（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61850的牵引变电所过程层数据采集ied设计.pdf

蕊南交通大学碳士研究生学位论文第ij 荧 a b s t r a c t t h ef a s t d e v e l o p m e n t o fc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y a n d m i c r o e l e c t r o n i c s t e c h n i q u e h a sc a u s e dt h er e n e w a lo ft h e i n t e g r a t e d a u t o m a t i o ns y s t e mo fs u b s t a t i o n t h ec u r r e n ti n t e r f a c ea n dc o m m u n i c a t i o n m o d eo ft h ep r i m a r ye q u i p m e n ti ns u b s t a t i o nw i t hs u b s t a t i o na u t o m a t i o n s y s t e mh a sa l r e a d yb e c o m et h eb o t t l e n e c ko ft h ed e v e l o p m e n t i e c 6 1 8 5 0i s t h el a t e s tc o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fs 蕊m m n a u t o m a t i o n ，a n di tr e p r e s e n t s t h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o na n dt r e n do ft h ec o m m u n i c a t i o no ft h es u b s t a t i o n a u t o m a t i o nb a s e do nt h eu n i f i c a t i o no f c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s y s t e m o ft h e s u b s t a t i o n w i t ht h ep r e s e n t a t i o no fi e c 6 1 8 5 0 , m a n yf u n c t i o n so fs u b s t a t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m a t et r a n s f e r r e dt o p r o c e s sl a y e r t ob ea c c o m p l i s h e d ， w h i c hm a k e st h es t r u c t u r eo f p r o c e s sl a y e rm o r ec o m p l i c a t e da n dt h e s t r u c t u r ea n do p e r a t i o nm o d eo ft h ep r i m a r ye q u i p m e n ti ns u b s t a t i o nf a c i n g t h ee n o r m o u sc h a n g et o o t h ei n t e l l i g e n te l e c t r o n i c se q m p m e n to f p r o c e s s l a y e ri st h ek e ye q u i p m e n to fs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m t h ec u r r e n ta n d v o l t a g et r a n s f o r m e r sa r ei m p o r t a n te q u i p m e n t si ns u b s t a t i o n t h en e w t y p e c u r r e n tt r a n s f o r m e r ( o p t i c a l - e l e c t r i cc u r r e n tt r a n s f o r m e r ) w i l lb eu s e dw i d e l y i nt h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mo fs u b s t a t i o n t h i s p a p e r h a si n t r o d u c e dt h e o p e r a t i o np r i n c i p l e a n dt h el a t e s t d e v e l o p m e n tt r e n do ft h ev o l t a g ea n d c u r r e n tt r a n s f o r m e r , a n dh a sa n a l y z e d t h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo fn e w - t y p ec u r r e n tt r a n s f o r m e rb a s e do nr o g o w s k i l o o pi nd e t a i l 。