智能變電站信息分級及遠動模型映射研究

劉寶江　段運鑫　劉建勇　魏勇

摘 要：本文結合智能變電站的信息特點和各級調度職能要求，提出了一種在智能變電站子站端對調度信息進行分級和遠傳的方案。在子站端開發信息分級功能模型和軟件處理模塊，對子站端電網模型（IEC61850）與實時數據庫的進行模型映射研究，在子站端實現了調度信息的分級，并通過IEC104擴展協議實現與調度主站端的信息遠傳。

關鍵詞：信息分級；模型映射；電網模型；IEC61850；IEC104

中圖分類號：TM319；TM769 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

當前，國家電網建設正朝著以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展的堅強智能電網方向不斷發展[1]，具有顯著信息化、自動化、互動化特征。隨著經濟發展，變電站數量越來越多，截止2012年，河南電網擁有110千伏及以上變電站1038座。電力調控中心除承擔電力生產、輸送調配等傳統任務外，還增加了電網一、二次設備的日常運行監視和遠程控制職責，變電站需要采集的信息量呈爆炸性增長[2]。海量的信息大大增加了智能變電站子站端和調度主站端的調試和運維工作量，并且容易出錯。

本文針對因電網規模擴大和智能變電站信息量大增而引起的調試和運維工作量大、易出錯的問題，結合不同級別調度職能需求，對智能變電站遠傳信息進行分級技術研究，制定遠傳信息的分級規則和系統解決方案；經過對變電站子站端（簡稱子站端）電網模型與實時數據庫的映射研究及其他相關模型映射研究，在子站端遠動系統開發相應軟件模塊，實現子站端信息分級和調度信息分級遠傳。

2 技術方案（Technical solution）

2.1 研究內容

子站端以IEC61850標準為基礎，研究子站電網模型的擴展、統一和關聯處理方法，并結合各級調度控制中心的職責，確定變電站信息編碼規范、信息分級規則和相關配套技術?，F在變電站監控信息遠程多采用人工選點方式，已不適應目前大量信息遠傳的需要，需要進行創新性研究，主要內容如下：

（1）智能信息分類研究。

（2）子站電網模型（IEC61850）與實時數據庫的映射研究。

（3）信息編碼規范與實時數據庫的映射研究。

（4）子站與主站的智能信息分級交互研究。

2.2 總體方案

為了實現智能變電站信息分級遠傳，需對子站端進行相應的信息模型研究并開發相應軟件。子站端系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

Fig.1 System structure diagram

子站端通過“IEC61850信息采集”獲得全站信息，根據“IEC61850（子站電網模型）與實時數據庫的映射文件（mapinfo.xml）”，存入“實時數據庫（db）”，結合“智能信息分類研究（dbedit）”結果和“信息編碼規范與實時數據庫的映射研究”生成“信息編碼規范與實時數據庫的映射文件（map.xml）”，轉換成準備上傳的“IEC61970與信息編碼規范的映射文件（cime.xml）”，子站端系統再結合“IEC61970（主站電網模型）與信息編碼規范的映射研究”和“子站與主站的智能信息分級交互研究（IEC104）”把分級后的子站端信息送至主站端。

主站通過實時服務通信協議獲得子站相關模型信息，然后在主站內部實現模型映射，限于篇幅具體轉換規則不在此展開敘述，計劃另撰文闡述[3]。

3 信息分級及子站端實現（Information classification）

電力調度分級劃分為國調、網調、省調、地調、縣調和集控，一般按照電壓等級對變電站內不同設備信息進行分級采集，如圖2所示。

圖2 調度信息分級圖

Fig.2 Dispatching information classification diagram

子站端遠動系統采集變電站的一次設備、過程層設備、間隔層設備及站控層設備的實時測控信息，通過實時數據庫（db）與內置調度分級系統，根據不同調度需求和信息分類規則，生成各級調度轉發數據庫（zfdb），按調度規定的相應規約把站內信息送至各級調度中心。信息分類一般規則按一次設備（開關、刀閘、機構、測量等）、過程層設（GOOSE鏈路狀態、SMV鏈路狀態等）、間隔層設備（保護動作、保護告警、壓板、裝置告警、通信狀態等）、站控層設備系統信息（通信狀態、系統故障、系統告警等）進行劃分。

4 子站端信息分級模塊及映射研究（Model mapping）

根據智能變電站信息分級和各級調度采集規則，利用智能化信息分級遠傳軟件系統實現信息分級以及遠傳功能。子站端軟件主要包含五個模塊：（1）智能信息分類功能模塊；（2）全站信息建模功能模塊；（3）遠傳分級建模功能模塊；（4）IEC61970模型映射功能模塊；（5）IEC104遠傳通信模塊。各功能模塊關系如圖3所示。

