饋線自動化終端設備的信息模型及其接入方法研究

王致皓，周 燕

（西安科技大學 高新學院，陜西 西安 710109）

饋線自動化終端設備的信息模型及其接入方法研究

王致皓，周 燕

（西安科技大學 高新學院，陜西 西安 710109）

科學技術水平的提升，使得配電網自動化成為了電力領域關注的重點，作為其中重要組成部分，饋線自動化問題必須得到重視.饋線自動化終端設備信息模型的建立與其接入方法的確定關系著設備功能的發揮效果，決定著配電網自動化的可靠性.

饋線；自動化；終端設備；信息模型；接入方法

1 饋線自動化終端設備

1.1 饋線自動化

饋線自動化指的是變電站出線到用戶用電設備之間的饋電線路自動化，是電力領域實現供電的主要支撐性因素，功能在于實現對用戶用電情況的檢測與優化，與此同時，在事故狀態下，對故障進行檢測與解決[1].

饋線自動化終端設備是保證上述功能實現的基礎，傳統設備的接入以IEC61970為標準，在主站端建立CIM模型，存在體系不完善的問題，終端之間容易形成信息孤島，導致數據傳輸無法順利實現.IEC61850標準的出現，使得上述問題得到了解決，在提高了各終端統一性的基礎上，提高了終端信息以及數據間傳輸的便利性，使得即插即用成為了可能，提高了設備應用的靈活度[2].

1.2 饋線自動化終端設備的優勢

饋線自動化終端設備的優勢主要體現：首先，終端下FTU不固定，選擇性強，用戶可以根據自身需要，對其進行合理的選擇，相對于傳統設備而言，具有更大的應用靈活性，且能夠達到降低用戶應用成本的目的，達到了經濟性的標準，這是饋線自動化終端設備優勢的主要體現.其次，受種種原因影響，一旦終端使去了使用性能，用戶可以自行的對其進行更換，這在很大程度上解決了維修的困難，同時也提高了用戶應用的便利性.再者，對技術要求低，可生產的廠家數量增多，終端數量增多，價格降低.

基于上述優勢，目前，以IEC61850為主的饋線自動化終端設備已經得到了電力領域的廣泛認可，如何建立有關信息模型，并優化其接入方式，是當前電力領域主要關注的問題.

2 饋線自動化終端設備的信息模型

2.1 基于IEC61850饋線自動化信息模型

2.1.1 建模思想與原理

基于IEC61850饋線自動化系統模型的建立應采用分層分布式的體系結構以及面向對象的建模方法來完成.在模型的建立過程中，應將信息與數據兩者分別加以考慮，針對兩者各自建立相應模型，以使設備的整體狀態，能夠通過信息與數據綜合的形式，體現在計算機當中.上述過程便是基于IEC61850饋線自動化系統模型的建立過程.

2.1.2 數據模型結構

基于IEC61850饋線自動化系統模型結構主要由服務器、邏輯設備、邏輯節點、數據對象與數據屬性5方面組成，其各自的功能存在較大的不同.首先，服務器是系統模型的主要組成部分，同時也是模型中與饋線自動化終端設備聯系最為緊密的一個部分.數據庫中包含著與饋線自動化終端設備有關的種種數據以及信息，是設備另一種形式的體現.服務器中包含多種邏輯設備，能夠通過接口的方式，使外界應用上述邏輯設備的功能.綜合上述功能可以看出，服務器的主要功能在于為內外聯系開辟通道，對于模型各方面功能的實現能夠起到承上啟下的作用.其次，邏輯設備也是模型的重要組成部分之一，其功能在于根據對饋線自動化終端設備功能的參考，通過邏輯節點的分割與建立，實現向外界提供訪問服務.在模型中，邏輯設備占據著重要地位.然后，邏輯節點是邏輯設備的構成部分，每一個邏輯節點都具有其各自的功能，不同邏輯節點的結合，構成邏輯設備，而邏輯節點則通過邏輯設備向外界提供訪問數據對象的抽象服務接口.再者，數據對象是邏輯節點的構成部分，不同數據對象的結合，構成邏輯節點，使其能夠實現向外界提供訪問數據對象的服務的功能.最后，數據屬性是定義數據的范圍以及允許值的一種功能模塊.

基于IEC61850饋線自動化系統模型中的組成部分，通過層層遞進的方式，各自實現其功能，并最終使模型能夠充分反映現實終端設備的整體情況.

2.1.3 饋線自動化系統建模

饋線自動化系統構成較為復雜，一方面連接終端，實現終端接入，并與配電主站實現通信，一方面通過無線或串口電纜，連接移動維護終端PDA.構成系統模型的不同單元及模塊，功能存在很大差別，以配電過程單元為例，其中便包括電流、電壓互感器以及開關操作等功能.需要注意的是系統連接線路的選擇，以光纖或無線以太網通信模塊為例，其與配電間隔單元之間，便應通過高速CAN總線連接.

饋線自動化終端設備信息模型需要能夠實現的功能包括信息交互以及服務映射的功能.信息交互包括終端之間的信息交互以及各終端與配電主站之間的信息交互等，上述信息交互過程的實現是提高模型功能，保證終端性能的基礎.

2.2 饋線終端模型與配電主站模型的融合

饋線終端模型要與配電主站模型相互融合，才能使其功能的實現為配電站運行狀況的改善提供保證，同時也才能使其本身的功能得到更好的發揮.兩者的融合需要依靠SCL與CIM模型的建立來實現，兩種模型之前存在著不可分割的聯系，功能均在于通過類的含義代替電力系統中的具體對象，如配單系統中的變壓器等，以此將相應設備“模型化”[3].

