（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61850光数字继电保护测试仪的研制.pdf

a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ep o p u l a r i t ya n du t i l i z a t i o no fi e c 618 5 0s u b s t a t i o n c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n ds y s t e ms t a n d a r d ，e l e c t r o n i ct r a n s f o r m e r 、d i g i t a lp r o t e c t i o n a n dm e a s u r e m e n td e v i c e 、i n t e l l i g e n c es w i t c h g e a ra lei nu s e 。l a r g en u m b e ro fc a b l e c o n n e c t i o nb e t w e e np r o c e s sl a y e ra n dt h eb a yl a y e rw i l lb er e p l a c e db ys e r i a lo p t i c a l c a b l e ，a n di t i sat e c h n o l o g yr e n o v a t i o no ft h e s u b s t a t i o na u t o m a t i o n t h er e l a y p r o t e c t i o nt e s t e ri sa m o s ti m p o r t a n td e v i c ef o rt h er e l a yp r o t e c t i o nd e v i c ei ns u b s t a t i o n a n dp o w e rp l a n t ，w h i c hm u s ts u i tf o rt h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e s ta n dm e e tt h et e s t r e q u i r e m e n to fd i g i t a lp r o t e c t i o n t h i sa r t i c l ed e v e l o p sak i n do fr e l a yp r o t e c t i o nt e s t i n gd e v i c eb a s e do nd s p + a r ms t r u c t u r ea n dw i t ht h ef u n c t i o no fo p t i c a lf i b e ro u t p u t w i t ht h i sm e t h o d ，t h e d e v i c ep e r f o r m a n c e so fi t so p t i m i z e dc a p a b i l i t y , c a b i n e tc u b a g e ，s t e a d yh i g hs p e e d c o m m u n i c a t i o n s ，f r i e n d l ya n di n t u i t i o n i s t i ci n t e r f a c e ，m o r es t r o n gf u n c t i o na n dm o r e c o n v e n i e n tu p d a t e u s ee p 9 3l5 ( a r m 9 2 0 tc o r e ) a sm a i nc o n t r o l l e ra n dd s pt m $ 3 2 0 v c 5 4 0 2o f t i c o m p a n yf o rd a d ap r o c e s s o rt o b u i l dt h eh a r d w a r ep l a t f o r m a d o p te t h e m e tt o c o m m u n i c a t ew i t hu p p e rc o m p u t e r u s eo p t i c a lf i b e re t h e r n e tt or e a l i z et h et r a n s m i t i o n o ff i b e ro p t i c a ls i g n a l w ed e v e l o p e dt h i sk i n do fr e l a yp r o t e c t i o nt e s t i n gd e v i c ei nt h i s a r t i c l e i nc h a p t e ro n e ，i ti n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a ls u b s t a