c o n s u l t i n gt h es t a n d a r d o f1 e c 6 1 8 5 0 ，t h ec o r r e s p o n d i n g m o d e lh a sb e e ne s t a b l i s h e db yt a k i n gc u r r e n tt r a n s f o r m e ra sa ne x a m p l e ， b a s e do nt h em o d e lt h e n t e r f a c ec i r c u i to fc u r r e n tt r a n s f o r m e rh a sb e e n 西南交通大学硕士研究生学位论文第| il 页 d e s i g n e db yu s i n g1 6 一b i ta dc o n v e r t e ra si t s c o r ea n da d o p t i n gf p g at o c o n t r o l 加c o n v e r t e r t h e p a p e r h a sp r o v i d e dt w ok i n d so fd i f f e r e n td e s i g n p l a n so f t h ec i r c u i t a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dd a t a f l o w o ft h es u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e md e f i n e di ni e c 6 1 8 5 0 t h ef i r s tp l a nh a s a d o p t e d t h em e a n st h a tu s i n gm u l t i - c h a n n e la c q u i s i t i o na n dc o m b i n a t i o nu n i t t oc o n n e c ti n t ot h en e t w o r ka n dt h es e c o n dp l a nh a sa d o p t e d t h em e a n st h a t u s i n gm u l t i c h a n n e la c q u i s i t i o n t oc o n n e c ti n t ot h en e t w o r kd i r e c t l ya n dt h e m i d d l et r a n s m i s s i o nm e d i ai nt h e s et w op l a n sh a sa d o p t e dt h eo p t i cf i b e r t h ep a p e rh a ss e t u pt h ec o m m u n i c a t i o nm o d e lo ft h ep r i m a r ye q u i p m e n t b a s e do nr t p s ，a n dh a sp r o v i d e dt h er e a l i z a t i o nm e t h o df r o mt h ec u r r e n t t r a n s f o r m e rm o d e lt oa p p l i c a t i o nl a y e ro fc o m m u n i c a t i o na n dt h es o l u t i o nf o r t h er e l e v a n tc o m m u n i c a t i o nm o d ea n dh a sr e a l i z e dt h ec o m m u n i c a t i o nm o d e o fo n en e tf r o mt o pl a y e rt ob o t t o ml a y e rs p e c i f i e di ni e c 6 1 8 5 0 k e yw o r d s ：i e c 6 1 8 5 0 ，t h ep r i m a r ye q u i p m e n t ，r o g o w s k i c o i l ，a d c o 拄v e r 地k 王e d 西南交滋大学硕士磷究生学位论文第 擞 i i 研究的背景及意义 第一章绪论 徽褫保护是毫力系统孛至关震蘩懿一黪。隧着秘援程经滂戆发震，魄力 系统对微机保护这个环节的要求也曰渐提高，随着工业以穴阿渐趋酱殷，特 别是在翻际电力系统通信系列标凇i e c 6 1 8 5 0 颁布后，引越了国际普遍的关 注，如倪在i e c 6 1 8 5 0 新标准下辨发皂己的凝产品成为国际和国杰各大嗽气 公司争先磺究弱要煮。 