（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61850的变电站过程层采样值传输.pdf

华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 摘要 i e c 确定以i e c 6 1 8 5 0 为基础，建立未来统一的电力系统无缝通信协议体系。随 着电子式电流电压互感器、智能型断路器等数字化开关设备的逐步实用化，过程 层和间隔层之间大量的电缆连接将被串行光纤通信代替，这是变电站自动化技术新 的变革。在i e c 6 1 8 5 0 标准中，这种通信方式被称作过程总线通信。本文以该标准为 基础，论述了变电站过程层的采样值传输方式、基本原理及具体的传输模块，重点 讨论了采样值传输模型的构建和映射、合并单元的功能组成、数字滤波器及通道监 视程序的设计等，并在线路保护和变压器保护中进行了相关的实验。 关键词：i e c 6 1 8 5 0 ，过程层，采样值，合并单元，数字滤波器，通道监视程序 a b s t r a c t b a s e do ni e c 6 1 8 5 0 ，t h ef u t u r eu n i f o r ms e a lc o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls y s t e mo ft h e p o w e rs y s t e ms h o u l db ec o n s t i t u t e d i ti sc o n f i r m e db yi e c w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h e n o v e le l e c t r o n i ct r a n s d u c e ra n di n t e l l i g e n ts w i t c h g e a r ，t h ep a r a l l dw i r i n gt ol i n kt h e p r o c e s sl e v e la n dt h eb a yl e v e lo fs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mw i l lb er e p l a c e db ys e r i a l o p t i c a lc a b l e ，a n di ti sat e c h n o l o g yr e n o v a t i o no ft h es u b s t a t i o na u t o m a t i o n i ti sc a l l e d a sp r o c e s sb u sc o m m u n i c a t i o ni ni e c6 1 8 5 0 b a s e do nt h es t a n d a r d ，t h et r a n s m i s s i o n m e t h o do fs a m p l e dv a l u e so fs u b s t a t i o np r o c e s sl e v e l ，t h eb a s i cp r i n c i p l ea n dt h e c o n c r e t et r a n s m i s s i o nm o d u l ea r ed i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ec o n f i g u r a t i o na n d m a p p i n go ft h es a m p e dv a l u et r a n s m i s s i o nm o d e ，f u n c t i o nm o d e lo ft h em e r g i n gu n i t ， t h ed e s i g no f t h ef i g u r ef i l t e ra n dt h ed e s i g no f t h ec h a n n e l ss u r v e i l l a n c ep r o g r a m m e ，e t c ， a r em a i n l yd i s c u s s e di nt h ep a p e r t h ec o r r e l a t i v ee x p e r i m e n t a t i o n sh a v eb e e nd o n ei n t h el i n ep r o t e c t i o na n dt h et r a n s f o r m e rp r o t e c t i o n s h il e i c h u n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gz h e n h u a k e y w o r d s ：i e c 6 1 8 5 0 ，p r o c e s sl a y e r ，s a m p l e dv a l u e ，m e r g i n gu n i t ，f i g u r e f i l t e r , c h a n n e l ss u