t i o n 、t h eo r i g i no f i e c 6 18 5 0s y s t e m 、t h ed e s i g np r i n c i p l eo f r e l a yp r o t e c t i o nt e s t e rf i r s t ，t h e np r o p o s e st h e s c h e m eo ft h i ss y s t e ma n dt h et a s ko ft h i sr e s e a r c h i nc h a p t e rt w o ，i ti n t r o d u c e st h e t r a n s m i t t i o nm o d eo ft h es a m p l ev a l u eb a s e do ni e c 618 5 0 - 9 - 1a n dg e n e r a lo b je c t o r i e n t e ds y s t e m - w i d ee v e n t s ( g o o s e ) p a c k e t i nc h a p t e rt h r e e ，i ti n t r o d u c e sd e s i g n p u r p o s ea n da p p r o a c h ，d e s i g n sa n dr e a l i z e st h eh a r d w a r ep l a t f o r m o ft h ed e v i c e , i n c l u d i n ge m b e d d e de p 9 3 15m a i nc o n t r o l l e rs y s t e ma n dd s pd a t ap r o c e s s o ra n d e t h e r n e tc o m m u n i c a t i o nm o d u l e a tl a s t ，i ta l s oi n t r o d u c e st h ea n t i - j a m m i n gm e a s u r e s o fh a r d w a r e i nc h a p t e rf o u li td e s i g n si n t e r f a c ep r o g r a mo fm a i nc o n t r o l l e rs y s t e m ， i n c l u d i n gm a i np r o g r a ma n dh p ic o m m u n i c a t i o np r o g r a mb e t w e e nd s pa n dm a i n c o n t r o l l e r ；p a c k e tg e n e r a t i n gp r o g r a mi nd s pc o m p l y i n gw i t hi e c 6 18 5 0 - 9 1 a tl a s t ，i t i n t r o d u c e su p p e rc o m p u t e rt e s t i n gs o f t w a r eb a s e do nt e m p l a t ed a t a b a s ea n dd e s i g n s s o m et e s t i n gt e m p l a t ef i l e so ft r a n s f o r m e rd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o na n dl i n ep r o t e c t i o n i n c h a p t e rf i v e ，i ts u m m a r i z e sc o n s t r u c t i o ns c h e m eo fd i g i t a ls u b s t a t i o na n df i n i s ht h es p o t a b s t r a c t t e s t i n gt op s i o icm i c r o c o m p u t e ra n dg e n e r a t e sr e s u l t s i ta l s oi n t r o d u c e s t h er t d s d y n a m i cm o d u l u st e s t i n ga p p l i c a t i o no f t h et e s t e r i nc h a p t e rs i x ，i ts u m m a r i z e sa l la b o v e t op o i n t so u ts t r o n g p o i n t sa n ds h o r t c o m i n g sa n dg i v e su sa na p p l i c a t i o np r o s p e c t k e y w o r d s ：i e c 6 18 5 0 ；r e l a yp r o t e c t i o nt e s t d e v i c e ；a r m ；d s p ；f i b e r c o m m u n i c a t i o n ；c o m c i 。