如搿建立符合i e c 6 1 8 5 0 标准的微机保护系统，首先艨该考虑过稔拱i e d 瓣粼，只有适稷澄符合要求，才能为整个繇统提供各种潜簧鲶信怠豢，题整 个系统正常运行的前提保证。过攘层主要的袈嚣是电流崴感器( c t ) 和电愿誊 感器( v t ) ，目前蕊感器技术得剿了飞跃型的发展，基本融缀完成了从传统的 毫磁式嚣感器到必孥嚣感器秘瀵会式互感嚣豹转纯。现在毅建躬电力系统中 运彳予的置感器多为混含电子戏互感器。 随着信息数字化程度越来越深，数锻传输系统传输髓数据率将越来越 离，以太网覆盏瓒积越来越犬，以太网收发器系统中离性能、低成本的接弱 毫鼹就将越来越鬟黉。 鏊予目前这种形势，认真研究最新互感器的发展情况和i e c 6 1 8 5 0 的舆 体内容，研究基于i e c 6 1 8 5 0 盎勺变电所过稷层l e d 是很肖实用意义的。 1 2 国内外发鼹现状 国外针对i e c 6 1 8 5 0 标凇的艨用和研究开始较早，相波的示范z 程谯制 定i e c 6 1 8 5 0 的过程中就开始实藏。美国、德国、荷兰等圜都有示范工程， 嗣戳骏谨标准，避避实践来键迸标准盼逡一步完善。霞外大公司对1 e c 6 1 8 5 0 的研究，在理论上已经成熟，并融初步楗蹴支持i e c 6 1 8 5 0 的产品。糟对手 国外情况，国内电有专门的鄢门谯全面跟踪芹口研究i e c 6 1 8 5 0 的最新发展动 囱”。 国内许多大的眭l 力企业识在多方凋研，希整能在将浆采用i e c 6 1 8 5 0 株 、疆毒交透大攀颟圭聚究生学位论文筹2 要 准，以达到降低系统集成赞用和维护成本，充分利用系统资源，提高系统可 嚣性的目的中国电力企般联舍会于1 9 9 9 年l i 月份成立专门王绍缀，组织 了国内丈的麓逢蘸帮研究撬梅对该标壤送行研究秘溃纯，餮蠢魏麓止已经全 部翻译完成并列入2 0 0 3 帮电力行业修订计划中“1 ，2 0 0 4 年转化为我国电力 行业标准，邀为该协议谯我国大范围的推广应用创造了良好的环境和条件。 夔誊擞飘爨护装置在魄力系统孛熬全錾痤月，辍护巍溅控设嚣不秀罴要 离功率输出的电流互感器。近一二十年来，许多发遮酶工业国家帮开始进行 新型互感器的研究。在现代电力电子和光纤技术的推动下，许多新型的电子 式互感器涌现了出来，并融进入了广泛的研究阶段。 在6 0 冬代蓍癸裁开戆蠢用法拉繁( f a r a d a y ) 羧波获事互薅嚣黪磅究工 作，到8 0 年代和9 0 年代初期o c t 就殴柳具商品使用价值，美国的五大电力 公司各自在1 9 8 2 年左右成立了o c t 专题研究小组，且研制成功了1 6 1 k v 独 立式o c t ( 1 9 8 6 1 9 8 8 ) ；1 6 1 k v 缀合式必纾电流互慧器( o c t ) 光学电压互感 器( 0 v t ) 积1 6 1 k v 的继电保护式o c t ( 1 9 8 7 ) ，戳及奁1 9 8 9 年5 露至1 9 9 2 年又 成功的研制丁最高工作电聪为3 4 5 k v ，测基范围为2 0 2 k a ，准确等级为0 3 缀的计量与保护o c t ，且攮网运行成功。 箕孛最舆健表瞧豹燕1 9 8 6 年美嚣载爱续秀矧魄力警理是娃娃) ，在萁疑 属的c h k a m a a g a 水坝电力编组站安装了第一台单裙、高电压、光学计量用的 c t 。t v a 在1 9 8 7 年第二次安装的光学计量系统是在它所属的m o c c a s i n 电站 宠成的，与1 9 8 6 年相比，拓展为三相计量，经过六个多月豹测黧k w h ，全 光学计量系统帮逶常( 漆澄或龟磁垂) 纛感器系统魄较，误差不大予l ”1 。 1 9 9 1 年6 月a b b 电力t & d 有限公司公布了用于计量和继电保护用的 3 4 5 k v 电站的o c t 系统，辫在运行四个月后，与标准c t 比较，谈麓仅为0 4 。到1 9 9 4 牮a b b 公司不仅拥有多秘魄疆等级豹交溅数字光电戏睨t ，嚣且 也有直流数譬光电式o c t ，并在多个奠热嚣挂嚼运行。到现在为悉，在国际公 司中，a b b 公司的p a s s ( p l u ga n ds w i t c hs y s t e m ) 系统可以代袭一次设备 朱来发展的方向，具有广阔的发展前景。并在投入遴行后取得良好的运行效 菜。毽是国内厂家对藿终公司戆依赖瞧缀强，塞己开发豹产品鸯羧。 西南交潦夫学硕士磷究生学位论文第3 贾 1 3 本课题的任务和要求 本课题的主要任务是研究设计基于i e c 6 1 8 5 0 的一次教器接口( 主要以c t 为研究对象) 的研究。具体内容可分解为几大部分： 1 ，分缀变电联进程屡装置的嗣蠹辨最薪发展状瑟，罄慕正在使掰的冬 静装萋豹优缺点。 - 2 详细分析t1 e c 6 1 8 5 0 标准，并研究i e c 6 1 8 5 0 系列标准中关予一次 设备接阴( 以互感器为例) 部分建模及其相应的通信映射。 3 分糖了戆最耨豹蔓感器覆壤，薅r o g o w s k i 线圈黪基本濠瑾进行攥凝， 采样值数据传输电路设计，设计瀚速数据采集漱路及实现数字滤波和积分模 块。模拟量前端调理及a d 转换电路设计。 4 对l e d 设计嘏路在1 e c 6 t 8 5 0 标准的规范下的结构进行初步构建，菇 进抒方案晓较。 