r v e i l l a n c ep r o g r a m m e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文，是本人在华 北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 据本人所知，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，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书 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：鹏锈日期： 如6 6 、k 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时信息传送量成倍增多，对 调度自动化系统和厂站自动化系统的数据通信提出了更高的要求。变电站自动化系 统的传输规约和传输网络的标准化，是实现可靠快速通信的保证。i e c6 1 8 5 0 标准是 目前关于变电站通信网络和系统的最新国际标准，是变电站无缝通信的最佳解决方 案。 变电站自动化技术发展到今天，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 c6 1 8 5 0 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未来发展方向，其 实施必将给变电站自动化水平带来巨大的推动作用i t , 2 ，基于i e c6 1 8 5 0 研究未来变 电站自动化系统的体系结构有着十分重要的意义。 1 2 问题的提出和选题意义 图1 - 1 变电站自动化系统接口模型 i e c6 1 8 5 0 按照变电站自动化系统所要完成的监视、控制和继电保护三大功能 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 提出了信息分层的概念，无论从逻辑上还是物理概念上，都将变电站的通信体系分 为3 层，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层与层之阃的通信接口。图1 1 是变电站自动化系统的接口模型，这是i e c6 1 8 5 0 标准系列的基础。 接口1 ：间隔层和变电站层之问保护数据的交换； 接口2 ：间隔层和远方保护之间保护数据的交换( 非i e c6 1 8 5 0 范围) 接口3 ：间隔层内的数据交换； 接口4 ：过程层和间隔层之间c t 、v t 的瞬时数据交换； 接口5 ：过程层和间隔层之间的控制数据交换； 接口6 ：间隔层和变电站层之间的控制数据交换； 接口7 ：变电站层和远方工程师站之问的数据交换； 接口8 ：间隔层之间直接的数据交换( 特别是像联锁之类的快速功能) ； 接口9 ：变电站层内的数据交换； 接口1 0 ：变电站层和远方控制中心之间控制数据的交换( 非i e c6 1 8 5 0 范围) ： 过程层通过接口4 和接口5 与间隔层通信，主要完成开关量i 0 、模拟量的采样 和控制命令的发送等与一次设备相关的功能，该层的物理设备主要是远方i 0 、智 能传感器和传动机构。过程层概念的引进，是i e c 6 1 8 5 0 对过去变电站通信协议体 系( 女h u c a 2 0 ) 的重大突破之一。按照i e c6 1 8 5 0 的发展观点，变电站各个层次之 间的联系都将建立在串行通信的基础上，过程层与间隔层之间基于交换式以太网的 串行通信方式在标准中称为过程总线( p r o c e s sb u s ) 通信，间隔层与变电站层之间 串行通信方式称为站级总线( s t a t i o n b u s ) 通信。 现有的大多数变电站自动化系统中，并没有独立的逻辑接口4 和5 ，因为过程层 大多数功能都是在间隔层中实现的，过程层到间隔层通常采用大量的并行电缆进行 连接。过程层和过程总线通信这两个新概念的提出与高压设备新技术的发展及其要 求是密不可分的： ( 1 ) 电子式电流电压互感器 电子式电流电压互感器( 以下简称e c t e v t ) 由于具有传统的带铁心的电磁 感应式互感器无法比拟的诸多优点( 动态范围大、频带宽、体积小、重量轻等) 而引起人们的极大兴趣，其研究与发展十分迅速。基于传统测量器件和光纤的有源 型电子式互感器，其传感单元性能稳定，是目前最接近实用的测量方案，比较典型 的有无铁心的空心线圈( r o g o w s k i ) 电流互感器、电阻分压和阻容分压的电压互感 器等。 发电厂和变电站自动化的广泛应用，要求互感器的输出数字化，甚至网络化。 由于电子式互感器和保护、测控等设备一般来自于多个生产厂商，为保证兼容性和 互操作性，设备之间数字化接口通信的标准化十分重要，这是电子式互感器应用于 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 变电站自动化系统中亟待解决的重要问题。 ( 2 ) 智能化断路器 高压断路器二次技术的发展趋势是用微机、电力电子技术和新型传感器建立新 的断路器二次系统，开发新型智能断路器b ”。