a s s n 0 ：t m 7 3 3 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：7 写召受 签字日期：1 口og 年月d 日 导师签名： 弦才砖 签字日期：o 缉6 月f 日 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通人学或其他教育机构的学位或证二岛而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：7 写颐 签字日期：1 0 0 矿年彳月加日 8 5 致谢 本论文的工作是在我的导师黄梅教授的悉心指导下完成的，导师高尚的人格， 渊博的知识，严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。黄梅 教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在论文完成期间，始终受到北京博电新力电力系统仪器有限公司向前总经理、 周晓阳工程师的悉心指导和大力帮助，在此表示衷心的感谢。感谢远在美国留学 的杨韬的帮助。感谢黄少芳、万航羽、刘昌宇等同窗好友在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，感谢徐鹤勇、李乌龙、郑媛媛等师兄、师姐在课题完 成过程中对我的帮觇 感谢父母多年来给与我的教会和支持，他们朴素的生活态度、无私的奉献精 神和坚强不屈的意志，是我人生最宝贵的财富，是我奋斗向前的动力。最后感谢 所有曾给予我帮助、支持、关心和鼓励的老师、同学和亲友们。 绪论 1 1引言 1 绪论 变电站自动化技术纠发展到今天，分层分布式的系统结构和面向间隔( b a y ) 设计已成为主流。通信技术是变电站自动化的关键，现场总线和工业以太网的应 用提升了变电站自动化技术水平。以实现互操作性为首要目标的i e c 6 1 8 5 0 标准b 1 是迄今为止最为完善的变电站自动化的通信标准，它代表了变电站自动化的发展 方向，其实施必将给变电站自动化水平带来巨大的推动作用。 在数字化变电站的系统结构中，电子式互感器5 1 旧、合并单元器口1 和智能开 关等数字化一次设备的广泛应用促进了微机继电保护装置和测量控制装置等二次 设备的数字化进程。基于i e c 6 1 8 5 0 标准设计的新型二次设备与一次设备的连接已 由常规的电缆连接方式转变为光纤连接方式。带有光纤输入接口的数字化继电保 护装置( 以下简称为数字化保护) 通过光纤接口接收合并单元器实时发出的数字 式电流、电压瞬时值。 常规的具有电流、电压模拟量输出的微机继电保护测试装置( 以下简称为常 规测试仪) 已经不能满足于数字化保护的测试要求。因此，研究一种基于i e c 6 1 8 5 0 标准的光数字( 具有光纤数字信号接口) 继电保护测试仪将有着十分重要的意义。 1 2数字化变电站的发展现状陷3 1 2 1数字化变电站的特征 数字化变电站有别于常规变电站，主要体现在以下三方面特征： ( 1 )一次设备智能化。一次设备信号回路采用数字式电流电压互感器，操作驱 动回路采用智能化断路器，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字信号和光 纤代替。 ( 2 )二次设备网络化。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、测量控制 装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置以及正在发展中的在线状态检测 装置，全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用 高速的网络通信，并且通过网络真正实现数据共享、资源共享。 ( 3 )运行管理自动化。变电站运行管理自动化系统包括电力生产运行数据、状 北京交通大学硕士论文 态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时，能及时提供故障分析报告， 指出故障原因及处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告等。 1 2 2 数字化变电站自动化系统的结构 数字化变电站在逻辑结构上分为3 个层次，根据变电站通信网络和系统协议 ( i e c 6 1 8 5 0 通信协议) 定义，3 个层次分别称为过程层、间隔层、变电站层，3 个层 次的关系如图1 1 所示。 远方控制技术服务迈万瑶利投木服务 多 变电站层叵垂 多 间隔层 过程层 一次设备 厘匣 矽 l 过程接口l 图i 1 数字化变电站逻辑结构 f i g 1 1l o g i cs t r u c t u r eo ft h ed i g i t a ls u b s t a t i o n 过程层是一次设备与二次设备的结合面，主要完成开关量输入输出，模拟量 采集和控制命令发送等与一次设备相关的功能。i e c 6 1 8 5 0 标准要求过程层的电子 式互感器能将一次侧的电压、电流等模拟量直接转化为数字信息，通过通信网络 传送至间隔层；数字式执行器能执行由通信网络传送的命令。