SCL模型需要在饋線終端建立，模型應考慮電流、電壓以及斷路器等的數據結構問題，在此基礎上，提高模型建立的合理性，提高其所包含的數據的全面性，使其能夠完整的反應饋線終端各部分功能的實現過程.CIM模型需要在配電主站建立，模型應考慮量測包與保護包數據結構.

兩種模型在存在聯系的同時，在很多方面也存在差別，主要體現在類層面、屬性層面以及關系層面等方面，以關系層面為主，配電站CIM模型中，類的關系為雙向，相對而言，饋線終端的SCL模型則并非如此.如何平衡兩者之間的差異，是將兩種模型融合的關鍵.

3 饋線自動化終端設備的接入方法

3.1 饋線自動化終端設備的接入

3.1.1 接入原理

饋線自動化終端設備的接入應在采取服務器配置的方法的基礎上來實現，通過當前新型饋線自動化終端設備接口功能的利用，實現對數據模型的讀取，并將其傳輸給主站，最終完成接入過程.傳統采用CIS系統（地理信息系統）實現對電網的模擬，將整個電網體現在系統中，隨著時代的發展，上述模擬方法的缺陷開始逐漸暴露出來.將GIS空間數據的拓撲關系轉化，使其能夠為配電系統所識別，已經成為了電力領域主要考慮的一項問題，這樣才能使接入過程更加順利的實現[4].

3.1.2 接入過程

饋線自動化終端設備的接入應從資源對象的確定與關聯、相應拓撲模型的建立、資源對象的連接以及數據模型的轉換幾個方面出發來完成，上述過程要逐一實現，最終完成數據模型的轉換，使接入成為可能.

首先，資源對象的確定與關聯.資源對象的確定與關聯過程應保證在饋線自動化終端設備接入上電的基礎上來實現，并保證設備不存在故障，可以正常運行.在此基礎上，完成對象的確認，并找出具體需求的對象，繼而通過對邏輯設備等功能的應用，最終確定資源對象.

在資源對象確定之后，要通過激勵互換性組件程序的運用，從整個系統的范圍中，找出能夠與之相匹配的生產對象，使兩者實現關聯.總的來說，關聯過程需要在考慮饋線拓撲結構是否發生變化的基礎上實現，根據實際情況的不同，需要采取不同的關聯方法.

接著，在資源對象確定完成，且其與生產對象關聯完成之后，需要著手建立饋線的拓撲模型.在饋線結構發生變化時，系統中的設備數量與容量等都會發生變化，由此引起的整個配電站的變化，要求必須重新建立模型，才能使兩者能夠充分接入，對此，有關人員必須加以重視.

再者，資源對象的連接應完成連接激活的過程，在此基礎上，創建相應的控制塊，一般包括記錄與報告兩種，在此之后，便可以實現對象的連接，進而使其能夠被訂閱與發布.

最后，數據模型的轉換需要經歷從互換性組件數據庫到配電主站數據庫的一整個過程.互換性組件數據庫中的數據通過適配器被讀取，通過拆裝器，形成語言說明數據，通過驗證器實現對數據的驗證，繼而進入到轉換器中，完成數據的轉換過程.在轉換完成后，數據會重新通過驗證器進行驗證，通過組裝器將語言說明數據轉換為實際數據，通過適配器，最終輸入到配電主站數據庫中.至此完成數據模型的轉換過程.

3.2 饋線自動化終端設備接入仿真

3.2.1 仿真過程的實現

為判斷饋線自動化終端設備的接入效果，應通過仿真手段，對其功能進行測試.采用互換性功能組件，可以實現仿真過程，平臺包括裝置A、B、C、D、E，均為PC機，包括一臺交換機，不同PC機裝置IP不同，模擬的內容也不同.PC機裝置A的功能在于模擬運行在配電主站中的互換性組件. PC機裝置B的功能在于模擬饋線線路上的FTU，運行服務器程序.除此之外，其他裝置各模擬不同的內容.各裝置均與交換機相連接，在此基礎上，實現仿真過程.

3.2.2 驗證過程

在仿真結束后，需要對仿真結果以及數據模型的轉換過程進行驗證，最終實現對仿真結果的分析.分析發現，采用上述方法，實現接入過程，能夠使數據模型的轉換成為可能，在轉換完成之后，饋線自動化終端與配電主站之間的聯系能夠更加緊密，其數據與信息之間的交換也能夠成為可能，充分解決了傳統饋線自動化終端的應用存在的信息孤島的問題，使得信息之間可以進行交互，這對于饋線自動化終端功能的順利實現，以及配電主站運行可靠性以及穩定性的保證都具有重要價值.

〔1〕趙擁華,方永毅,王娜,李信,焦彥軍.逆變型分布式電源接入配電網對饋線自動化的影響研究[J].電力系統保護與控制,2013（24）:117-122.

〔2〕王文博,馮光,李珊珊,趙興亮,嚴俊,劉弢.基于不同接線模式的饋線自動化實現方式[J].電力系統及其自動化學報, 2013（06）:72-78.

〔3〕凌萬水,劉東,陸一鳴,于文鵬.基于IEC61850的智能分布式饋線自動化模型[J].電力系統自動化,2012（06）:90-95.

〔4〕凌萬水,劉東,陳新,柳勁松,何維國.饋線自動化算法可靠性的量化評價方法及其應用 [J].電力系統自動化,2012（07）:71-75+109.

TM64

A

1673-260X（2017）03-0079-02

2016-12-15

陜西省科學技術研究發展計劃：饋線自動化終端設備的信息模型及其接入方法研究（2015GY209）