其主要特点如由微机控制、电力电子 组成的执行单元，可按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸过程的时间； 新型传感器与微机相配合，独立采集运行数据，可早期检测设备缺陷进行故障预报； 采用传感器技术对高压设备的运行状态进行记录、分类和评估，为设备维护、维修 提供决策h ”。监测信息量最大化、判定方式多样化、综合监控手段和专家人工智能 方法等可使故障的判定更加准确和及时。采用网络连接技术，整体信息共享，在开 关与开关、开关与间隔层、变电站层的设备之间建立标准化的通信网络，是改善和 提高故障诊断和状态监测性能的重要途径之一。 ( 3 ) 组合式开关设备 紧凑型组合式开关设备是高压组合电器的发展方向之一，因为它不仅可以大大 节省占地面积，而且与封闭式组合电器( g i s ，g a s i n s u l a t e dm e t a l e n c l o s e d s w i t c h g e a r ) 相比，可大大节省费用。近几年，国外一些大的公司均已推出此类产 品，具有代表性的是瑞士a b b 公司推出的插接式开关系统( p a s s ，p l u g a n ds w i t c h s y s t e m ) 。p a s s 是在g i s 基础上发展的新一代智能型开关设备，它最为突出的特 点的是在一次设备中采用了智能传感器和微处理器设备。p a s s 将一个间隔的全部 设备，如断路器、隔离开关、接地开关、电流电压互感器等都集成在一个内充s f 6 气 体的金属罩壳内。所有一次的信息量通过信息接口( p i s a ，p r o c e s si n t e r f a c ef o r s e n s o r sa n da c t u a t o r s ) 与外部二次设备相连。虽然p a s s 具有很多优点，但由于其 p i s a 采用了变电站自动化中未被广泛接受的协议i e c 6 1 3 7 5 ( m v b ) ，与其它厂家 的保护、监控设备接口存在规约转换问题，这很大程度上限制了p a s s 的推广。解 决此问题的有效方法是使p i s a 遵循i e c6 1 8 5 0 的过程总线通信。 目前，用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，虽然 已实现了微机数字化，但几乎都是功能单一的独立装最，各个装置缺乏整体协调和 功能的优化，且功能交叉：输入信息不能共享、接线复杂，微机装置固有的高可靠 性被错综复杂的二次线所抵消；同时不能充分利用微机数据处理的强大功能和速 度，经济上也是一种资源浪费t 3 l 。 随着过程层一次设备的智能化、数字化和集成化，采用数据和信息的集中采集 模式，并基于i e c6 1 8 5 0 建设过程层通讯网络，实现数据在过程总线上统一传送， 不同功能信息共享，这已经成为可能。在此基础上，随着光纤通信技术的发展，可 将过程总线和站级总线合二为一，采用扁平化的通信结构，在站内形成强大的数字 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 高速公路，将各个l e d 连接起来，实现所有一次、二次设备信息在光纤信息网上交 换，并对目前监视、控制、保护和计量等功能进行优化组合和系统集成，从而形成 高度集成的变电站自动化系统，这是变电站自动化系统的未来发展趋势口4 】。其优势 体现在：变电站电缆沟里总数以几十、几百公里计的各种规格电缆，将被为数很少 的几根通讯线所取代，大大节约变电站的新建或改造费用；采用通讯连接后的接口 标准化，使得变电站设备实现即插即用成为可能，方便调试维护，变电站建设周期 将大大缩短：采用数字化技术后，整个变电站的信息容量将得到大幅度的提升，实 现真正的状态检修将成为可能，从而大大降低整个变电站的运营维护成本。 因此，基于i e c 6 1 8 5 0 标准，研究变电站过程层具有重大的意义。 1 3 变电站网络和系统协议i e c 6 1 8 5 0 概述 1 ，2 ，一， i e c6 1 8 5 0 是一个庞大的协议体系，具体组成如图1 - 2 ，主要围绕五个方面展开 i 撅跑标准聚别靠纲和撅述) l p a r tl i 零诲( 术语解释) ih f t2 i 臆协要壤( 蕊激墨礅、环境蕞俦韵濑辔等)p a a3 厂焉菊丽露两盯礤溪甄1 丽骊瓣露万 貅4 功雅鳓设器楼型瓣道情墼裳 】p a r t5 j 与蹙窀螭饪饕於i e d 姻邋舔粥麓描j 窭i 释富 i p a r t6 燮沌站瓣饿钱设舔昀饕审通锭龋掏i 附l7 乳r t8 争a r t9 l二二二二至亟匦二二二二二二 p a a t 1 0 图1 - 2i e c6 1 8 5 0 系列文档 ( 1 ) 功能模型从通信信息片( p i c o m ) 概念出发，定义了系统的功能模型和 通信要求( p a r t5 ) 。 ( 2 ) 系统工程基于x m l 定义了系统和配置参数交换文件格式、一次系统单线 图和i e d 能力等( p a r t6 ) 。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 ( 3 ) 信息模型及服务采用面向对象的方法，定义了逻辑节点类、数据类和数 据属性等，并定义了相应的抽象通信服务接口( a c s i ，a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o n s e r v i c ei n t e r f a c e ) 来实现数据交换( p a r t7 - x ) 。 ( 4 ) 特定通信服务映射( s c s m ，s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o ns e r v i c em a p p i n g ) 定 义了由a c s i 向通信协议栈的映射( p a r t8 - 1 和p a r t9 一x ) 。 ( 5 ) 一致性测试定义了一致性测试规则、抽象测试集和测试设备要求等 ( p a t t i 0 ) 。 与传统通信协议体系相比，i e c6 1 8 5 0 在技术上有如下突出特点： ( 1 ) 面向对象的分层、统一建模 定义了基于客户机服务器结构的数据模型。每个i e d 由服务器和应用组成， 将服务器分为逻辑设备一逻辑节点一数据对象一数据属性。 ( 2 ) 数据自描述 提供了一整套面向对象的数据自描述方法：定义完整的数据对象、逻辑节点和 逻辑设备的代码；定义用这些代码组成的完整地描述数据对象的方法：定义一套面 向对象的服务。 ( 3 ) a c s i 和s c s m 技术 总结了变电站内信息传输所必需的服务，定义了独立于网络和应用层协议的 a c s i ，包括通信服务、通信对象及参数，这些抽象信息模型通过s c s m 映射到常用 的通信协议栈。通过使用a c s i 和s c s m 技术，解决了标准的稳定性与未来网络技 术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动s c s m ，而不需要修改a c s i 。 1 4 本课题目前的研究现状 虽然i e c6 18 5 0 是从2 0 0 2 年才陆续出版的，但a b b 和s i e m e n s 等公司在此 之前就已进行了系列成功的互操作实验，并己推出了符合此标准的产品。针对基 于i e c6 1 8 5 0 的过程总线通信，典型的互操作实验有以下三个啪 ： a 跳闸命令的网络传输测试 2 0 0 1 年1 月，a b b 、s i e m e n s 和o m e c r o n 在美国u c a 用户协会进行实验， 并于当年5 月在加拿大u t i l i t yi n i t i a t i v e 会议上进行展示。 系统配置如图1 3 。此实验目的有： ( 1 ) 支持和加速基于i e c6 1 8 5 0 的过程层 与问隔层以及间隔层之间设备的通信； ( 2 ) 验h 正i e c 的增强性面向通用对象的变 电站事件( g o o s e ，g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n t ) 概念；( 3 ) 验证变 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 电站配置语言( s c l ，s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nl a n g u a g e ) 的基本概念；( 4 ) 证明 不同厂商设备的互操作性。实验操作顺序为：仿真故障；产生跳闸信号；传 输开关新的状态( 断开) ；发重合闸命令；传输开关新的状态( 闭合) 。 实验结果证明了g o o s e 适合在网络上传输断路器跳闸命令，并验证了使用 s c l f l a 置来自不同厂商设备的g o o s e 的能力。此次演示活动被认为是i e c6 18 5 0 成为全球标准过程中的一个重要里程碑。 图1 - 3 跳闸命令网络传输的互操作实验 b 采样值的网络传输测试 此测试于2 0 0 2 年1 月在美国进行，参加者有a b b $ s i e m e n s 。此次演示前，这 两个公司在2 0 0 0 年c i g r e 会议上就己宣布共同支持i e c6 1 8 5 0 9 ，并于2 0 0 1 年11 月在 k e m a 通过了一致性测试。互操作测试系统的配置如图1 4 。 测试目的有：( 1 ) 演示遵循i e c6 1 8 5 0 9 的，电子式电流电压互感器、保护 装置、计量装置之间的互操作性；( 2 ) 演示开发的支持i e c6 1 8 5 0 9 的第一批样机 ( 如合并单元等) 。 实验结果证明：( 1 ) 按照i e c6 1 8 5 0 9 1 以点对多点连接到电子式电流电压互 感器的方式是可行的，这种方式将被a b b 和s i e m e n s 所支持；( 2 ) 支持 i e c 6 1 8 5 0 9 1 的应用连接到以太网交换机上是实现过程总线解决方案的第一步。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 6 1 8 5 0 9 图1 - 4 采样值网络传输的互操作实验 c 采样值和跳闸命令经同一网络传输测试 2 0 0 2 年9 月，a b b 、s i e m e n s 和o m e c r o n 在美国u t i l i t yi n i t i a t i v e 会议进 行互操作测试，测试系统配置如图1 5 。 测试目的是证明采样值报文和g o o s e 报文在同一通信总线( 过程总线) 上传 输的互操作性。