水電廠監控系統IEC61850信息建模技術研究及應用探討

黃 威

大唐廣源水力發電有限公司，廣西南寧 530022

0 引言

我國的水電廠已經開始進入智能化與數字化的發展階段，這種發展的一個關鍵環節就是智能監控系統的應用，因此針對其信息建模技術進行研究有其必要性。對監控系統進行信息建模需要以IEC61850 標準作為基礎，通過被明確規定了的語法與結構建立起能令不同設備彼此操作、訪問的信息模型。本文將以某發電廠為例，討論IEC61850 標準下的信息模型建立技術與建立方法。

1 水電站監控系統中的IEC61850 標準特性

將對象的具體功能通過虛擬化轉變為抽象服務即為信息模型，以IEC61850 標準為基準建立這種信息模型的手段就是信息建模技術，以上二者作為核心支撐起了IEC61850 標準的應用化。水電站需要建立的信息模型具有結構化特征，包括設備、服務、通信系統等不同類型，這些信息模型都要以面向對象這一方法來建立，而IEC61850 標準對該過程做出了專門的規定，尤其是有關水電站監控用的通信系統與通信網絡方面，IEC61850 標準的規定是相當詳細的。這種規定的細化主要體現在兼容邏輯節點類上，以本文當作例子的水電站來說，其在建立信息模型時需要的兼容邏輯節點類有26 個，以下將對較為重要的幾種節點進行分析說明。

1.1 通用過程的輸入節點或輸出節點（GGIO）

該類邏輯節點能夠為裝置過程（未定義）建模，建模方法選擇通用方法即可，適用的邏輯節點組類別包括S、T、X、Y、Z。具體來說，故障錄波裝置與技術供水系統都適用于這種邏輯節點。

1.2 水力發電機組在軸承部位的節點（HBRG）

這類邏輯節點能實現對軸承類的物理設備的描述，包括推力軸承、水導軸承與上導軸承。

1.3 進水口閘門處的節點（HITG）

該類邏輯節點同樣用于物理設備的描述，適用的物理設備類型為進水口閘門及其相關設備，最典型的例子是快速閘門。

1.4 機械制動用節點（HMBR）

此類邏輯節點所描述的物理設備僅限以機械方式進行制動的設備，典型例子為風閘。

1.5 水電機組的節點（HUNT）

該種邏輯節點可以描述水電廠中的最主要設備——水力發電的生產設備，水輪機和發電機都屬于此列。

1.6 油槽節點、油罐節點、氣罐節點（KTNK）

如字面所說，可以描述油槽、油罐與氣罐這三種設備，值得注意的是，與這三種罐相關的各種設備也包括在內。

1.7 物理裝置信息的節點（LPHD）

該種邏輯節點為建模用，針對的建模對象為物理裝置相關的公用信息。

1.8 機組轉子電氣的測量用節點（MMXN）

因為單相系統自身具備一定的特征——電壓與電流不和相別發生關系，所以該類節點需要用于計算電壓、電流、阻抗、功率四種參數。以功能性來說，這類邏輯節點的功能體現在運行使用上。

1.9 機組定子電氣的測量節點（MMXU）

與上述用于轉子的邏輯節點不同，這類節點的計算是針對三相系統的，計算的參數同樣為電壓、電流、阻抗、功率四種。功能性也與其相同，主用途集中在運行使用的供給上，具體來說，線電壓、相電流、相電壓都包括在里面。

1.10 斷路器的節點（XCBR）

作為建模用節點，該類邏輯節點適用的建模范圍為開關，開關作用為當短路電流產生時自動切斷。

1.11 隔離開關的節點（XSWI）

同樣是用于開關建模的邏輯節點，但所有不具備上文所述短路電流的切斷功能的開關都包括在內，比如接地開關、空氣開關、隔離開關等。

1.12 變壓器的節點（YPTR）

水電廠的監控系統中，變壓器設備是必不可少的，該類邏輯節點專用于對變壓器設備進行建模。

以本文的水電站實例來說明的話，需要使用H9000 監控系統所提供的數據庫的信息點表，以其為根據再配合上文所述的各種邏輯節點類別，就能將相關信息點分類，這樣一來節點的實例化就能實現。另外一方面，需要確定邏輯節點的數據屬性、數據對象這兩大特征，該工作不只要結合節點實際情況，還要與前述實例化同時進行。