智能化信息分類模塊根據關鍵詞和相關定義建立分類規則庫，在全站信息建模時按分類規則自動實現全站信息的分類，并生成智能分類后的全站信息數據庫（db），由遠程分級模塊對信息進行遠程信息分級，通過IEC104遠傳通信模塊及IEC61970模型映射功能模塊把分級后的信息送至主站。子站各模塊關系如圖3所示。

圖3 子站端各模塊關系圖

Fig.3 Software modules in slave station

4.1 子站端遠傳規約選擇

變電站子站與調控主站間的通信協議采用電力系統實時數據通信應用層協議IEC104[4-5]。104規約應用服務數據單元（ASDU）結構一般結構如表1所示，由數據單元標識，一個或多個信息體和應用服務數據單元的公共時標所組成[4]。

表1 應用服務數據單元結構

Tab.1 Structure of application service data unit （ASDU）

ASDU ASDU的域

數據單元標識 數據單元類型 類型標識

可變結構限定詞

傳送原因

公共地址

信息體 信息體地址

信息體元素

信息體時標

為實現信息分級及控制功能IEC104規約擴充了兩個ASDU：信息分級傳送文件（ASDU54）和信息分級文件（ASDU127）。擴充ASDU的基本原則是不改變IEC104協議的幀結構和通訊流程。

（1）信息分級傳送文件ASDU54

字節 報文內容 說明

1 類型標識（TYP） 54

2 可變結構限定詞（VSQ） 數目N=1

3 傳送原因（COT） <6>：=激活（請求/下發文件）

<7>：=激活確認（響應請求文件/確認下發文件/）

<8>：= 停止激活

<9>：= 停止激活確認

<44>：= 未知的類型標識

<45>：= 未知的傳送原因

<46>：= 未知的應用服務數據單元公共地址

<47>：= 未知的信息體地址

4 0

5 應用服務數據單元公共地址 RTU站址

6

7 信息分級傳送等級：

<0x7002> ：= 縣調

<0x7003> ：= 地調

<0x7004> ：= 省調

8 信息分級起始地址

9 0

10 1-站端上傳文件

2-主站下發含點號的文件

3，4-主站下發校驗結果（3，校驗成功；4，校驗失?。?/p>

（2）信息分級文件（ASDU127）

字節 報文內容 說明

1 類型標識（TYP） 127

2 可變結構限定詞（VSQ） 1

3 傳送原因（COT） <13>：= 文件傳送

<10>：= 文件傳送結束

4 0

5 應用服務數據單元公共地址 RTU站址

6

7 后續位標志 0：無后續幀；1：有后續幀

8 信息文件傳送等級 1縣調

2地調

3省調

9

10 0

11 起始傳輸位置 本幀傳輸的文件起始地址在全部文件中的位置

12

13

14

… 文件內容

15+文件內容長度 和校驗 文件內容部分累加和校驗

4.2 子站端電網模型（IEC61850）與遠動實時數據庫的映

射研究

子站端電網模型（IEC61850）不對具體的通信技術和采用的通信協議做出限定，滿足技術需要并能傳輸標準的信息模型，就可以使用該通信技術和協議，需要解釋該通信技術和協議如何承載標準的信息模型，既映射問題[6]。子站端電網模型（IEC61850）與遠動實時數據庫（db）的關聯關系，映射研究內容包括：（1）站內IED與實時數據庫IED地址的映射；（2）遙測類的映射；（3）遙信類的映射；（4）遙控類的映射；（5）遙脈類的映射；（6）定值類的映射。如下：

（1）站內IED與實時遠動數據庫IED地址的映射

選擇一個SCD文件查找到其中的IED名稱進行IED映射，給每個IED分配IED地址。網關的名稱命名為IED名稱。 如表2所示。

表2 IED影射表

Tab.2 IED mapping table

IED名稱 IED地址（網關編號與IED地址相同）

E1Q1SB1 01

E1Q1SB3 02

E1Q1SB43 03

（2）遙測類的映射

遙測類的映射CDC類型：MV、CMV BSC、WYE、DEL等。如表3所示。

表3 遙測數據影射表

Tab.3 Analogue information mapping table

屬性 轉換方法 說明

系統編號 遙測庫遞增 也可以先填為某個數，然后通過工具自動重新編排

注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU，然后獲取desc，或者可定制

是否發送 默認值為false

偏移 默認為0 也可從SCD，獲取不到時，設為0；MV類型：偏移為sVC.offset；CMV類型：偏移為magSVC.offset

裝置乘系數 默認為1 先從ICD文件獲取系數，獲取到時，裝置除系數設為32768，裝置乘系數為獲取的系數乘32768；（ICD文件增加系數；修改遠動規約。遠動界面值需要處理）；MV類型：系數為sVC.scaleFactor；CMV類型：系數為magSVC.scaleFactorBSC：裝置乘除系數均為1