测试实验步骤与图1 3 类似，唯一的区别是图1 5 中的保护装置是 通过过程总线接收数字化传输的采样值。 图1 - 5 采样值和跳闸命令同一网络传输的互操作实验 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 在上述互操作实验成功的基础上，几个厂家又进行了后期实验，以验证 i e c 6 1 8 5 0 的正确性，确保该标准能够按原定计划面世，例如问隔层的设备之间通 过g o o s e 报文传输互锁命令的性能测试等。 国内在跟踪i e c6 1 8 5 0 的制定方面十分积极，并对协议及其应用进行了深入的 分析限“，但是对过程总线通信的研究并不多【7 8 ” ，工程实践方面的报道几乎没有。 长期以来国内一、二次设备生产厂家相对独立是国内变电站过程层自动化进展缓慢 的一个主要原因，这给一、二次设备厂商密切合作提出了新的要求。 1 5 论文的主要工作 本文以i e c 6 1 8 5 0 标准为基础，论述了变电站过程层的采样值传输方式、基本原 理及具体的传输模块。重点讨论了： ( 1 ) 采样值传输模型的构建和映射 从面向对象方法中“类”的思想出发，挖掘i e c6 1 8 5 0 的信息模型构建内涵， 进行具体建模，揭示了抽象模型与特定映射之间的内在统一关联，为采样值数字化 传输的物理实现提供了良好的理论基础。 ( 2 ) 合并单元的功能组成 深入分析了电子式互感器与保护、测控设备接口的重要组成部分合并单元， 详细分析了合并单元的功能模型及其功能特点。 ( 3 ) 数字滤波器及通道监视程序的设计 针对合并单元相对变压器保护采样率高的特点，设计小抽取倍数的数字滤波 器，以便滤掉高次谐波。 对连接到合并单元的1 2 路通道进行在线监视，以便及时进行分析和诊断。 ( 4 ) 变电站过程层的初步构建 基于i e c 6 1 8 5 0 标准，以采样值传输为例，对变电站过程层进行初步的构建。并 在线路保护和变压器保护中进行了相关的实验。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 2 1 引言 第二章采样值传输模型的构建和映射 为保证标准的相对稳定性，i e c6 1 8 5 0 采用了应用和通信分离的方法。 i e c 6 1 8 5 0 7 2 ( 以下简称7 2 ) 中定义了采样值传输抽象模型，其特定通信服务映射 ( s c s m ) 有两个途径，分别在i e c6 1 8 5 0 9 1 ( 以下简称9 1 ) 和i e c6 1 8 5 0 9 2 ( 以 下简称9 2 ) 中定义。采样值传输抽象模型及其相关服务不依赖于s c s m ，故在实际 应用中，需进行具体的采样值传输模型构建。 本章首先探讨了发布者订阅者通信中间件技术在采样值传输抽象模型中的合 理应用，从面向对象方法论中“类”的思想出发，挖掘i e c6 1 8 5 0 信息模型构建的 内涵。针对变压器差动保护等应用，按照9 1 对采样值传输模型进行详细、具体构 建。建模的目的既可以为模型的物理实现提供理论基础，又通过对系统结构和行为 的详细说明，有助于实际中系统的可视化和理解正在开发的系统。在具体建模后， 从信息模型的映射和协议栈规范方面对9 1 的映射机制进行了深入的分析，指出了 9 1 的现实意义。本章通过抽象模型分析一具体模型构建一特定通信服务映射的有 序分析和研究，揭示了蕴涵在标准中抽象模型和具体映射之间的内在统一关联。 2 2 抽象模型分析 2 2 1 中间件技术的应用 为实现异构连接和分布式应用，一些开发商开始提供带有标准编程接口和标准 协议的分布式系统服务，实现这些服务的技术称中间件技术。中间件是一种独立的 系统软件或服务程序，位于操作系统和应用程序之间，管理计算资源和网络通讯。 中间件技术现已成为分布式应用系统的重要支撑技术，它不仅能够解决网络分布计 算环境中多种异构数据资源的互连共享问题，更为重要的是，它可以实现应用之间 的互操作。中间件结构般分为三类： 点对点( p e e r t o p e e r ) 、客户服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 和发步者订阅者( p u b l i s h e r s u b s c r i b e r ) 。根据不同的通信要求应 选择不同的通信中间件结构。 点对点通信是最简单的形式。通信连接建立后，将会为双方交谈提供适当的高 带宽，但是这种通信结构不能满足用户要求在同一时间与多个节点交谈。客户服 务器网络可实现一个服务器节点同时与多个客户节点的连接。当信息集中在一个节 9 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 点时，如数据库、集中文件服务器等，采用客户服务器通信结构可提供优质的通 信性能。但是由于此通信结构要求在分配信息给客户之前，必须首先将信息发送到 服务器上去，故当信息由多个节点产生时，客户服务器通信结构因会带来难以估 计的延迟而使通信效率很低。发布者订阅者通信结构是复杂的分布式应用的首要 方法。它提供对节点的简单存取，只要告知需要什么信息( 订阅 ，随后系统便会 按节点的需要把信息传送给它。这种通信结构允许从一个发布者向多个订阅者发布 同样的信息，且订阅同一主题的订阅者可以接收多个发布者的信息，这种灵活性使 得其易于实现复杂的多点对多点分布式通信，并支持多节点之间直接而快速的通 信。