IEC61850 標準并非一成不變的，其新版本的發布并未停止，隨著版本的更新，其中針對水電廠建模的規定、思想、導則、規范都有詳細化、標準化、新型化、科學化、現代化的發展趨勢，對水電站建模的特性分析越來越透徹，針對性和指導性也越來越強。因此在進行監控系統的信息建模工作之前要對最新的IEC61850 標準進行研究，分析其中針對各方面的更新與變化，確保將最新的、最具適性的規定標準應用在監控系統的建模上，令水電廠的智能化建設更進一步。

2 信息建模中的IEC61850 標準應用

應用了IEC61850 標準的信息建模需要使用智能電子設備即IED 進行，該過程要以多個因素的分層結構為依準進行，包括數據對象DO、邏輯節點LNode、邏輯設備LDevice 與服務器SERVER。這其中若干個數據對象共同組成邏輯節點，數個邏輯節點被囊括在同一個邏輯設備里，數個邏輯設備又一起構成了服務器，形成了一個網狀構造。

以某水電站的信息模型為例，其IED 的構成為單一服務器，邏輯設備則分四類，分別是機組（1 號到5 號）、可逆式機組（6號到7 號）、開關站（左右岸）、公用系統。確定邏輯節點時需要以水電站監控系統的數據庫點表為依據，遵循對象分類原則，其中較為重要的包括調速器、勵磁系統、技術供水系統、上導軸承、推力軸承、水電機組、電氣制動、邏輯控制的單元信息等。數據屬性能夠構成開關量與模擬量兩種公用數據類型，其命名實例就是數據對象。IEC61850 標準詳細定義的公共數據類共有29 種，這些數據類能根據對象多態性與對象繼承性實例化為數據對象，實例化的數據對象數量超過了500 種，邏輯節點就是以這些數據屬性與數據對象為基礎構建出來的。

由此可知，運用IEC61850 標準進行信息建模共分四步。第一步是對IED 邏輯設備的確定，依據為項目系統的功能要求與整體規劃，其過程必須符合IEC61850 標準的相關規定。第二步是對邏輯節點的確定，依據為邏輯設備各不相同的現場設備情況與功能分析。第三步是描述邏輯節點運行情況，描述工具為數據屬性與數據對象，需要注意的是描述情況必須與實際的運行情況相符合。第四步是對IED 信息模型的合成，該步驟需要綜合第三步描述出的運行情況、通信配置要求、系統配置要求三方面的信息才能完成。

需要注意的是，建立信息模型時需要使用SCL，SCL 的基礎是XML，但對變電站的自動化系統有更強的針對性。本文所舉的水電站實例中，其智能化信息模型就是將SCL 和監控系統自身的獨有特點結合建立出來的。這種情況下建立出的信息模型不僅能應用于監控系統對外用的通信接口，而且同樣能應用于智能一體化的整體平臺，令以IEC61850 標準為基礎的通信能夠得到實現。

3 結論

以IEC61850 標準為基礎的信息建模技術能夠有效構建起智能化、科學化、現代化的監控系統，推進水電廠整體的智能化建設，這與我國水電廠的發展方向是相一致的。因此，本文以某水電廠為例進行的相關建模技術研究是具有積極的現實意義的。以信息建模完成監控系統與智能一體化平臺的對接是一種對IEC61850 標準應用性的嘗試，能夠對相關技術的研究與進步起到參考與推動作用，相信能夠對我國水電廠的智能化建設產生正面影響。

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