智能變電站數據建模

馬澤菊，羅 建，黃益華，鐘加勇

(1.重慶大學輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，重慶400044;

2.重慶電力高等專科學校，重慶400053;3.重慶電力科學試驗研究院，重慶401123)

0 引言

智能變電站的一個重要特征是采用IEC 61850標準建立數據模型，其數據模型的基本元素有服務器SERVER、邏輯設備LD、邏輯節點LN、數據對象DO、數據屬性DA、公共數據類，而邏輯節點(LN)代表了核心功能。本文在分析智能變電站相關標準和研究IEC 61850數據建模原理的基礎上重點探討智能變電站數據建模的原則、流程及邏輯節點的建模。

1 建模的總體原則

IEC61850規范了數據模型、服務以及建模方法。在對設備建模時應基于面向對象的建模思想和分層次的總體原則進行，具體方法如下:

(1)與多個功能相關，或與全系統功能相關的數據，應在公共的邏輯節點或者邏輯設備中建模;

(2)只與一個功能對象相關的數據以及數據屬性，應建模在該功能對象中(包括對該對象的擴展);

(3)物理設備(IED)建模時，應建模為一個裝置對象，應包含服務器SERVER對象，在SERVER對象中應包含至少一個邏輯設備LD對象，在每個LD對象中應至少包含3個邏輯節點LN對象［1］;

(4)服務器建模時，每個服務器應有一個訪問點，支持與過程層自動化的間隔層設備和變電站層設備通信，可采用不同訪問點分別與過程層及變電站層進行通信;

(5)邏輯設備建模時，宜把某些具有公用特性的邏輯節點組合成一個邏輯設備;

(6)邏輯節點建模時，屬于同一功能對象的數據和數據屬性應放在同一個邏輯節點LN對象中，若標準的LN類不滿足功能對象的要求，可進行LN類擴展或者新建LN類，擴展和新建應遵循IEC 61850的規定。應直接采用標準已明確定義的LN，不宜采用通用LN。

2 建模流程

裝置功能分解后得到的需要通信的最小功能單元，按照IEC 61850標準7-4選擇合適的邏輯節點類對功能進行建模。判斷已有的LN類是否滿足標準功能要求，如果滿足則采用已有的LN類;如果不滿足，則判斷已有的LN類是否滿足被建模功能的核心需求，如滿足核心需求，則可向該LN類添加新的數據來滿足功能的需求;如果標準已有的LN類不滿足被建模功能的核心需求，則可擴展一個新的LN類。具體過程如圖1所示。

3 邏輯節點和數據的擴展規則

在擴展邏輯節點時，基本數據相同的功能，應采用源于相同LN類的不同實例;如有合適的LN類符合被建模功能的需求，則邏輯節點實例應具有該LN類所有必選的屬性;如有合適的LN類符合被建模功能的核心建模需求，則可通過添加若干數據滿足被建模功能的建模需求;LN類的名字不變;如沒有合適的LN類符合被建模功能的核心需求，則要求新建LN類的名稱首字母應符合IEC 61850所規定的邏輯節點組相關前綴的要求，應符合DL/T860命名空間的要求，不可與IEC 61850中已存在的LN類名稱沖突。

圖1 數據建模流程

在擴展數據時，添加或擴展數據時，標準中定義的LN類中已有的數據，如在一個LN實例中存在該數據類的多個實例，可在數據后擴展數字后綴;如果LN類中已有的可選數據能滿足要求，則應使用可選數據;如果標準中定義的LN類不滿足建模需求，需要添加數據時，如IEC 61850-7-4的第6節數據名稱語義中規定的數據能滿足需要添加的數據的需求，則應選擇標準規定的數據添加到該LN類;如果標準中定義的LN類不滿足建模需求，需要添加數據時，如IEC 61850-7-4的第6節數據名稱語義中規定的數據不能滿足添加數據的需求，則新建數據的名稱，應盡量采用IEC 61850-7-4的第4節規定的縮寫，通過組合形成新的數據名稱，采用IEC 61850-7-2規定的通用數據類和基本數據類型，新建數據的名稱不可與已有數據名稱沖突，應符合IEC 61850的命名空間要求。不宜擴充通用數據類、復雜數據類型和基本數據類型，宜通過擴展邏輯節點來滿足需求。

4 邏輯節點的建模

4.1 測控裝置的邏輯節點建模

4.1.1 模擬量數據建模

屬于同一測量對象的數據宜建立在同一LN中。交流標量用于建模頻率、功率因數等標量信息宜采用MV進行建模;交流矢量用于建模電壓、電流等矢量信息，數據類型為 Vector，單項值宜采用CMV，三相值相到地的值宜采用WYE，相到相的值宜采用DEL;直流量宜采用MV進行建模;溫度、濕度、壓力等使用GGIO中的Ain建模。

4.1.2 開關量數據建模

當斷路器、刀閘接入雙位置時，斷路器使用邏輯節點XCBR，隔離開關使用邏輯節點XSWI，位置采用數據Pos，數據屬性均采用stVal建模。若過程層設備智能化，斷路器邏輯節點XCBR和刀閘邏輯節點XSWI則位于過程層智能設備，間隔層測控裝置通過GOOSE接收過程層智能設備的斷路器、隔離開關的位置信息。這些位置信息在間隔層設備建模為CSWI(與該斷路器或者隔離開關的控制模型對應)，采用數據對象Pos的數據屬性stVal，供站控層設備與間隔層設備交換信息使用。若過程層設備非智能化，對站控層設備通信，斷路器、隔離開關位置信息在間隔層設備建模為CSWI(與該斷路器或者隔離開關的控制模型對應)，采用數據Pos，數據屬性stVal。由于無智能化過程層設備，故斷路器邏輯節點XCBR和刀閘邏輯節點XSWI則位于間隔層智能設備。