由于上述技术特点，对于传输流量大、实时性要求高、要求信息共享的采样值 传输通信而言，采用发布者订阅者通信结构是最佳选择。 采样值传输抽象模型( 图2 1 ) 适用于数据集( d a t a s e t ) 的数值交换，数据 集对电流逻辑节点( t c t r ) 和电压逻辑节点( t v t r ) 中的数据对象( d a t ao r o j e e t ) 及其属性( d a t aa t t r i b u t e ) 进行信息集聚。d a t a s e t 的d a t a 为公用数据类s a v ( 在i e c6 1 8 5 0 7 3 中定义的采样值) 1 2 ”。 蜡澍嚣 软般数搬缸请求。 拔戢数_ i i i 姐蝻瓣 。巷地澄送 s 删d s v m 帕q 丑 ( 特定嚏信搬务日 蛹糍详阉镌息 _ 新数* 燕万一= 熊卜一 一_ _ 1 我滥饿样诅辎描请求一 设溢采栉甑莪斛i 嗡娃 图2 1 采样值传输抽象模型 从图2 1 可以看出缓冲型工作方式是发布者和订阅者之间报文传输通信关系的 重要特征，这意味着只有最近发布的数据保留在网络缓冲区内，新的数据会完全覆 1 0 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 盖先前的数据。发布者在发送端的缓冲区写入采样值信息，订阅者在接收端的缓冲 区读取采样值信息，通信系统负责更新接收端缓冲区。订阅者通过采样计数器能够 检测采样值数据包是否丢失。当由于通信网络问题导致数据包丢失时，发布者并不 重发，因为实时性是采样值传输通信的关键。 采样值传输的通信过程由发布者的采样值控制( s v c ) 模块控制( 2 ”，此模块可 选择多点传送采样值控制( m s v c b ) 或单点传送采样值控制( u s v c b ) ，它们对 应了不同的传输方式，前者是广播组播，后者是单播。以下以m s v c b 为例进行分 析。 发布者和订阅者之间可实现报文传输( s e n d m e s s a g e ) 、控制块值读设置和数 据值读( g e t d a t a v a l u e ) 等服务。其中，报文传输服务即对应采样值报文的快速、 实时传输；控制块值读设置服务对应于s v c 模块中属性值的读写操作；数据值读 服务是对数据对象的属性值进行读取。 2 2 2 多路采样值控制类 2 h 多路采样值控制类定义如表2 1 所示。解释如下： 表2 1m s v c b 类定义 糟性名属性类艇散溉，数字范嘲壤g 鞯 m g v c b n a m o b j e e t n a m em s v c b 实侧的实剿名 m s v c b r d o 两e c t r e f e r e n c e m s v c b 蜜钢的路髓名 s v e n a8 0 0 l e a n 获辘( t r u e ) 蔡止( f a l s e 】，敞谢f a l s e m s v i dv i s i b l 正s r 越n g 6 5 多路r 耩蕊撵救标识捋 d a t s e t o b j e c t r e f e r e n c e 数摧簸日 用 c o n f l b v i n t 3 2 u懿越版奉蛩 s m p r a t e i n t l 6 u礤样率( 0 一m a x ) 嬲务1 ) s e n c t m s v m e s s a g e ( 2 ) g e t m s v c b v a l e s ( 3 ) s e i m s v c b v a l u e s 2 | 2 2 1 属性 ( 1 ) m s v c b n a m 唯一标识l l n 0 作用域内的m s v c b 。 ( 2 ) m s v c b r e fl l n 0 内的m s v c b 唯一路径名。 ( 3 ) s v e n a 采样值传输使能。当值为t r u e 时说明允许采样值传输，否则为 1 1 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 f a l s e 时，表示m s v c b 停止发送采样值。 ( 4 ) m s v i d 用于标识缓冲区里采样值报文信息。 ( 5 ) d a t s e t 规定了数据集的路径名，其成员值在采样值报文中体现。 ( 6 ) c o n f r e vm s v c b 配置改变次数的计数值，例如：d a t a s e t 成员删除、 重新排序等均会导致c o n f r e v 值递增。 ( 7 ) s m p r a t e 规定了额定周期采样次数。 2 2 _ 2 2 服务 ( 1 ) s e n d m s v m e s s a g e 采样值报文传输，报文具体格式在s c s m 中定义。 f 2 1g e t m s v c b v a l u e s 订阅者利用此服务可读取m s v c b ( 表2 1 ) 的属性值，如 s v e n a b l e 、m s v i d 、s m p r a t e 等。在实现此服务之前，订阅者应首先提供 m s v c b r e f e r e n c e 和f u n e t i o n a l c o n s t r a i m 等属性数值，发布者才可能返回订阅者所 需信息。