基于IEC61850標準的定值模型應用與測試

黃浩聲，許小兵，卜強生

（1.江蘇省電力試驗研究院有限公司，江蘇南京211103；2.無錫供電公司，江蘇無錫214061）

在智能變電站調試過程中，需要對保護裝置的定值進行遠控操作，如修改定值、切換定值區等。相對于傳統規約，IEC61850規約具有良好的互操作性，使得定值遠控操作只需后臺與保護裝置直接通信，定值遠控操作本身并不復雜，但為了在試驗過程中，更好地處理出現的問題，需要對IEC61850建模構想及IED裝置的ICD（IED Configuration Description）文件都有一定的熟悉。

1 IEC61850標準模型概述

IEC61850通信標準采用面向對象技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務接口（ACSI），對變電站自動化系統中的對象進行統一建模，將應用功能（如保護功能、測量功能等）分解為信息最小實體（如差動保護、距離保護等），稱為邏輯節點，邏輯節點包含數據（如差動動作值、差動動作時間等），數據又包含數據屬性，用以詳細描述數據（如最大值、最小值、量綱等）。合理的組合邏輯節點，便構成一個邏輯設備，邏輯設備再復合成為服務器（即一個物理裝置）。服務器、邏輯設備、邏輯節點、數據及數據屬性構成了IEC61850模型的層次關系[1]。這些模型再與抽象服務通信接口結合起來，形成了帶有自描述信息且開放的通信平臺，如圖1所示。

圖1中左邊顯示了模型的層次關系，右邊顯示了基于功能的控制塊信息，還有控制塊與邏輯節點之間的關系。在標準中，定義了數據集的模型，該模型是一系列數據及其數據屬性的集合，以實現對不同模型、不同邏輯節點同時進行操作。舉例來說，有多個邏輯節點都會包含有定值數據，如差動保護邏輯節點有差動啟動值等數據，距離保護邏輯節點有距離阻抗值等數據，為方便定值的統一操作，將所有定值數據歸類成一定值數據集，與遙測、遙信等數據集一起構成裝置多個數據集，如圖2所示。

圖1 ACSI概念性服務模型

圖2 裝置數據集結構圖

2 模型結構文件ICD

ICD文件，意指智能設備配置描述文件，是對一個裝置功能進行分解建模后，將其所能提供的基本數據及服務，用基于可擴展標記語言（XML）的變電站配置描述語言（SCL）來描述。ICD文件分為4個主要元素[2]：Header，Communication，IED和Data T-ype Templates，如圖3所示。其中，Header由特定IED模型文件的版本和訂正號以及名稱映射信息組成；Communication定義了裝置通信方式以及訪問點信息；IED是對裝置邏輯設備的具體描述，主要包含邏輯設備的組成（邏輯節點以及數據對象）情況，以及邏輯設備與配置文件中其他元素的關系；Data Type Temp1ates部分定義了文件中所有邏輯節點、數據對象、數據屬性以及枚舉數據的模型等。

圖3 裝置ICD結構圖

圖3展示了IEC61850的模型結構，IED裝置有1個外部訪問節點（Access Point），包含服務器Server，服務器中包含1個LD，LD由1個LN0和24個LN構成。而LN0里就包含定值數據集在內的所有DataSet，如圖4所示。

該定值數據集引用了各邏輯節點的數據作為成員，并且成員的排列順序與裝置說明書定值單中定值的順序保持一致。圖4中ld Inst為邏輯設備實例；Ln Class為邏輯節點類型；Ln Inst為區分相同類型邏輯節點而設的實例號；doName為數據名；fc則為數據的功能約束,該項值為SG，說明該數據集里數據為定值組數據。

圖4 定值數據集ICD結構圖

3 定值組控制服務

定值遠控操作需按IEC61850定義的服務來操作，按IEC61850定義，定值組控制模塊SGCB提供了激活定值區（Select ActiveSG）、選擇編輯定值區（Select EditSG）、設置定值（SetSG Values）、確認修改定值（Confirm EditSG Values）、讀定值（GetSG Values）、讀定值控制塊內容（GetSGCBValues），其服務說明如圖5所示。

