)的遠動數(shù)據(jù)劃分到同一個邏輯設(shè)備中是比較合理的。邏輯設(shè)備下面有劃分邏輯節(jié)點，其配置如表3 所示。 表3 邏輯節(jié)點配置 LD1(間隔

11、1) MMXU（測量單元），TCTR（電流互感器），CALH（報警），GGIO（通用I/O），XCBR(斷路器)，YPTR（變壓器）， YLTC（分接頭），CSWI（開關(guān)控制），PIOC（瞬時過流），PDIF（差動保護）,XSWI LD2(間隔2) MMXU，TCTR，XCBR，PDIS（距離保護），CSWI, XSWI LD3(間隔3) TVTR（電壓互感器），RREC（重合閘），PIOC，MMXU LD4(間隔4) MMXU，PDIS，PDIF，CSWI，XCBR, XSWI LD5(間隔5) MMXU，PDIS，PDIF，CSWI，XCBR ,XSWI LDFY MMXU，GGIO 下面

12、就以遙測信息建模為例，說明轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)信息模型實現(xiàn)過程。 例如，變電站有一線路遙測信息如下：有功，無功和電流值。要建立其信息模型，首先就要選擇合適的邏輯節(jié)點。IEC 61850定義的邏輯節(jié)點MMXU與其相對應。變電站線路中的有功、無功、電流值，可以建立邏輯節(jié)點MMXU實例如表4所示。 表4 測量單元邏輯節(jié)點實例 MMXU (測量單元邏輯節(jié)點實例) Mode：INC Beh：INS Health：INS NamPlt：LPL 繼承公共邏輯節(jié)點類中所有必須的數(shù)據(jù)對象 TotW：MV 有功功率之和 TotVar：MV 無功功率之和 A：WYE 相電流 遠動系統(tǒng)中遙測信息的邏輯節(jié)點建立比較簡單。而遙信、遙

13、控、遙調(diào)的信息模型建立則比較困難。因為遠動規(guī)約所定義四遙信息往往代表控制中心對變電站的視角，它只要求監(jiān)視和控制變電站關(guān)鍵部分或關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)，這使得通過IEC 60870-5-101 或CDT 上傳的信息顯得少而精；而IEC 61850-7-4 中的邏輯節(jié)點是從變電站的角度來建模的，它希望通過對一些具體的功能詳細建模從而實現(xiàn)變電站內(nèi)功能之間的配合，達到互操作的目的，所以IEC61850-7-4 中建模的信息模型要求包含的信息相對顯的多而細。為此，只能根據(jù)IEC 61850 規(guī)定的擴展規(guī)則，選取能用的為其他功能建模的邏輯節(jié)點類型，或者根據(jù)自己的需要對邏輯節(jié)點進行擴展甚至定義自己的邏輯節(jié)點。

14、過流保護PIOC 邏輯節(jié)點實例如表5所示，對于距離保護PDIS 和差動保護PDIF，其實例類似表5。 表5 過流保護邏輯節(jié)點實例 PIOC1（過流保護邏輯節(jié)點實例） 屬性名稱 屬性類型CDC 說明 數(shù)據(jù)對象（Data Object） 公共邏輯節(jié)點信息（Common Logical Information） 繼承公共邏輯節(jié)點類中所有必須的數(shù)據(jù)對象Mode、Beh、Health、NamPlt，具體實例省略 狀態(tài)信息（Status Information） Op ACT 保護動作信息 4.3 通信服務(wù)模型構(gòu)造 建立變電站自動化遠動通信服務(wù)模型要充分考慮信息的類型和通信要求。在IEC61850 中，報

15、告(Reporting)是由報告控制塊控制的，報告上傳的都是數(shù)據(jù)集（DataSet）所引用的數(shù)據(jù)。當報告控制塊所監(jiān)視數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)屬性發(fā)生變化（數(shù)據(jù)值改變、品質(zhì)屬性改變或者數(shù)據(jù)更新等）時，就會觸發(fā)一個報告的產(chǎn)生。 報告使用的數(shù)據(jù)集可以根據(jù)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級和數(shù)據(jù)的類別來建立。對變電站間隔1的繼電保護動作信息，我們創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)集FltRpt1，主要包括對線路一過流保護和距離保護的動作數(shù)據(jù)，如表6所示。 表6 數(shù)據(jù)集 DATA-SET FltRpt1 名稱 LD1/LLN0.FltRpt1 數(shù)據(jù)集實例的引用路徑 PIOC1.Op 過流保護動作信息 PIOC2.Op 差動保護動作信息 4.4 配置文檔說明

16、 在IEC 61850-6 中定義了變電站配置描述語言SCL，它主要基于可擴展標記語言XML 1.0(eXtensible MarkupLanguage)。SCL 用來描述通信相關(guān)的IED 配置和參數(shù)、通信系統(tǒng)配置、開關(guān)站結(jié)構(gòu)及它們之間的關(guān)系。主要目的是在不同廠家的IED 配置工具和系統(tǒng)配置工具之間提供一種兼容的方式，實現(xiàn)可共同使用的通信系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)的交換。 基于SCL定義的信息模型，IEC 61850標準采用XML來建立變電站、IED、通信系統(tǒng)等模型的描述文檔，并給出了建立各種模型描述文檔所需要的XML模式（Schema），以達到在不同廠家提供的智能電子裝置IED管理工具和系統(tǒng)管理工具之間，

17、交換智能電子裝置信息和變電站自動化系統(tǒng)信息的目的。 一個完整的SCL文件可分為兩個基本部分，首部(header)和內(nèi)容(content)，首部用來標識一個SCL 配置文件和它的版本號;內(nèi)容主要包括變電站描述部分、IED 描述部分和通信系統(tǒng)描述部分: （l）變電站部分，主要來描述一個變電站的功能結(jié)構(gòu)，標識主設(shè)備及它們之間的電氣連接。如果需要描述整個電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，就可能需要這樣幾個變電站節(jié)。這部分主要描述了變電站內(nèi)電壓等級、間隔、主設(shè)備、子設(shè)備以及變電站功能邏輯節(jié)點。 （2）IED部分，描述了一IED的訪問點、邏輯設(shè)備和實例化的邏輯節(jié)點。另外還定義IED提供的通信服務(wù)、邏輯節(jié)點類型及數(shù)據(jù)對象實例。 （3）通信系統(tǒng)部分，描述了在邏輯節(jié)點之間通過邏輯總線和IED 訪問點可能的通信連接路徑。 5 結(jié)束語 傳統(tǒng)遠動規(guī)約是傳統(tǒng)面向點技術(shù)的電