基于IEC61850標準的FH3000型故障錄波器建模

王鳳祥 羅 彥

（1. 山東廣饒供電公司，山東 廣饒 257300；2. 西華大學電氣信息學院智能化高壓電氣研究室，成都 610039；3.成都府河電力成套設備有限責任公司，成都 610012）

1 FH3000型故障錄波器簡介

1.1 設備特點

FH3000型故障錄波器是成都府河電力自動化成套設備有限責任公司嚴格按照DL/T873-2004《微機發電機變壓器組動態記錄裝置技術條件》、DL/T553～1994《220～500kV電力系統故障動態記錄技術準則》、DL/T663～1999《220～500kV電力系統故障動態記錄裝置檢驗測試要求》和繼電保護產品相關標準自主開發設計的新型嵌入式發變組動態記錄分析裝置。本裝置采用了當今世界最先進的DSP技術和通信技術，具有采樣速率高、軟件功能強大、記錄容量大等特點，并結合了電力系統的最新發展需要，具有常態記錄功能，是一種功能全面、性能可靠、技術先進的電力故障動態記錄與分析裝置，能夠滿足電力系統事故分析和通信發展對錄波和常態記錄的要求，適用于220kV及以上的變電所、發電廠及其它各種需要起動錄波和長時間常態記錄檢測的場所。

1.2 系統功能和裝置結構

FH3000通過模塊化組合，實現96路模擬量輸入、192路開關量輸入、告警輸出、GPS（1PPS/1MPS/ IRIG-B）對時、顯示、打印、存儲、通信等功能，既能按照故障文件進行分析，也能按照指定的時間段組織常態數據進行分析，能夠進行故障分析（包括單端測距和雙端測距）、諧波分析、矢量分析、序分量分析、差流分析、阻抗分析，波形分析，以及數據通道任意組合顯示，相鄰線路數據，雙端數據的對照顯示等。

可記錄交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流、頻率、高頻模擬量、高頻開關量、開關狀態量、溫度量等；計算產生正序電壓、零序電壓、負序電壓、正序電流、零序電流、負序電流、有功功率、無功功率等。

FH3000硬件功能模塊包括：分析存儲管理模塊、采集模塊、測頻模塊、GPS模塊、告警模塊、電源模塊、模擬量輸入模塊、開關量輸入模塊、通信接口、打印機、顯示器、鍵盤、鼠標等。

2 FH3000型故障錄波器的服務器建模

2.1 服務器的信息模型設計

根據 IEC61850標準定義的服務器模型，服務器應至少包含Server對象，邏輯設備LD對象，邏輯節點LN對象，以及數據對象DO。這些組成服務器的基本對象必須按照 IEC61850標準描述的服務器模型層次結構進行組建。在基本對象模型的基礎上，根據實際需要，應向基本對象模型中添加以下對象。

（1）File對象：由于FH3000故障錄波器涉及到大量的錄波文件的管理，所以應添加File對象，由該對象負責錄波器的文件服務。參照標準，File對象應安排在Server類中，器位置應和LD處于相同層次。

（2）Association對象：因為IEC61850對象模型最終要映射到報文服務規范MMS，所以根據MMS的要求，兩個應用進程在通信之前應先建立關聯。Association對象就是為了管理關聯的建立而添加的。

（3）定值組控制塊：該對象用于管理成組命令的下發。

（4）報告控制塊：該對象用于管理報告服務。

（5）數據集：數據集對象用于管理成組的數據。

2.2 FH3000抽象服務接口的設計

由前面的分析可知，FH3000故障錄波器信息模型包含：Server對象、LD對象、LN、DO以及File、Association、定制組控制塊、報告控制塊等，因此由 IEC61850標準為這些對象定義的方法的總和就組成了抽象通信服務接口ACSI。FH3000故障錄波器的ACSI服務大致可以分為這樣幾類：讀/寫、控制，目錄/定義、定值服務、報告服務、文件傳輸等。

綜合 FH3000的信息模型和抽象服務接口，可以得到FH3000的服務器模型框架如圖1所示。

圖1 FH3000的服務器模型框架

3 FH3000故障錄波器邏輯設備建模

3.1 命名空間的擴展

IEC61850是用 SCL（Substation Configuration Language, 變電站配置描述語言）來描述邏輯設備模型的，SCL語言的基本元素是各個數據類和邏輯節點類。在 IEC61850.74和 IEC 61850.73，IEC61850.72中定義的每個類都有類名和與類有關的特定意義。幾乎所有的類都由其他類組成。在IEC61850標準中定義的每個“名字”都有與應用場合相關的語義。當在實際應用中需要的某些信息無法在標準中找到完全對應的描述時，此時就需要對邏輯節點，數據對象和數據屬性等進行擴展。