文章首先介绍了变电站过程爆设备的发展历程过程和i e c 6 1 8 5 0 标准，且 详细分析了引入i b c 6 1 8 5 0 标准厝一次设备的接口特点；其次根据m c 6 1 8 5 0 标雄孛一次设备匏黪点( 噬互感器必铡) ，实瑷了一次设备瓣建摸；最艨设 计了一次设备按嗣( 以互感器为铡) ，同辩蒸予r t p s 邋信模型并结合 i e c 6 1 8 5 0 标准给出了采样的通信映射。 西南交通大学硕士研究生擎仪论文第4 页 第二耄基本原理介绍 2 i 惩c 6 i 菸8 0 简介 2 1 1i e “1 8 发展筒史 2 0 世纪9 0 年代裙，必实现各种掰鳖继魄保护餐能魄子装置( i e d ) 之闽的 置操作，i e ct c 5 7 和i e ct c 9 5 成立了一个联合工作缀，制定了i e c 6 0 8 7 0 - 1 0 3 标准( 继电保护设备信息接口配套标准) 。同对美国电力科学研究院( e p r i ) 开 始制定公用事业通信系统缩构( u c a ) 直接促成了u c a 2 0 的发行。1 9 9 4 颦由德 溷瓣容委员会瞧爨裁定逶鬻鳆变电站鑫韵馋栋准建议，1 9 9 8 年嚣辩电工委员 会( i e c ) 、美国电气电子工程师协会( i e e e ) 和美国e p r i 选成共识，由i e c 牵 头，以美国u c a 2 。0 为基础，歼贻制定i e c 6 1 8 5 0 变电站自动化标准，由i e c t c 9 5 工佟缀对i e c 6 1 8 5 0 爱其数摆模型开展研究0 1 。1 9 9 9 年鲍i e ct c 5 7 京都会议 和2 0 0 0 年s p a g 会议提密将i e c 6 1 8 5 0 佟兔露缝透信标准。在i e ct c 5 7 工作 组2 0 0 2 年北京会议上，指出今后的工作方向：追求现代技术水平的遇信体 系，实现完全的飘操作性，体系向下兼容，旗于现代技术水平的标准惯息和 遴镶技术平台，谯l t 篆绞秘软 孛应瘸暹过数据交换接瓣拣准像实现器效式 系统，例如交电站通信标准用予所有类型的分布式s c a d a 系统。i e c 6 1 8 5 0 不 仅髑予变电站内通信，且用于变电站和控制中心通信。 2 i 2 压c 6 1 8 s 0 标准内容概述 i e c 6 1 8 5 0 是国际电工羹员会第5 7 技术委员会第l o ，l l ，1 2 工作组制定 熬关于交毫灏舞动纯系统遴蓿网终囊系绫熬据准。制定i e c 6 1 8 5 0 瞧嚣貔是 想实现不同厂商产品之间的互操作性。为此，该协议采用自顶向下的方式对 变电站自动化系统进行系统分层、功能定义和对象娥模，并对一致性检测作 了详细的定义。i e c 6 1 8 5 0 镪括面向对象的标准、通绩阚络性能要墩、接口和 映射、系统秘颂霞管理、一致连测试簿多方面详纲内容。具俸蠹容鲡下： 6 t 8 5 0 一l ：基本原则。即i e c 6 1 8 5 0 标准概述，包括适用范围和目的，定 义了变电站内i e d 之间的通信和相关系统要求，并呛述了制定了个适用标 嚣囊交通大学硕士磅突生学位论文繁5 茭 准静途径和弼 鼍瓣待逶傣技零辇凝等润题。 6 1 8 5 0 2 ：术语。给出了i e c 6 1 8 5 0 文档中涉及的关于变电站综合自动化 系统特定术语及萁定义。 6 1 8 5 0 - 3 ：基本要求。详缁说明系统通傣网络的总体要求，重点怒质量 要求( 可靠饿、可用性、可维护性、安全性、数据完蹩性以及总韵网络要求) ， 还涉及了环境条转e 湿度、湿度、大气难力、极械震动、泡磁于扰等) 巍供毫 要求的指导方针，并根据其他标准和舰范对相关的特定要求提出了建议。 6 1 8 5 0 4 ：系绫帮瑷霾警瑗。籀运了对系统秘矮嚣警淫过程戆要求鞋及 对工程和试验所用的专用支持z 具的骚求。生要包括：工程过稔以及支持工 兵，整个系统馥及i e d 熬生命潮瓣，系统生命赣内鹃震璧保i 歪供三个方面。 6 1 8 5 0 5 ：对功能和设备的通信要求。规范了变电站自动化系统所完成 功能的通信耍求和装置模型。为了区分技术黻务帮变电站之蔺戳及交嘏站内 i e d 之间的通信要求而对功能进行描遮；为支持功能自由分配要求，将功能 适当分解为相互通信的几个部分，给出其交换数据和性能臻求；对典型变电 站配鬟，上述援是霹以邋过数攒淡魄发搀热默於轰。 6 1 8 5 0 6 ：变电站i e d 的结构语言。规定了描述通信有关的i e d 配置和 参数、通信系统配置、开关间隔结构以及它们之间关系的文件格式，目的是 在不同制造商的i e d 管理工具和系统管理工具间，以某种兼容的方式交换i e d 性能描述和变电站自动化系统描述。 6 1 8 5 0 7 ：变电站基本通信结构和馈电设备。是变电站设备之间协调工 作和通信的体系概述。共分为四各部分： 6 1 8 5 0 7 1 ：原理与模型。提供了有关基本建模和描述方法的信息，解 释了i e c 6 1 8 5 0 7 - 4 、i g c 6 1 8 5 0 7 3 、i e c 6 1 8 5 0 7 2 和i e c 6 1 8 5 0 5 之间的详 细要求，以及i e c 6 1 8 5 0 - 7 - x 的抽象服务和模型如何映射到i e c 6 1 8 5 0 8 一x 和 i e c 6 1 8 5 0 9 一x 中具体的通信协议。 6 1 8 5 0 7 2 ：抽象通信接口( a c s i ) 。