裝置除系數 默認為32768

規約量程 默認為32768

變比 默認為1

幀類別 默認為A

ASDU地址 裝置地址+LD序號 本裝置內第一個LD序號為1，第二個為2，以此類推。裝置地址=網關編號

ASDU類型 默認為9

信息體地址 從4001開始遞增

（3）遙信類的映射

CDC類型：SPS、DPS、SPC、DPC、INS、ACT、ACD。如表4所示。

表4 遙信數據影射表

Tab.4 Digital information mapping table

屬性 轉換方法 說明

系統編號 遙測庫遞增 也可先填為某個數，然后通過工具自動重新編排

注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU，然后獲取desc，或者可定制

是否發送 默認值為false

級別 默認為告警

SOE 默認為false

ASDU地址 裝置地址+LD序號 本裝置內第一個LD序號為1，第二個為2，以此類推。裝置地址=網關編號

信息體地址 從0001開始遞增

（4）遙控類的映射

CDC類型：SPC、DPC、INC、BSC（遙調）、ISC（遙調）、APC等。如表5所示。

表5 遙控數據影射表

Tab.5 Control information mapping table

屬性 轉換方法 說明

系統編號 遙測庫遞增 可先填為某個數，然后通過工具自動重新編排

注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU，然后獲取desc，或者可定制

是否發送 默認值為false

是否選控 默認為true 根據控制模式進行轉換，ctlModel：1、3直控；2、4選控

是否是復歸點信息 默認為false 如果是LEDRs，則為true，否則為false

ASDU地址 裝置地址+LD序號 第一個LD序號為1，第二個為2，以此類推。裝置地址=網關編號

信息體地址 從6001遞增

ASDU類型 默認為46 BSC、ISC設為47

（5）遙脈類的映射

CDC類型：BCR，如表6所示。

表6 遙脈數據影射表

Tab.6 Pulse information mapping table

屬性 轉換方法 說明

系統編號 遙測庫遞增 也可先填為某個數，然后通過工具自動重新編排

注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU，然后獲取desc，或者可定制

是否發送 默認值為false

ASDU地址 裝置地址+LD序號 裝置內第一個LD序號為1，第二個為2，以此類推。裝置地址=網關編號

信息體地址 從6401開始遞增

ASDU類型 默認為15

（6）定值類的映射

映射定值數據集，是為了配合國內實施規范。如表7所示。

表7 定值數據影射表

Tab.7 Setting information mapping table

屬性 轉換方法 說明

注釋 從SCD文件獲取 先獲取dU，然后獲取desc，或可定制

類型 隨意值（暫定為31） 沒有使用

系數 默認為0 0：數據乘1，1：數據乘0.1，2：數據乘0.01，3：數據乘0.001

ASDU地址 裝置地址+LD序號 本裝置內第一個LD序號為1，第二個為2，以此類推。裝置地址=網關編號

ASDU類型 默認為33 沒有使用

信息體地址 從3001開始遞增

5 工程應用（Application）

在變電站子站端遠動系統調試界面中增加調度分級配置功能，可以方便配置信息分級，如圖4所示。

圖4 分級信息設置

Fig.4 Information classification setting

在某地區實際工程中，應用具備信息分級功能的子站遠動系統后，減少子站運維人天數27人/天，大幅度降低了變電站子站端和調控主站端信息接入聯調的工作量，提高了子站端信息遠傳的調試工作質量和效率，節約了運行維護的成本。

6 結論（Conclusion）

本文在目前智能變電站數量和調度信息量激增的情況下，根據不同調度主站端職能和對智能變電站信息遠傳的要求，提出了一種在子站端進行信息分級和遠傳方案。通過進行子站端電網模型（IEC61850）與實時數據庫（db）映射研究，分析了站內IED與實時數據庫IED地址、遙測類的映射、遙信類、遙控類、遙脈類、定值類的映射；子站端開發相應軟件模塊，實現基于調度信息分級規則、IEC104擴展協議的子站端調度信息的自動分級處理及遠傳。

參考文獻（References）

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作者簡介：

劉寶江（1977-），男，本科，工程師.研究領域：變電站自動化系統技術.段運鑫（1978-），男，本科，工程師.研究領域：變電站自動化系統技術.

劉建勇（1976-），男，本科，工程師.研究領域：變電站自動化系統技術.

魏 勇（1973-），男，碩士，高級工程師.研究領域：變電站自動化系統技術.