基于IEC 61850標準的IED信息模型設計

許國澎 彭彥卿 馬祖富

（1.廈門理工學院，福建廈門361024；2.廈門ABB中壓產品技術中心，福建廈門361024）

0 引言

IEC 61850標準是面向未來電力系統通信的最新國際標準，是智能電網線路圖的重要組成部分[1]。

IEC 61850標準為IED模型設計提供了四個主要技術，即信息模型結構分層、抽象通信服務接口、特定通信服務映射、面向對象建模技術。信息模型結構分層結合面向對象建模，使得模型結構設計更具層次且模型具有可重用性；抽象通信服務接口配合特定通信服務映射，能將具體通信協議獨立于具體網絡類型。其中，面向對象的統一建模以及抽象通信服務接口是IEC 61850標準應用于實際的關鍵[2]。

依據IEC 61850建模思想，以ABB饋線保護IED為例，結合IEC 61850標準，重點闡述IED建模設計方法。

1 IEC 61850建模技術

1.1 IED信息通用模型

IEC 61850標準提供的信息模型模板以抽象的方式刻畫了IED的實際功能或通信特征，IED信息模型結構有五個部分，分別是服務器Server、邏輯設備LD、邏輯節點LN、數據對象DO和數據屬性DA，如圖1所示[3]。

1.2 IED模型設計原則

總體而言，對一個IED進行建模，遵循自上而下的建模原則，即按照“服務器—邏輯設備—邏輯節點—數據對象—數據屬性”順序對實際物理設備進行抽象，而抽象對象應該滿足以下要求[4-5]：

（1）IED對象至少包含一個服務器Server對象，且每個Server對象至少包含一個通信服務訪問點。

（2）每個Server對象包括至少一個邏輯設備LD對象，且邏輯設備至少包含3個邏輯節點對象LN：LLN0、LPHD和特定功能實現邏輯節點。

1.3 IED模型設計步驟

根據實際IED設備的功能需求，創建服務器Server模型，確定邏輯設備LD；進一步分解功能，確定邏輯節點；對數據對象Data Object和數據屬性Data Attribute進行實例化處理。上述步驟的構建方法如下[6]：第一步，創建服務器，確定邏輯設備；第二步，分解功能，確定邏輯節點；第三步，實例化數據對象和數據屬性。

2 IED建模設計方法

本文選取ABB配電自動化產品進行IEC 61850標準實際建模過程的解析。選取ABB某款饋線保護產品，能夠為電力系統和工業配電網提供測量、保護和監視功能[7-10]。

2.1 服務器模型

將公用邏輯設備和功能性邏輯設備都歸屬在一個服務器下，包括服務訪問點G1，用于GOOSE通信訪問點；6個邏輯設備，分別是公共邏輯設備LD0、測量邏輯設備MEAS、控制邏輯設備CTRL、保護邏輯設備PROT、錄波邏輯設備RCD、人機交互邏輯設備HMI。

2.2 邏輯設備模型

選定6個邏輯設備的邏輯節點。其中，測量邏輯設備包括的邏輯節點有MMXU、MSQI、TCTR和TVTR；控制邏輯設備包括的邏輯節點有CSWI和CILO；保護邏輯設備PTOC、PIOC、PSDE和RDIR；錄波邏輯設備包括的邏輯節點RDRE；人機交互邏輯設備包括的邏輯節點IHMI。

2.3 邏輯節點模型

選定邏輯節點。其中，選取MMXU中的ppv、phv、A、W、Var、Hz、Tot Pf；選取MSQI中的Sep A、Seq V、Imb A、Imb V；選取CSWI中的Op Cls和Op Opn；選取CILO中的Ena Cls；選取RDRE中的Red Trg、Red Str和Flt Num。由于文章篇幅所限，就選用MMXU邏輯節點來闡述邏輯節點建模過程。MMXU邏輯節點的數據對象具體如表1所示。

對MMXU邏輯節點的線電壓測量數據對象ppv進行實例化建模，其他數據對象的實例化建模亦是如此，具體如表2所示。

表1 MMXU邏輯節點的數據對象

表2 數據對象ppv模型

3 IED圖形化建模

基于Visio的UML建模步驟與上文所述步驟大致相同，但由于文章篇幅所限，本節中的靜態對象圖形化模型建立只到數據對象這一層次。具體建模過程如下：

第一步：服務器Server，基于Visio的UML的ABB饋線保護IED的服務器模型如圖2所示。

圖2 服務器UML模型

第二步：邏輯設備LD，其屬性包括邏輯設備名稱、邏輯設備的引用及相關的邏輯節點，提供的服務為Get Logical Device Directory。6個基于Visio的邏輯設備UML模型如圖3所示。

圖3 邏輯設備UML模型

第三步：邏輯節點LN，是實現IED功能的核心。邏輯節點最終實現間隔層IED設備的相關功能，邏輯節點包含各種各樣的數據對象Data及數據集屬性Data Set（由于篇幅限制，本節對此部分不進行建模），其他的屬性包括：

（1）Ln Ref；

（2）Buffered Report Control Block；

（3）UnBuffered Report Control Block；

（4）Log Control Block。

提供的服務有：

（1）Get Logical Node Directory；

（2）Get All Data Values。

對于邏輯節點LLN0而言，它具有以下獨立屬性：

（1）Setting Group-Control Block；

（2）Log；

（3）GOOSE Control Block；

（4）GSSE Control Block；

（5）Multicast Sampled Value Control Block；

（6）Unicast Sampled Value Control Block。

綜上所述，分別針對ABB饋線保護每個邏輯設備的邏輯節點進行UML建模，結果如圖4～圖7所示。

圖4 測量MEAS邏輯設備UML模型

圖5 控制CTRL邏輯設備UML模型

圖6 保護PROT邏輯設備UML模型

圖7 錄波RCD邏輯設備UML模型&人機交互HMI邏輯設備UML模型

至此，關于IED的UML靜態模型設計全部完成，由于IEC 61850標準為邏輯設備和邏輯節點建立了統一的信息模型，同時提供了對外可視的訪問點，從整體角度來看，一個IED設備內的數據通信是明確而又標準的，實現了IED內數據的共享，為互操作奠定了基礎。

4 結語

將ABB饋線保護IED的模型利用Altova XMLSpy再帶驗證結構的功能驗證對象命名及節點描述的規范性，檢查其結構的良構性，結果如圖8所示。

將整個ABB饋線保護IED的模型導入Altova XMLSpy，包括該IED的邏輯設備、邏輯節點，結果顯示邏輯設備、邏輯節點的命名及節點描述符合XML規范。

圖8 IED模型驗證

因此，該IED在廈門ABB中壓產品技術中心PVC實驗室的工程中得到應用，能夠比較好地滿足工程需要。