主要是从三方面进行描述：可以通 过通信网络访问的全部信息分层类模型：对这些类进行操作的服务；和每个 服务相关的参数。 6 1 8 5 0 7 3 ：公共数据分类和属性。定义了和变电站应用有关的公共属 性类型和公共数据类，这些公共数据类用于本系列标准的6 1 8 5 0 7 4 部分。 嚣枣交通大学壤士磅究擞学位论文繁6 菱 6 1 8 5 0 7 4 ：相容遂辑结煮和数据稿录等垃。规定了i e d 之间通镲用的 兼容逻辑结点名和数据名，这怒6 1 8 5 0 - 7 2 中介绍的类模型的一部分，所定 义静名称确予建立分层对象引翊，供i e d 之问通倍用。 6 1 8 5 0 8 ：特殊的逶惯服务映射( s c s m ) 。映射到毒造搬文援藏( m m s ) ，说 明了在局域网交换实时数据的方法，将a c s i 映射m m s 的服务和协议，主要 是震予变惫炼屡到闰隔鼷阕豹 l 突射。 6 1 8 5 0 9 ：特殊的通信系统映射( s c s m ) 。规定了间鞘层和过程层之间的 映射。 6 1 8 5 0 - 1 0 ：功能测试、一数性测试。规定了变电站自动化系统和设备通 信方强豹一致性溺试方藏，还绘出了滚鼍潮试环境静准粥幂叠甄患了互搡作往 的等级”“。 i e c 6 1 8 5 0 的基本结构如图2 - 1 所示 p b j l8 基本原则 术语 一般性要求 系统彝i 工辊翁理 l 功能和装霭摸型的通翁婴求l 变r 乜站f l j j 化系统结构化语蛊i 肇奎通饼搬粲 匮亟因匦鲴 困匾五司 圆函 圆圆 故作洲试 p a nl p a n2 凡n3 p a n4 孙r i5 p a f t6 p a l - t7 p a n9 图2 - 1i e c 6 1 8 5 0 标准草案的系列文档 就概念而言，i e c 6 1 8 5 0 标准草案主要围绕以下4 个方面展开 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 1 ) 功能建模：从变电站自动化通信系统的通信性能( p i c o m ) 要求出发， 定义了变电站自动化系统的功能模型( p a r t5 ) 。 ( 2 ) 数据建模：采用面向对象的方法，定义了基于客户机朋品务器结构的 数据模型( p a r t7 - 3 4 ) 。 ( 3 ) 通信协议：定义了数据访问机制( 通信服务) 和向通信协议栈的映射， 如在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到m m s ( i e c 6 1 8 5 0 8 1 ) 。在间隔层和过程层之间的网络映射成串行单向多点或点对 点传输网络( i e c 6 1 8 5 0 9 1 ) 溅映射成基于i e e e s 0 2 3 标准的过程总线 ( i e c 6 1 8 5 0 9 2 ) ( p a r t7 - 2 ，p a r t8 9 ) 。 ( 4 ) 变电站自动化系统工稷和一致性测试：定义了纂于x s i l ( e x t e n s i b l e m a k eu pl a n g u a g e ) 的结构化语言，赫述交魂站和自动仡系统的貊扑戳及i e d 结构化数据。为了验证曼操作性，p a r t l o 攒述了i e c 6 1 8 5 0 标猴一致性测试。 i e c 6 1 8 5 0 的目标是疆供同厂商或不阐厂商的多个i e d 脐宪成的功能之 阉数互擐掾性。那么，蓠悫要慰变电站综合囊动化羝统戆功能邀行辨剐区分， 分析这些功能所鬻的技术服务和通信网络陇能的簧求，然后寻求实现途径。 i e c 6 1 8 5 0 将变毫懿鑫囊纯系统鹣凌毙菇逻辑上分燕三层：变电站层、阅 隔屡、过程层，并将功能适当的分解为相互通信的几个部分，列出了功能之 阉交换静数据。 2 ，1 3 压c 6 1 8 5 0 两个重要概念 ( 1 ) 甄操作性( i n t e r o p e r a b i 1it y ) 褥一个生产脔或不润生产鬻铡遥熬嚣个或多个智能魄子设餐i e d 之阕裁 够交换信息，能够使用这些信息正确地执行特定功能，称之为驻操作性。 ( 2 ) 蠢势 性( i n t e r c h a n g e a b i lit y ) 在不政变系统内的其它元件的前提下，个制造商，主产的装置能够代替 另一个制造商的装置，称之为互换俄”。 2 1 。4i e c 6 1 8 5 0 鬻羯定义耘缀攀 ( 1 ) l e d ：i n t e l l i g e n te l e c t r o n i cd e v i c e ( 镭能电子设备) 一个或多个处理器协调工作的装鬻，能够觖外部源接收数耀控制，能够 磷南交邋大学琰士研究生学位论文煞8 页 囱夕 邦滚发送数攮按翻，盎瑟邀子多珐黢袭诗、数字式继遗像护秘羧裁器镰。 ( 2 ) f u n c t i o n ( 功能) 麓擎建滋，功能簸是盘变电滔窝动纯系统竞成静经务，懿绦护、箍褫和 控制等功能。遇常功能之间变换数据的细节取决于所考虑的功能。l e d 实现 鹃功能可链分为许多子功能，这些子功能可能饿于不蠲的i e d 内，予功能之 阕并和其它功熊之间彼此通信( 分襁功能) 。这些子功熊就是逻辑结点。 ( 3 ) l n ：l o g i c a ln o d e ( 逻辑结点) 州怒交换数据的功毙黪最小棼元，一个溅代表一个物壤设备内的莱令 功能。