斷路器、隔離開關接入單位置，建模分為過程層設備智能化具有過程層通信、過程層設備非智能化無過程層通信兩種情況。過程層設備智能化，具有過程層通信時，由過程層智能設備處理單位置到雙位置的轉換，建模同斷路器位置接入合位和分位，具有過程層通信的模型;過程層設備非智能化，無過程層通信時，由間隔層智能設備處理單位置到雙位置的轉換，建模同斷路器位置接入合位和分位，具有過程層通信的模型。

地刀位置接入雙(或單)位置，建模同刀閘接入雙(或單)位置建模，地刀不控制，只接入位置的情況，將 CSWI.Pos.ctlModel值置為0，即只有狀態(status-only)。

4.1.3 控制數據建模

(1)斷路器及刀閘控制建模。對斷路器和隔離開關的控制均使用CSWI實例，斷路器控制模型中無壓合、有壓合、合環合分別建不同實例的CSWI，采用CSWI中Check的sync位區分同期合與強制合，強制合不單獨建實例;遙控返回的原因代碼應按IEC 61850標準定義統一使用;控制模型的數據類型見國網IEC 61850工程應用模型統一定義如SBOw、Oper、Cancel等;接地開關不控制，只接入位置的情況，將CSWI.Pos.ctlModel值置為0，即只有狀態(status-only)。

(2)變壓器控制建模。變壓器本體測控用ATCC，智能終端用YLTC。對于分相的變壓器檔位，智能終端使用三個YLTC實例對應三個相別;測控裝置如需分相控制建模則作為三個ATCC實例來建模，若不分相控制，則在一個ATCC中擴展TapChgA、TapChgB、TapChgC表示分相的檔位。在 ATCC中擴展 OpHi、OpLo、OpStop 三個 DO，類型為 ACT，用于發出GOOSE命令。

4.1.4 其他數據建模

其它控制功能如小電流接地試跳，根據采用單點或雙點模型，分別使用GAPC實例的SPCSO數據或DPCSO數據。

4.2 保護裝置的邏輯節點建模

保護裝置的邏輯節點建模主要包括定值建模、錄波建模、保護事件數據建模、保護動作建模。下面分別對這幾個方面的建模展開討論。

定值建模時，例如公共控制字、距離保護控制字、縱聯保護控制字、差動控制字等這些控制字與多個功能邏輯節點相關，應位于保護LD，擴展在LN0中;控制字按照投退方式建模時，與系統相關的控制字建模在保護LD，擴展在LN0中;與具體功能相關的控制字，建模在相關的功能LN中;如電流I段投入控制字擴展建模在電流一段的功能LN中。與某幾個具體功能LN相關的定值，如接地距離電阻定值、相間距離電阻定值、電抗零序補償系數、電阻零序補償系數等，定值模型位于功能LN所在的LD。

錄波建模時，錄波數據模型應位于錄波邏輯設備，采用邏輯節點RDRE建模，下列數據對象Rcd-Made和FltNum是必需的，RcdMade為true時，表示錄波完成;FltNum表示用于區別故障的序號，用十進制表示。

保護事件數據建模時，其模型應位于保護相關邏輯設備，保護事件相關數據對象的通用數據類是ACT、ACD。保護LN類中擴展一個DO，建模保護動作相對時間 RltTmms(Relative Time)，CDC采用INS。告警建模時，裝置告警、通信告警可位于設備的公共LD，如通信插件告警等;保護告警可位于保護LD，如過負荷告警等。

保護動作數據建模時，動作邏輯節點PTRC的數據對象Op或Tr的數據類型分為了ACT和ACT_3P兩種類型，其中ACT類型不包含可選的DA:phsA、phsB、phsC、neut，ACT_3P 則包含 phsA、phsB、phsC、neut，保護裝置應根據是否要帶分相信息選擇兩種類型之一使用。

對于ASG、ING、SPG等數據類型，當用于不分區定值時，其FC屬性為SP，用于分區定值時，其FC屬性為SG。為了適應這兩種情況，國網IEC 61850工程應用模型統一定義了 ASG_SP、ING_SP、SPG_SP和ASG_SG、ING_SG、SPG_SG分別用于不分區和分區的定值。

5 結束語

本文根據智能變電站數據建模的相關規范，分別對測控裝置的模擬量、開關量、控制量的建模和保護裝置的定值、錄波、保護事件、保護動作邏輯節點建模進行了具體的描述。

［1］羅四倍，黃潤長，崔琪，等.基于IEC 61850標準面向對象思想的IED建模［J］.電力系統保護與控制，2009，(17):88-92.

［2］高慧.IEC 61850故障信息系統主站的建模及應用［D］.北京:華北電力大學(北京)，2009:5-15.

［3］廖澤友，孫莉，賀岑，等.IED遵循IEC 61850標準的數據建模［J］.繼電器，2006，(20):40-43.