根據FH3000型故障錄波器邏輯設備模型的實際需要，本文依據 IEC61850標準規定的命名空間擴展規則，對標準中原有的數據類型和邏輯節點類進行了擴展，添加了多個專有數據類型和邏輯節點類。

3.2 邏輯節點設置

根據FH3000故障錄波器系統功能和裝置的結構，參考IEC 61850標準定義的統一對象模型，從IEC 61850標準的統一對象模型中派生出12個子類（邏輯節點），分別對應于FH3000故障錄波器的12個子功能。這些子類（邏輯節點）分別是：LLN01(LLN0)；LPHD1(LPHD)；RDRE1(RDRE)；RFLO1(RFLO)；RDIR1(RDIR)；AnaRADR1～n1(RADR)；SeqRADR1～n2(RADR)；NegPowRADR1～n3(RADR)；FreRADR1～n4(RBDR)； RBDR1～n5(RBDR)； AlmGGIO1～8(GGIO)；RecGGIO1(GGIO)。

其中：

LLN01：基類是LLN0（邏輯節點零），包含邏輯設備的公共信息。

LPHD1：基類是LPHD（邏輯物理設備），包含物理設備的公共信息。

RDRE1：基類是RDRE（擾動記錄），包含關于故障（擾動）記錄公共設置及記錄的數據。

RFLO1：基類是RFLO（故障定位），包含關于故障位置的數據。

RDIR1：基類是RDIR（方向元件），包含關于故障方向的數據。

AnalRADR1～n1：基類是 RADR（擾動記錄模擬通道），包括關于模擬通道故障記錄觸發及使能數據。

SeqRADR1～n2:基類是RADR，包括關于序量通道（包括正、負、零序）故障記錄觸發及使能數據。

NegPowRADR1～n3：基類是RADR，包括關于逆功率通道故障記錄觸發及使能數據。

FreRADR1～n4：基類是 RADR，包括關于頻率通道故障記錄觸發及使能數據。

RBDR1～n5：基類是RBDR（擾動記錄狀態量通道），包括關于開關量通道故障記錄設置數據。

AlmGGIO1～8：基類是GGIO（通用輸入輸出），其中 AlmGGIO1主要包括 CPU0板的報警信息數據；AlmGGIO2～7主要包括CPU1～6板的報警信息數據；AlmGGIO8主要包括GPS的報警信息數據。

RecGGIO1：基類是GGIO，包括遠程錄波控制數據。

圖2所示為邏輯設備的邏輯節點模型示意圖。

其中：

n1為邏輯節點 AnaRADR實例數，取值范圍1～96，對應96個模擬通道。

n2為邏輯節點 SeqRADR實例數，取值范圍1～24，對應24個序分量通道。

n3為邏輯節點 NegPowRADR實例數，取值范圍1～12，對應12個逆功率通道。

n4為邏輯節點FreRADR實例數，取值范圍1～4，對應四個頻率通道。

n5為邏輯節點RBRD實例數，取值范圍1～192，對應192個開關量通道。

3.3 邏輯節點數據類型

本文設計的模型定義了300多個邏輯節點，數據比較龐大，故邏輯節點的類型定義不再一一詳述，現只簡要介紹一下FH3000模型最典型的RDRE1節點。

圖2 邏輯設備建模

RDRE1是擾動記錄邏輯節點RDRE的實例，該節點主要進行故障擾動記錄工作，其數據表如表1所示。

表1 RDRE1數據

表中所示的數據類型 INC，INS，SPS等是IEC61850.73中定義的通用數據類。從表中可以看出，FileNam和BayNam屬于Data擴展，他們的屬性類型是STS，STS是擴展的通用數據類。

經過以上各項工作，根據SCL語法規范就可以描述出 FH3000型錄波器的邏輯設備模型了，也就是其 ICD文件（智能電子設備配置文件），限于篇幅，這個文件本文不再給出。

4 結論

本文完成的FH3000型故障錄波器的建模工作完全符合 IEC61850標準的要求，在實際應用中也滿足了新型數字化變電站的各項技術指標。目前，以本文設計的模型為基礎配置的FH3000型故障錄波器的服務器端已經通過了中國電力科學研究院的一致性測試，并且該設備已經在廣西550kV電站投入運行。

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