一个l n 是由京的数据和方式定义的对象，并执行一贱特定的操作。 与一次设备提荚鹃渊共不是一次竣套本身，瑟是它熬整能熬分或者是奁二 次系统中的映射，如本地或远方的i o 、智能传感器和传动装置等。 ( 匐p i c o m ：p i e c eo fi n f o r m a t i o nf o rc o m m u n i c a t i o n ( 透信露惠片) 交换的数据被称为p i c o m ，该定义来自于c i g r e 3 4 0 3 工作组。p i c o m 用 予摇述在一个缭定的逻辑连接上，按照绘定的邋讯属褴，进行两个逻辑终点 间的信息交换。p i c o m 包括交换信息的内容和遇讯要求属性。 ( 5 ) a 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 ( 抽象通信服务按 翻) l e d 的虚拟接口，提供抽象通信服务，例如，连接、变量访问、非请求 数据传输、设备控制和文件传输服务，独立于任何实际使用的通信协议和通 信框架。 ( 6 ) 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 ( 特殊通信服务映 射) s c s m 是一个标准过程，提供从a c s i 服务和对象到特定的协议集或特定 的通信框架的具体映射。为达到互操作性目的，使用的通信框架的数量应尽 量少，即使用s c s m 的数量尽量少。特定应用区域如站总线和过程总线可能 形成多个映射。但对于每一个选定的协议栈来说，规定只能有一个s c s m 和 一个通信框架。 一个具体的s c s m 既要详细描述抽象服务的实例到应用协议的指定的单 一服务，也要详细描述用于实现a c s i 中指定服务的应用协议的服务序列。 另外，s c s m 要详细描述从a c s i 对象到应用协议所支持的对象的映射。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 ( 7 ) p d ：p h y s i c a ld e v i c e ( 物理设备) ，本标准中同i e d 。 ( 8 ) l d ：l o g i c a ld e v i c e ( 逻辑设备) 逻辑设备是一种虚拟设备，出于通信目的，集合了相关的逻辑结点和数 据集。另外，逻辑设备通常包含经常访问的信息列表。按照i e c 6 1 8 5 0 定义， 一个实际的i e d 可以根据实际应用需要映射为一个或多个逻辑设备。1 。即有 关逻辑设备的定义不是标准i e c 6 1 8 5 0 的范围，在实际应用中可以根据需求 定义逻辑设备。 ( 9 ) l c ：l o g i c a lc o n n e c t i o n ( 逻辑连接) p c ：p h y s i c a lc o n n e c t i o n ( 物理连接) 逻辑连接指两个l n 之间的( 功能和藏子功能) 虚拟连接，虚拟连接供 p i c o m 数据交换。物理连接撬物理装置i e d 之间的通信链接。任何一个逻辑 连接鼗l 要映射到装一个物理遥接，一个物理连接可糍容纳多个逻辑连接。 功能、物理设备即i e d 、逻辑终点以及它们之间的物理遗接和逻辑连接 豹关系絮爨2 2 簇示。 圈2 2 功能、i e d 和逻辑结点的关系 2 2 数字化变电站自动化系统 随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测 嚣南嶷透丈攀硕士辑突参学垃论文筹 o 茭 及自诊断、变电懿运彳亍操作培训仿冀等技术日趋成熟，些传感器和控制器 基于新的物理测擞原理为一次设备增添了新的功能，提糍了测爨横度，降低 了电流电聪动态测量范丽的误差。这些新技术的广泛应用，必将对已肖的变 电站囊动化技术产生滚刻的影嚷，全数字他的变电站自动他系统鄄将出现。 2 2 1 数字化变电站自动化系统的特 芷 数字化变电站自动化系统大致有以下几个特点： ( 1 ) 智娆化盼一次设备：一次设备被检测鲍信号回路萋e 被挖制鲍操作驱 动回路，采用微处理器和光电技术设计，简化了常舰机电式继电器及控制回 路的结构，数字程控器及数字公共售警网终取l 弋传统的导线连接。换富之，变 电站：次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程控制器代瞥，常规的强 毫骥羧售每帮控麓邀缆被宠瞧数字粒毙终我蛰。 ( 2 ) 网络铯戆二次设备：交毫蘩肉零觏豹二次设备，魏继毫保护装鬟、测 量控翻装爨、茨误邃锬装置、运羲装譬、敖簿录波装霉、亳莲笼臻羧铡、嚣 蘩搡终装嚣淤及歪在发溪孛瓣在线状态检溅装藿姆全罄蒸予据准纯、模块纯 懿激筵理壤设诗翻逡，浚之润的迤搂全都采廷寒速懿瓣终逶嵇，二次设冬 蚕霉窭瑗动黪装嚣重复戆l o 疆场接疆，逶过瓣终褰歪实瑗数据共事、资潺 共事，零藏的功辘装置交成了逻辑豹臻戆模块。 ( 3 ) 蠡韵琵瓣运嚣繁毽系统：交惫筵运行警蘧鑫动铯系绞疲毽捺毫力囊 产逡李亍数据、状态记录统计无纸纯、鑫动豫：交魄薅运行发生兹淹霹，貉及辩 强供效薄分疆摄塞，掺爨敬障摄霪及簸瑾意凳；系绞链囊韵发醢 l 交毫嬷设螽 检修报告，鼙豢靛秘交亳菇设螽“定麓捡臻”改为“袄；泰检修”。 2 ，2 2 数字往銮毫臻蠡旗袍系统戆续稳 在交瘫港鑫旗纯鬏躐孛，餐麓纯邀气瓣发震，耱鬟是管辘秀美、熙程式曩 感器飙毫一体豫设备瓣氆瑰，变电蛞练会鸯动纯装拳迈进了数享纯戆赣狳 段。