参数r e s p o n s e + 表明服务请求成功，而参数r e s p o n s e - 表明服务请求失败。 参数表如下所示。 参数名 r e q u e s t m s v c b r e f e r e n c e f u n c t i o n a l c o n s t r a i n t r e s p o n s e + s v e , , a b l e m u l t i e a s t s a m p l e v a l u e i d d a t a s e t r e f e r e n c e c o n f i g u r a t i o n r e v i s i o n s a m p l e r a t e r e s p o n s e s e r v i c e e e z o r 1 2 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 ( 3 ) s e t m s v c b v a l u e s订阅者利用此服务可修改m s v c b 的属性值，从而改变 采样值报文传输特性，需要注意的是：在实现此服务改变采样率等属性之前，应保 证属性s v e n a 为f a l s e ，否则服务请求会失败。参数表略。 以上三种服务与m s v c b 直接相关，只有s e n d m s v m e s s a g e 服务要求高实时 性。 2 3 面向对象的模型具体构建 2 。3 。1i e c6 1 8 5 0 的面向对象建模内涵 信息模型和面向对象的建模方法是i e c6 1 8 5 0 的核心，图2 2 【2 1 1 形象地揭示了标 准中抽象信息模型的内容及这些模型之间的关系。 图2 - 2 中左侧显示了服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的逐 层分布式结构，右侧控制块信息显示了信息模型中抽象服务的结构化特征，例如采 样值传输需采用m s v u s v 控制块中相关服务，但建立m s v u s v 的数据对象和数 据属性则依赖于数据集的有序集合。从图2 2 还可以看出，m s v u s v 等控制块是 与l l n 0 直接作用的，而数据集刚与一般意义上的逻辑节点( 包括逻辑节点o ) 有关 联。 “类”是任何面向对象系统中最重要的构造块，它是一组具有相同属性、操作、 关系和语义的对象的描述。从面向对象建模的角度看，在7 2 中规定的抽象信息模 型( 如逻辑设备、逻辑节点、数据集等) 都可视为“类”。 从“类”的定义出发，结合表2 1 ，对标准中抽象模型的定义进行分析，可以发 现“类”的基本特征均能得到充分体现。 ( 1 ) 名称 每个类都必须有一个独一无二的名称( n a m e ) ，类名分为两种：简单名，表示 单独的名称；路径名( p a t h n a m e ) ，以类所在包的名称作为前缀。从表2 1 可以看 到相对应的名称分别是m s v c b n a m 和m s v c b r e f 。 ( 2 ) 属性 属性( a t t r i b u t e ) 是已被命名的类的特性，这些特性为类的所有对象共有，它描 述了该特性的实例可以取值的范围。在表2 1 中，m s v c b 具有五个属性，如s v e n a ， m s v l d 和s m p r a t e 等。由于表2 1 的类是抽象的，故其属性没有具体值。 ( 3 ) 操作 操作( o p e r a t i o n ) 是服务的实现，该服务可由类的任何对象请求以影响其行为， 】3 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 如果通过函数阐明操作的特征标记，则应包括返回类型。表2 1 s e n d m s v m e s s a g e 等三种服务均可视为操作。 图2 - 2a c s i 概念性服务模型 1 4 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 ( 4 ) 职责 职责( r e s p o n s i b l i t y ) 是类的契约或责任，当创建一个类时，就声明了这个类的所有 对象具有相同种类的状态和行为。表2 1 中m s v c b 类的“职责”即为控制采样值报文 传输特性。 表2 - 1 的类模式不仅在7 2 的所有信息模型定义中均得到采用，在i e c 6 1 8 5 0 7 4 的公用数据类中，也得到采用。提取表2 1 的类模式特征，可得出标准中 所有信息模型定义的抽象模板样式，如表2 2 【2 0 1 所示。此抽象模板为实际应用中采 样值传输模型的具体构建提供了一种思路。以下建模和特定通信服务映射是针对两 卷变变压器差动保护和测量应用的。 表2 2a c s i 类定义 i 。 j _ _ 蠹曩 a b 爨。：。掣二 a t t r i b u t en a m e ( 埚镟名)a t t r i b u t et y p e ( 麟镌! 