圖5中SG的值由PDIF和PVOC 2個不同的邏輯節點提供，在這個模型中，有3組定值，圖左的Select ActiveSG服務決定選擇SG1號、2號、3號的哪組值復制到激活緩沖區（active buffer）。圖中選擇將SG1號設置成激活狀態。Select EditSG服務切換右側多路開關至SG3號，用GetSG Values和SetSG Values服務讀寫編輯緩沖區(edit buffer)的SG值。SG3號的值寫入編輯緩沖區后，客戶端以ConfirmEdit-SGValues確認存儲在編輯緩沖區的新值。Get SGCB Values服務可以檢索SGCB的屬性。而SG中的DATA可以由GetSG Values服務直接訪問。

4 常見問題及處理

4.1 模型動態配置與靜態配置

某后臺軟件的定值召喚界面如圖6所示。由圖6看到定值召喚的數據有：當前值、量綱、最小、最大值及步長，其中步長都為0顯然是錯誤的。

究其原因，是因為在ICD文件中，模型分為動態描述與靜態描述，所謂動態描述，就是配置文件中并不直接定義模型參數值，需要客戶根據ICD文件所描述的地址去裝置內部讀取。而靜態配置，則是在ICD文件中直接定義模型參數值，后臺軟件只需解析ICD文件就能直接得到相關值，并不需要從裝置內部讀取。因此，當ICD中模型采用動態配置，而后臺不支持動態配置，就會發生如上所示錯誤。接地距離I段定值數據結構如圖7所示。量綱、最小值、最大值都是直接在ICD文件中定義，而數值、步長卻未直接定義，因為數值必須是從裝置讀取，而量綱、最小值、最大值、步長等，按默認為不改變，后臺只以靜態的方式解析量綱、最小值、最大值和步長。而由于ICD文件中并沒有步長值，因此后臺顯示出錯。解決方法1是將步長在ICD文件中賦值；方法2是要求后臺軟件按支持動態配置來設置。實際上，按IEC61850定義，建議后臺軟件能按動態方式來設計軟件。

圖5 定值組控制模塊SGCB及服務

圖6 后臺定值操作界面

圖7 接地距離I段定值ICD文件

圖8 后臺定值操作界面

4.2 ICD配置錯誤

由于廠家對IEC61850標準未理解透徹，ICD配置文件中也存在一定問題，量綱無法顯示如圖8所示。查看廠家ICD文件，失靈啟動相電流定值，其units直接寫成A，如圖9所示。顯然，ICD編寫人員想定義該單位為安培，然而根據IEC61850標準第七章6.9節規定，單位unit由SIUnit和multiplier共同構成，SIUnit應是從ISO/IEC1000導出的國際單位SI，對應第七章附錄A列出1至74個值；multiplier定義了倍數值，對應附錄A列出的從-24至24所表示的倍數值。由于廠家錯誤的方法描述單位，致使后臺軟件無法識別。

為正確定義單位A，應將units重新定義，如圖10所示。SIUnit該項數值為5，從附錄A查詢，其值單位對應為A，而multiplier數值為0，由附錄A查詢，對應倍數為1。另外，召喚定值時還會出現諸如時間精度問題，比如實際配置為0.5s，而上召顯示為499ms，究其原因是建模中存在整形量和浮點量的不匹配，建議統一。

圖9 ICD文件中定值定義

圖10 units正確定義

5 結束語

基于IEC61850標準建模的變電站設備，具備良好的互操作性，也使后臺對定值的操作相對容易，但由于IEC61850涵蓋意義廣泛，各廠家理解不一，加上實際建模中各種原因，配置文件會有不少的錯漏之處，因此在實際調試過程中，應按IEC61850標準所定義功能召喚定值，驗證其所有功能，并在發現問題時，認真研習其ICD文件，找出原因所在。

[1] 王麗華，江濤，盛曉紅，等.基于IEC61850標準的保護功能建模分析[J].電力系統自動化，2007，31(2)：55-59．

[2] 范建忠，戰學牛，王海玲.基于IEC61850動態建立IED模型的構想[J].電力系統自動化，2006，30(9)：76-79．