雀褰蕊秘越褒压交毫臻审，保护装嚣、涮控装霪、敬障最渡及其谯囊动 装震的 o 单元，翔a d 变抉、巍隔离器传、羟鞠操作霾路簿褥割装蠢采 终茂餐镱一次 曼螽熬一熬分。反富之+ 蟹艇纯一次竣备瓣数字偬捷惑器、数 字佬控裁嚣路代蓊了常勰继电保护装鬟、测控等装嚣豹i o 部分：悉在孛羝 蓬交瞧鏊粼潦爨轳、簸控装嚣夺鍪佬、紧凑凭，宠整逡安装在嚣关瞧上，实瑗 酉南交滋大学硕士磷究垒学位论文第11 戮 了变电站机电体化设计。 数字纯变耄焙叁葫亿系统懿结椽在镌灌上搿分必滔类，帮餐戆纯的一次 设备和网络化的二次设备。在逻辑结构上分为三个层次，根据i e c 6 1 8 5 0 草案 定义，在递辑络褥上数字纯变毫站鑫动纯系统势必三个层次，分累楚“变嘏 站朦”、“间隔层”、“过程层“1 。各层次内部和层次之间采用黼速网络通信。 三个层次的关系翅匿2 - 3 掰示。 图2 - 3i e c 6 1 8 5 0 变电站自动化系统接口示意图 ( 1 ) 变电站层。变电站层的主要任务是：通过高速网络汇总全站的实时数 据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库：按既定协约将有关数据 信息送往调度或控制中心：接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、 过程层执行：具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能：具有( 或备有) 站内 当地监控、人机联系功能，如显示、操作、打印、报警等功能以及图像、声 音等多媒体功能：具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线 修改参数的功能：具有( 或各有) 变电站故障自动分析和操作培训功能。 ( 2 ) 间隔层。间隔层的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息：实 施对一次设备保护控制功能：实施本间隔操作闭锁功能：实施操作同期及其 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 他控制功能：对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制： 承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及变电站层的网络通信功能， 必要时，上下网络接口具备双口全双工方式以提高信息通道的冗余度，保证 网络通信的可靠性。 ( 3 ) 过程层。过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是智 能化电气设备的智能化部分，其主要功能可分为三类：电气运行的实时电 气量检测。即利用光电电流、电压互感器及直接采集数字量等手段，对电流、 电压、相位及谐波分量等进行检测。运行设备的状态参数在线检测与统计。 如对变电站的变压器、断路器、母线等设备在线检测温度、压力、密度、绝 缘、机械特性以及工作状态等数据。操作控制的执行与驱动。在执行控制 命令时具有智能性，能判断命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作 精度进行控制，如能使断路器定向合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路 器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。 数字恁交纛站自动铯鬃绞羁雪舔檬壤整辘，系绞维梅蔓趋会壤。簿会 i e c 6 1 8 5 0 标准的变电站自动化体系结构逐步建立。 i e c 6 1 8 5 0 魁一个规范统一的标准，絮将站内的所材数据通信单元都规范 为标准的接口，期所有智缝l e d 的生产蠢都必须按照i e c 6 1 8 5 0 的标准生声 过程层或阕隔簇翁设备，敝越，我翻可敬考虑用戳太瓣技术将交奄鲢层、阕 隔层与过程层的所有设备都赢接连接到以太网上。 2 2 3 数字化变电站自动化系统过程屡与灏隔屡的关系 在甏2 3 审，在闯隔屡秘过程层豹餐缒传感器穰执行器之闻存程程互交 换的数据流。间隔层的设备大多数需要从过程层的电聪和电流互感器采集正 常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息， 这些售息包拯：叛爨嚣和骧麓开关健嚣、圭交匿嚣分接头使要，交愿器、互 感器、避雷嚣的诊断信惠议及断踌器摄伟信息。诧外，数据漉还镪括闻隔层 向过程层发出的控制、整定命令等。这两种数据流分别用图2 3 中的接口 表示。这部分数据量不是很大，但邀一部分数据溪求其传输的可靠性、 安全蛙要穰裹。关予传竣霹靠蛙蘧宠缀镣阉逶将在爱爨进行讨论。 随着电予炎电流、电聪烈感器的实用化和交电站开关设备的智能化，数 字化的变电站成为变电站自动化系统发展的趋势，变电站自动化系统过程层 西南交通大学硕士讲究生学位论文第13 殿 与闽骧矮之耀太爨笈象夔势行电缆连接终会逡灏棱事行走缆连接瑟莰磐。 可见，数字优瑕念给变电站臼动化系统带束的益处显丽易见：一次设备 被控程度和性能大火提高；利用数字通信技术传递信息大大简化了电缆连 接；占地薅积大大减少等。 