间隔层设备主要实 现控制和保护功能，并实现相关的控制闭锁和间隔级信息的人机交互功能，间隔 层设备可通过间隔层通信实现设备间相互对话机制。变电站层完成对站内间隔层 设备、一次设备的控制及与远方控制中心、工程师站及人机界面通信的功能。 光数字继电保护测试仪主要应用于间隔层和过程层，实现这两层间设备的检 测。通过网络化的测试方法，它可以完成对间隔层数字化保护装置和过程层的驱 动断路器分合闸的智能操作单元的检测。 2 绪论 1 3 ie c 6 1 8 5 0 通讯体系的产生 i e c 6 18 5 0 主要吸收了u c a 2 0 ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e ) 的研究成 果，了解u c a 2 0 的基本内容对于深入理解i e c6 18 5 0 的基本原理有重大的帮助作 用9 1 。 1 3 1u c a 通信协议 u c a ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e ) 是由美国电力研究院( e p r i ) 联合 a b b 、s i e m e n s 等国际大制造商和一些大电力公司制定的公共设施通信协议体 系。u c a 通信协议体系提供了一个具有广泛适用性的通信协议体系，它不但能用于 电力系统也能适用于自来水、煤气等公共设施行业。从1 9 8 8 年开始，u c a 协议体 系先后出了1 0 版本和2 o 版本。现在u c a 2 0 已经在北美地区广泛使用，成为一 个重要的地区性标准。 u c a 协议体系主要由两部分组成，其中一部分是实时数据库信息交换，这部 分主要定义e m s 、s c a d a 等控制中心之间信息交换的通信规范，被称为控制中 心之间的通信协议i c c p ( i n t e r - c o n t r o lc e n t e rc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，后来被国 际电工技术委员会采用，成为i e c 6 0 8 7 0 6 系列标准。i c c p 定义了丰富数据模型及 服务，能够满足各种应用的需要。另一个重要组成部分是现场设备模型，这部分 主要定义变电站及配电系统现场设备的通信规范，主要描述电力系统中与通信有 关的实现实时数据采集、测量及控制任务的设备的模型和行为。u c a 协议体系主 要有以下特点：其一，提供的模型丰富、合理。u c a 协议体系使用了面向对象建 模技术，对建模对象分析得比较透彻，从而得到丰富、合理，可用性强的模型。 其二，使用了m m s 技术。其三，互操作性强。提高设备的互操作性，使系统集成 变得简单、方便是u c a 协议体系制定的初衷。其四，适用面广。u c a 不仅适用 于电力系统，也可用于煤气、自来水等公共设施领域。 1 3 2 i e c 6 1 8 5 0 标准的产生 i e c 6 1 8 5 0 标准吸收了u c a 2 0 的现场设备模型和通信技术，但i e c 6 1 8 5 0 在 u c a 2 0 基础上进行了很多改进，增加了一些新技术，使得i e c 6 1 8 5 0 成为一个全 新的国际性标准。 ( 1 )服务与映射分开。在i e c 6 1 8 5 0 中，提出了抽象服务通信接口( a c s i ) 和特殊通信服务映射( s c s m ) 这两个概念，这样就把通信服务要求和具体的通信 北京交通人学硕士论文 协议分离开，有利于适应通信技术的不断发展； ( 2 ) 增加了过程层。在u c a 2 0 中变电站只是2 层结构，没有覆盖过程层。 随着电子式电流、电压互感器在电力系统中的使用，变电站自动化的结构发生了 变化，i e c 6 1 8 5 0 提出了变电站自动化的3 层模型：变电站层、问隔层、过程层。 i e c 6 1 8 5 0 9 1 和i e c 6 1 8 5 0 9 2 就是针对过程层的电流、电压采样服务的标准； ( 3 ) 首次在电力系统通信协议中运用x m l 技术。在i e c 6 1 8 5 0 的第6 部分 提出了以x m l 为基础的变电站配置描述语言s c l ，它可以描述整个变电站自动化 系统内各个智能电子设备，并能描述智能电子设备之间的关系。目前许多行业都 采用x m l 技术来统一本行业的数据交换格式，i e c 6 1 8 5 0 采用x m l 来描述变电站 的设备和功能，统一变电站数据交换的格式，对变电站自动化系统的工程开发有 很大的好处； ( 4 ) 定义更加完善的信息模型。i e c 6 1 8 5 0 标准的抽象通信服务接口与具体 通信解除耦合关系的另一个好处是可以使本领域的专家定义更加完善的信息模 型，i e c 6 1 8 5 0 将u c a 2 0 的建模成果纳入了i e c 的体系，同时吸收了 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 等其它通信协议的研究和应用实践成果，使得i e c 6 1 8 5 0 信息模型 更加完善，同时定义了标准的扩展方法。 