瀵粼)值，糟惹熏勰棘 a t t r i b u t e l 【l n 】 t y p e l a t t r i b u t e 2 【o n 】t y p e 2 s e r v i c e s ( ) i 务) s e r v t c e l ，s e r v i c e 2 2 3 2 模型构建具体途径 合并单元定义( 图2 - 3 ) 首次在i e c6 0 0 4 4 8 中提出，它用于连接数字化输出的 电子式互感器与保护、测控设备，其主要功能是同步采集多路( 最多1 2 路) e c t e v t 输出的数字信号后并按照规定的格式发送给保护、测控设备1 1 2 , 1 3 1 。 9 一l 采用了上述合并单元定义，只是遵循9 1 的合并单元所传输报文中，不仅 包括通用( u n i v e r s a l ) 数据集，而且还包括状态指示( 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。以下重点研 究采样值传输模型的具体构建，对状态指示数据集不做进一步论述。由于9 一l 仅支 持报文传输服务( 表2 一l 中的s e n d m s v m e s s a g e ) ，而不支持对m s v c b 控制块属性 的读和设置服务，也不支持订阅者对发布者的数据集及其数据对象( 图2 。1 ) 等进行 读取。故此种情况下，采样值传输模型的具体构建可以简化，无需讨论相关服务。 1 5 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 图2 3 合并单元定义 合并单元为采样值传输模型的具体构建提供了一种实现途径，它可作为逻辑设 备【2 ”完成采样值传输模型中发布者的功能，逻辑设备的作用是基于通信目的对逻辑 节点和数据集进行聚集和归并。由于9 1 中合并单元提供的采样值信息是固定不变 的，即1 2 路电流、电压信息，且各路均明确定义( 图2 3 ) ，故遵循9 1 的采样值 传输配置方式只有一种，如图2 4 所示，在变压器的高、低压侧分别提供合并单元。 图2 - 4 采样值传输配置方式 1 6 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 以下对高压侧的合并单元逻辑设备( m e r g i n g u n i t l ) 进行具体建模( 注：表2 3 中逻辑节点命名均参考i e c6 1 8 5 0 9 1 ) 。 表2 3 合并单元逻辑设备 逻辑设器鞴牲名字 教渔 l d n a m e m e r g m g u n i t l l d r c f m e r g m g u n i t l l p h d l l n o l o g i c a ln o d ep h s a t c t r a 榻像护电流) b b t v t r 搿线懿燕) 逻辑设备一般至少包含个物理设备逻辑节点( l p h d ) 、一个逻辑节点零 ( l l n o ) 和一个或多个特定应用逻辑节点 。表2 3 中特定应用逻辑节点数为1 2 个，对应图2 3 中1 2 路电流、电压信息。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。表2 4 中，p h y h e a l t h 表示合并单元所在的物理设 备是否需要维修：当其值为0 时，表示无需维修；当其值为1 时，表示需要维修【2 5 】。 表2 4 物理设备逻辑节点 遴辫节点辍性鬣字数滇 l n n a m el p 强d l n 酗f m e t g i n g u n i t l l p h d d a t a p h y h e a l t h l l n 0 代表逻辑设备的公共数据。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j 。此外，它与特定应用逻辑节点还有一 1 7 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 个重要区别：在l l n 0 里包括五个可选的控制模块( 图2 2 ) ，如面向变电站事件的 通用对象控制块( g o c b ) 、多路广播采样值控制块( m s v c b ) 等 2 ”，遵循9 1 的 合并单元逻辑设备的l l n 0 选用m s v c b 。在l l n 0 ( 表2 5 ) 的属性d a t a 中：m o d 表示合并单元的各种工作运行模式，如正常运行模式或测试模式等，s y n c h m e t h 表 示合并单元的采样值同步方法，其值为0 时表示采用脉冲法同步，为1 时表示插值 法同步，9 - 1 的合并单元只支持外部输入秒脉冲法同步【2 ”。 表2 5 逻辑节点0 遴瓣节点聪性名字数饿 l n n a m el l n o l n r e f m 盯g m g u n i t l l l n 0 m o d 运行模式) d a t a s y a c l x m e t h 同步方涣) n o t s y n c h ( 阕步拔悫) d a t a s e t d s l ( 匏隰2 - 5 ) m s v c bm s v c b i ( 照溯2 - 5 ) 数据集d s l ( 图2 5 ) 对电流互感器逻辑节点( 女 i 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。 电流互感器逻辑节点( 见表2 6 ) 以p h s a t c t r 为例：p h s a t c t r 指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