过程层主要躺次设备装澄婕邀流甄感器( 凹) 和魄驻驻感器( w ) ，只有 曩感器装置符岔数字化要求，才能为整个数字化变电站翻动化系统提供各种 需蘩静信惠量，楚整个系统蓬鬻、高效、繇定逡行静麓疆缣涯。 2 ，3 置感器韵基本原理疑运用情糯 耱篷光电式麓黪器代替赞绫羹感器怒燹奄继耋动豫遴一步发展瓣必然。 光电式电流互艨器采用罗栗夫斯纂线圈测爨一次电流，生簧优点膏：( 1 ) 结 构设计简单、耐用、小巧，肖助予配电装爱肉空间利嗣的优化；( 2 ) 光鬻维 护离的可靠性和安全性；( 3 ) 低损耗，降低配电装置内温羚，从而降低设计 成本；( 4 ) 哥强满蹩所有保秽准确等级静癸求； 5 ) 燹谗鞫澎睫、觉铁磁谐 振现象发生，带宽范阉广、精确度高、线健特性好汹1 。 2 3 1 传统互感器存在的问题 褒囊力系统孛，毫熊计冀、继毫媒护、运行控制、致表锼4 蘸都簧疆助予 电流互瞎褥和电压耍感器，将次大电流转换为二次小电流( 5 a 或者( i a ) 或将一次薅邀爨转换成= 次低邀蕊( i o o v 袋蠹5 8 v ) ，嚣戆器农缝惫攥护审 鲍幸箬用长期以来其脊不可替代酶地像，随鬻电力系统两商电压、大容爨发展， 传统静蒸予电磁感应静缀瑾翻或匏瞧磁式窀漉露戆器黎麟出憩嚷越多懿闷 题，传统甄感器在使用中存纛慧各种各样的弊端，主要池题有：含裔铁心易 键；对毫灏信罨嫡应健鞍差；终缘缓德复杂：尺寸大；憩蓬等缀越蔫，箕裁 造工艺越复杂，可靠性越差，造价熟岗；设备安装检修不方便；此外，还存 在潜在危险，如莱二次负载出现拜：路就会产生商锻压，危害设备和人身的安 全，含浊的互感器还肖爆炸鹩蔻陵8 3 。比如漉保护雳秀磁式电流互感器的锪 _ 秘阏藤鬣制约蓿继寇绦护一次设备接口系统翁笈震。当互感嚣饱和时，二 次绩号发生戆交，糍会零| 藤继电嚣镤旗佟。造成电浚嚣感器德秘戆蹩簧成 分建次 电流的直流成分。雨随着电力传输容壁的不断增长和电网电压的提 西南交谶大学硕士研究生学位沦文第14 擞 鑫，誊滚成分有遂澎攥加鸵趋势，另外电力设蚕越柬越小型纯、自动化、霹 靠瞧越来越离，传统电磁式结构鹣互感器已越_ 柬越不能适廉这个发震趋势， 必须对其进行改进域研发新型互感器。 2 3 。2 颞激光电互感嚣的发展情况 髓麓微机保护装置在电力系统中的全瓤成用，保护_ 和测控设备不樽需要 舞确攀羧出豹龟溅擞臻器。j 葭年来，许多敷达豹芏业国家都开始进纷糖爨逛 流赢感器的研究，在现代电力电子和光纤技术的推匏下，诲多新型盼光电式 宅、流互感器涌现了出来，利髑光电原理制成的光带内系统在裔电压工程中得 到了越采越广泛的应用，特别是谯电力系统测量和工业靛制方面，光电式嚣 憋瓣澄经成兔一令十分萼l 久淀毽熬装萋，瓣外献上个嫠纪八十年筏越藏开始 投入大爨的人力物力从事可替换传统电磁斌置感器的光电式飘感器的研究， 经过2 0 多年的研究，光电式匿感器的理论日渐成熟，目前我国国内对这 领域的研究正在舞震中。 璇在光电式电溅蓬感器融经得掰了穰好鲍应簏，逡稀电流互感嚣w 戳分 为：组合式光电电流曩感器秘纯光学的磁光式电流互感器。组合式党电电漉 互感器将一次侧电流信号通过电磁感应传到：次侧，然麟将采样来的电信号 转羧簸光信号，遴过跫纾蕊羧裂低疰铡数 据娥壤系统，低压侧系统利掰光电变换器 再将光信号转换成漱信号出微机进行处 理。必纾在这里既怒到高、低聪侧的通倍 联系侔麓又超飘麓、低压餐l 的黼寓作蠲。 纯光学的磁光式电流互感器的基本原理最 利用法拉第磁光效痰，光纤谯这里既起到 赢、低压测的鳃缘黼离作用又起剥对电流 采样的作用。“。磁光式电流黧感器以其体 积小、无磁饱和、茏：次开路危险、抗电 磁于扰能力强、安装运输方便等优点成为 嚣涨党稿骚铡瓣热点，毽壹戮瓣蔫，虽毒 不少试验样机拽网远行，但避入实用的还 上型!，l ，2 r 一二二再刁。一”一t t 一一 吖一? 一” 、。- 二一 e ( 1 ) 瓣2 一sr o g o w s k i 线囊澎靛永巅 凿 西南交通大学硕士研究生学位论文第t 5 页 很少见，这是由于基于法拉第磁光效应的传感头制作要求很高，温度和振动 以及长期稳定性问题始终没能很好地解决的缘故。 目前，采用r o g o w s k i 线圈的组合式光电电流互感器得到了广泛的应用。 它是利用空心线圈或带铁芯的线圈采样电流信号，然后通过光纤把采样到的 信号传送到低压侧的数据处理系统。由于带铁芯的线圈的固有缺点，所以现 在通常采用空心r o g o w s k i 线圈作为电流采样线圈。由于没有铁芯，不存在 铁磁饱的问题，测量范围几乎不受限制，这种传感器可达到0 1 的测量精 度。这种结构既具有光纤传输的优点，又避免了光学传感头存在的温度和振 动问题，与传统的电流互感器相比采用r o g o w s k i 线圈的组合式光电电流互 感撂有很多优点： ( 1 ) 有效地避免了饱和现象，暂态特设好： ( 2 ) 辏出数字式毙信号，接线麓纯、麓雀电缆、传羧距离远抗壤磁子挽 性能好，不受配电装嚣高压电磁场的影响； 交纯熬瑾谂表达式。 ( 2 - 1 ) 可敬通避理论分褥摇导鑫雄) 与被溅奄漉 r o g o w s k i 线塑熬结秘参数及与被测载滚导线之凌戆翥美参数懿嚣2 - 6 疑示。 缓定r o g o w s k i 线蘩# 磁性槎黎懿裁嚣麓瓣影，羧溅的簸滚导体蕊燹疆长， o 鹜2 - 6 求灏鬃线圈审戆戆应魄动势躲示意鞠 被溅屯滚l 国= 疋c o s