1 4继电保护测试仪的发展和现阶段特点 1 4 1 继电保护测试仪的发展 我国6 0 年代，现场常采用临时接线的方法，断开被测试保护装置的触点或回 路，手动模拟电力系统的故障，以检查整套保护装置的逻辑功能和动作行为。为 了改善现场试验的工作条件，缩短检修时间，适应新型保护的要求和提高测试质 量，自7 0 年代末，我国开始大规模地研制、生产和使用继电保护试验装置。8 0 年 代初，研究部门研制出物理模拟型的继电保护试验装置。8 0 年代后半期，相继出 现了计算机控制的继电保护测试仪、多功能试验装置。9 0 年代以来，我国电力工 业持续高速发展，集成电路型高压线路保护和微机保护装置大量引入。9 0 年末和 2 1 世纪初，基于d o s 系统和w i n d o w s 系统的微机型继电保护测试装置相继问世， 如北京博电新力电力系统仪器有限公司的p w 系列继电保护测试仪，可以完成对 绝大部分继电保护装置的全面测试工作。 1 4 2 继电保护测试仪中应用o s p 和嵌入式系统的必然性 4 绪论 在继电保护测试仪设计中，为了获得最佳的性能和使用效果，并且要求功耗 低、体积小、扩展性强等，以及给用户良好的交互式图形界面，采用嵌入式系统 以及嵌入式操作系统是必然选择。嵌入式系统，以嵌入式计算机技术为核心，面 向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减，随着近几年嵌入式系统的发展， 它尤其适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算 机系统，所有试验功能将在嵌入式操作系统环境中完成，给用户良好交互式的 w i n d o w s 图形界面。 在继电保护测试仪中，采用高性能的数字信号处理器d s p ( d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s o r ) ，不仅能够满足高精度的相位、幅值、频率等电气量，而且使得系统性 价比达到最优，其高速的处理能力，丰富的片外设，超凡的控制功能，易于升级 维护，这些都是研制继电保护测试仪的趋势。 1 5光数字继电保护测试仪的研究意义 在当前电力系统中，随着i e c 6 1 8 5 0 通信标准的推出和数字化变电站的推广， 网络化、数字化保护装置和智能电气设备被广泛的使用。国内的许继电气股份有 限公司、北京四方继保自动化股份有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、南京 南瑞科技股份有限公司、南京新宁光电自动化有限公司等保护厂家都已经有了成 熟的具备光纤信号输入的数字化保护，而国外的g e 、s i e m e n s 、a l s t o n 、s e l 等保护厂商早在i e c 6 1 8 5 0 标准推出后不久就推出了自己的数字化保护。常规测试 仪无法满足数字化保护的现场测试要求，迫切需要一种代替常规测试仪的具有光 纤数字信号输出的光数字继电保护测试仪，能够快速、简便的完成对数字化保护 装置和智能电气设备的测试工作，保证电力系统安全稳定运行n 们1 。 为了对数字化保护装置和智能电气设备进行测试，需要开发了一种新型的基 于i e c 6 1 8 5 0 光数字继电保护测试仪。这种测试仪与上位机通过以太网通讯，能通 过光纤以太网发送符合i e c 6 1 8 5 0 9 1m 1 标准的数据桢到被测保护装置或其它的仪 器仪表中。每一桢含有1 2 路电流和电压的采样值信息。同时，它能够接收数字化 保护装置发出的带有其跳闸出口信息的g o o s e n 3 1 ( g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds y s t e m w i d ee v e n t s ) 报文并加以解析，从而得到保护装置跳闸出口动作信息；它还可以 发送g o o s e 报文到智能电气设备，完成对其驱动断路器跳、合闸动作测试。 1 6 本文所做的工作 传统的微机继电保护测试仪已经被普遍的应用到了电厂和变电站中，国内的 5 北京交通大学硕十论文 一些测试仪厂家，如北京博电新力电力系统仪器有限公司、江西华东测试通电气 有限公司、成都天进仪器有限公司、广州昂立电气公司、深圳市凯旋电气自动化 有限公司、武汉豪迈电力自动化有限责任公司等；国外的如瑞典保加玛、意大利 i s a 、美国o m i c r o n 等公司的主流的测试仪都已经占有了一定的市场份额，然而 随着越来越多的数字化变电站的上马，数字化保护装置的投入适用，为满足其测 试要求，需要研制具有数字信号输入、输出的保护测试装置。因此，我参与了基 于i e c 6 1 8 5 0 的光数字继电保护测试仪的研制。 与常规测试装置比较，新型的数字化保护测试装置有如下不同：采用了a r m + d s p 的双c p u 的硬件结构，d s p 具有高速的运算能力，采用先进的d s p 技术， 使测试仪的每周波( 5 0 h z ) 输出的数据点数达到2 5 5 点，将a r m 下送的数据计 算、打包发送，大大提高和改善了测试仪的暂态响应速度和幅频特性，而且使测 试装置具有十分强大的实时闭环测试功能；测试数据要满足i e c 6 1 8 5 0 标准的数字 信号输出，而不需要功率放大器的应用；测试数据的传输媒介是光纤n 们，大大提 高了测试数据的传输精度和可靠性。 我所做的工作主要有以下几个方面： ( 1 ) 对国内数字化变电站进行了调研，理解了数字化变电站的三层结构 体系，了解了各层结构中所采用的装置如电子式互感器、智能单元器和数字化 保护等的功能和特点。 ( 2 ) 深入研究了i e c 6 1 8 5 0 标准，建立了i e c 6 1 8 5 0 9 1 标准的单向多路 点对点通信的采样值传输模型和面向对象的通用变电站事件的g o o s e 报文传 输模型。 ( 3 ) 提出了光数字继电保护测试仪的硬件设计方案，确定了其内部结构以 及相关芯片的选型，完成了硬件主控制板设计。 ( 4 ) 分析了光数字继电保护测试仪的软件结构，参与完成了部分软件的程 序编写工作，并编写了一些应用于上位机自动测试软件的试验模板。 ( 5 ) 研究并提出了数字化变电站的建设方案，通过光数字保护测试仪的现 场应用，检验其满足现场操作要求，提出了其在r t d s 中的新应用。 6 i e c 6 1 8 5 0 标准在光数字继电保护测试仪中的应用 2ie 0 6 18 5 0 标准在光数字继电保护测试仪中的应用 2 1i e c 6 1 8 5 0 标准内容 i e c6 1 8 5 0 标准共分为1 0 个部分： ( 1 )i e c6 1 8 5 0 1 ：基本原则，包括i e c6 1 8 5 0 的介绍和概貌。 ( 2 )i e c6 1 8 5 0 2 ：术语。 ( 3 )i e c6 1 8 5 0 3 ：一般要求，包括质量要求( 可靠性、可维护性、系统 可用性、轻便性、安全性) ，环境条件，辅助服务，其他标准和规范。 ( 4 )i e c6 1 8 5 0 4 ：系统和工程管理，包括工程要求( 参数分类、工程工 具、文件) ，系统使用周期( 产品版本、工程交接、工程交接后的支持) ， 质量保证( 责任、测试设备、典型测试、系统测试、工厂验收、现场验收) 。 ( 5 )i e c6 1 8 5 0 5 ：功能和装置模型的通信要求，包括逻辑节点的途径 ( a c c e s so fl o g i c a ln o d e s ) ，逻辑通信链路，通信信息片p i c o m ( p i e c eo f i n f o r m a t i o nf o rc o m m u n i c a t i o n ) 的概念，功能的定义。 ( 6 )i e c6 1 8 5 0 6 ：变电站自动化系统结构语言，包括装置和系统属性的 形式语言描述。 ( 7 )i e c6 1 8 5 0 7 1 ：变电站和馈线设备的基本通信结构一一原理和模 式。 ( 8 )i e c6 1 8 5 0 7 2 ：变电站和馈线设备的基本通信结构抽象通信服 务接e la c s i ( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e ) ，包括抽象通信服 务接口的描述，抽象通信服务的规范，服务数据库的模型。 ( 9 )i e c6 1 8 5 0 7 3 ：变电站和馈线设备的基本通信结构一一公共数据 类，包括抽象公共数据类及其属性的定义。 ( 1 0 ) i e c6 1 8 5 0 7 4 ：变电站和馈线设备的基本通信结构兼容逻辑节 点和数据对象d o ( d a t ao b j e c t ) 寻址，包括逻辑节点的定义，数据对象及 其逻辑寻址。 ( 1 1 ) i e c6 1 8 5 0 8 ：特殊通信服务映射s c s m ( s p e c i a lc o m m u n i c a t i o n s e r v i c em a p p i n g ) - - 映射到制造报文规范m m s ( i s o i e c 9 5 0 6 第1 、2 部 分) ，即变电站和间隔层内以及变电站层和间隔层之间通信映射。 ( 1 2 ) i e c6 1 8 5 0 9 ：特殊通信服务映射s c s m ，即间隔层和过程层内以及 间隔层和过程层之间通信的映射。 ( 1 3 ) i e c6 1 8 5 0 1 0 ：一致性测试。 7 北京交通大学硕士论文 2 2采样值的传输模型的构建和传输 2 2 1合并单元的概念 i e c 6 1 8 5 0 标准提出后，随着电子式互感器和数字化二次设备的采用，合并单 元也逐步地被采用。合并单元是采集常规电磁式互感器二次侧模拟量和电子式互 感器二次侧数字信号的一种装置，先将这些二次侧信号进行同步处理，然后按照 i e c 6 1 8 5 0 9 1 2 u 副采样值传输标准打包，通过光纤以太网发送给数字化保护和测量 控制装置。因此，在变电站的三层结构中，合并单元虽然被归入了过程层，但是 起到了过程层和间隔层之间衔接的作用。合并单元输出的二次侧信号的同步方式 包括两种：一种是在合并单元内部利用g p s 秒脉冲同步；另一种是在二次设备内部 通过在采样的插值算法实现数据的同步，前者由于实现简便而被普遍采用。 合并单元采集多路电流、电压互感器的二次侧信息，按照i e c 6 1 8 5 0 9 1 2 标 准对采样值传输建立了特定通信服务映射模型，采样值依照此模型打包发送，数 字化保护和测量控制装置接收采样值报文，完成保护和测量控制功能。采样值报 文包含了1 2 路确定格式和顺序的电流、电压等信息量，全部信息内容如图2 1 所 示。 图2 1 合并单元定义 f i g 2 1d e f i n i t i o no fm e r g i n gu n i o n i e c 6 18 5 0 标准在光数字继电保护测试仪中的应用 在合并单元得到使用后，一种普遍采用的数字化保护测试方法是：利用常规 继电保护测试仪+ 合并单元的方式完成具有光纤信号输入接口的数字化保护装置 的测试。具体方法是将常规测试仪的模拟量输出端接到合并单元输入端，由后者 完成模数转换后按i e c 6 18 5 0 9 1 ( 以下简称为9 一1 ) 标准完成测试数据的打包，发 送至被测保护装置，将被测保护装置的跳闸出口接点接回到常规测试仪的开关量 输入端子。这种测试方法比较繁琐，而光数字继电保护测试仪模拟合并单元直接 发出按9 1 标准模型定义的采样值报文到被测保护装置，即各路明确定义( 如图 2 1 所示) 的1 2 路电流、电压信息，通过开关量输入接回保护跳闸出口动作信息， 大大简化了测试工作。 2 2 2 采样值传输模型的建立 满足i e c 6 18 5 0 9 1 标准的采样值模型中，包括两部分内容( 数据集) ：通用 ( u n i v e r s a l ) 数据集和状态指示( s t a t u si n d i c a t i o n ) 数据集。其中，前者包括1 2 路 电流、电压值及其品质信息；后者主要反映开关状态输入及其品质的信息，对应 于通用输入输出过程节点( g g i o ) 的数据对象内容。通用数据集内容涉及到采样 值的传输工作，本文将进行详细的研究和介绍。 变电站中的电子式电流、电压互感器的二次侧输出信号以光纤数字信号( 采 样值) 形式上传至相应的合并单元，而数字化保护要能识别数据的来源。为此， 在合并单元输出采样值时，把合并单元看做逻辑设备( l o g i cd e v i c e ) ，将采集进 来的各路采样值信息记录在逻辑设备中，按9 一l 标准的1 2 路电流、电压的配置方式 对这些逻辑设备建模，使得每一个设备的输出的数据都是带有其“独特属性 的 数字量。以变压器高、低压侧分别提供采样值给合并单元为例，如图2 2 所示，说 明逻辑设备的建模方法。 、 图2 2 采样值传输配置方式 f i g 2 2t h ec o n f i g u r a t i o nw a y o fs v 9 圈园囝园 ， 、 | 、j 1 。蓑。辨f 匕瓣 圆圆 北京交通大学硕士论文 ( 1 ) 逻辑设备的建模 按9 一l 标准对高压侧逻辑设备( 合并单元1 ) 进行命名，如表2 1 所示。高压侧 的逻辑设备l d n a m e 命名为h v s ( h i g hv o l t a g es i d e ) ，低压侧为l v s ，这样在进 行采样值的上送时，将避免在信道传输中发生因同名而造成的混乱状况，可使变 压器差动保护能够正确区分高、低压侧发送的数据报文。下面以高压侧为例，说 明具体建模方法。 表2 1 高压侧逻辑设备( 合并单元1 ) t a b l e2 1h i g hv o l t a g es i d el o g i cd e v i c e ( m e r g i n gu n i t ) 逻辑设备属性名字 数值 l d n a m eh v s l d r e fh v s l p h d l u n o l o g i c a ln o d ep h s a t c t r ( a 相保护电流) b b t v t r ( 母线电压) 逻辑设备一般至少包含一个物理设备逻辑节点( l p h d ) 、一个逻辑节点零 ( l l n 0 ) 和一个或多个特定应用逻辑节点。表2 1 中特定应用逻辑节点数为1 2 个， 对应图2 1 中1 2 路电流、电压信息。其中，l p h d 表述其所在物理设备的公共信息， 如铭牌信息、设备健康状态等。l l n 0 代表逻辑设备的公共数据，如表2 2 所示。 它不仅包括逻辑设备的运行模式和行为等信息，而且包括此逻辑设备中的数据集 内容。在l l n 0 的属。 生d a t a 中：m o d 表示合并单元的各种工作运行模式，s y n c h m e c h 表示合并单元的采样值同步方法，其值为o 时表示采用g s p 秒脉冲法同步，为l 时表 示插值法同步。 表2 2 逻辑节点0 ( l l n 0 ) t a b l e2 2l o g i cn o d e 0 ( l l n o ) 逻辑节点属性名字 数值 l n n a m el l n o l n r e f h v s l l n o m o d ( 运行模式) d a t a s y n c h e m e c h ( 司步方法) n o t s y n c h ( 同步状态) d a t a s e t d s i ( 见图2 5 ) l o i e c 6 18 5 0 标准在光数字继电保护测试仪中的应用 表2 2 ( 续) 逻辑节点属性名字 数值 m s v c b m s v c b i ( 见图2 5 ) 可以认为l l n 0 中的d a t a 数据为高压侧逻辑设备的状态信息，光数字继电保护 测试仪的采样值建模不关注这些内容，而关注的是1 2 个特定应用逻辑节点的建模 幂1 1 2 个特定应用逻辑节点的数据对象及属性的集聚。 ( 2 )特定应用逻辑节点的建模 根据i e c 6 1 8 5 0 9 1 中通用数据集的要求，特定应用逻辑节点主要包括两类：电 流互感器逻辑节点和电压互感器逻辑节点。电流互感器逻辑节点( 见表2 3 ) 以 p h s a t c t r 为例：p h s a t c t r 指高压0 l j a 相保护电流逻辑节点，a m p 是此逻辑节点的 强制数据对象，表示采样值电流信息，它属于公用数据类s a v ，包含i n s t m a g ( 模 拟量数值) 和q ( 模拟量数值正确与否状态) 等属性。a r t g 是电流逻辑节点的可 选( 非强制) 数据对象，表示额定相电流信息，属于公用数据类a s g 。 表2 3 电流互感器逻辑节点 t a b l e2 3c u r r e n tt r a n s f o r m e rl o g i cn o d e 逻辑节点属性名字数值 l n n a m ep h s a t c t r l n t r e fh v s p h s a t c t r a m p d a t a a r t g 电压互感器逻辑节点p h s a t v t r ( 如表2 4 所示) 中：v o l 表示采样值电压信 息，属于公用数据类s a v ，v r t g 表示额定相电压信息，属于公用数据类a s g 。 其它特定应用逻辑节点( 电流、电压逻辑节点) 模型与表2 3 、2 4 类似。 表2 4 电压互感器逻辑：i 了点 t a b l e2 4v o l t a g et r a n s f o r m e rl o g i cn o d e 逻辑节点属性名字数值 l n n a l t l ep h s a t v t r l n t r e fh v s p h s a t v t r d a t av o l v r t g ( 3 ) 电流、电压互感器逻辑节点的聚集 在分别完成了对逻辑设备( 合并单元) 和其内部电流、电压互感器逻辑节点 的建模后，就要继续进行这1 2 个逻辑节点的聚集，待聚集工作完成后就可以发送 北京交通大学硕十论文 给被测保护装置。 l l n o 中的数据集d s l ( 如图2 3 所示) 对电流互感器逻辑节点( 如p h s a t c t r ) 和电压互感器逻辑节点( 如p h s a t v t r ) 中的数据对象及其属性进行集聚。各个电 流、电压互感器逻辑节点中的幅值和相位信息都被按9 1 标准集聚至u l l n o 的d s i 中， 数字化保护装置可以通过对d s l 数据的读取获得高压侧电流、电压的信息。 图2 3 数据集d s l f i g 2 3s t a t u si n d i c a t i o nd s l 光数字继电保护测试仪无论是通过交换机还是点对点的方式对数字化保护输 出测试数据信号，都可以按照上述的模型，定义自己的满足9 1 标准的测试数据模 型。通过分析采样值建模过程，完成光数字继电保护仪输出的测试数据的建模。 一般情况下，仅仅需要将待发送的测试数据( 电流、电压的幅值和相位) 按9 1 标 准的格式要求写入l l n o 中的d s l 数据集中即可。但当进行主变压器差动保护和母 线差动保护测试时，需要对l d n a m e 进行高、中、低压三侧的命名设置，这样保护 才可以读取到各侧的电流、电压信息。 当通过交换机在以太网中进行测试工作，需要对m s v i d 进行设置，对哪个装 置进行测试，就应当将目标m a c 地址进行相应的设置，m a c 地址可以在上位机 软件进行设置，默认为广播地址。光数字继电保护测试仪提供的采样点数应大于 被测继电保护的采样率，可以通过上位机软件进行相应的配置。 2 2 3 采样值的传输 对象名称l d n a m c 、l n n a m e 、d s n a m e 在发送缓冲区中均被赋以整型值。对 象引用的完整路径名称为 d a t a n a m e ，d a t a n a m e 的嵌套取决于数据类的具体定义。数据对象的数据属性在公用数据类中的定义： 1 2 i e c 6 1 8 5 0 标准在光数字继电保护测试仪中的应用 数据对象a m p 所属的s a v ，h r t g 所属的a s g 和p h y h e a l t h 所属的i n s 等。公用数据 类s a v 的映射如表2 5 ，其中i 表示电流采样值，v a l i d i t y 反映i 的数值是否有效。如前 所述，对于变压器差动保护的高低压侧各侧合并单元，一般情况下，三相保护电 流信息有效，而其它电流、电压信息均可置为无效。 表2 5 公用数据类s a v 映射 t a b l e2 5s a vm a p p i n go fc o m m o nd a t ac l a s s 属性名字 9 1 中编码 i n s t m a g iu 1 1 6 ( 双字节) q b o o l e a n v a l i d i t y = 有效， = 无效 开放系统互联( o s i ) 模型是由国际标准化组织( i s o ) 开发的一种计算机通 信体系结构。o s i 定义了一种基于通信功能分层概念