变配电自动化作业

BasedontheIEC61850standardsofrailwaytractionpowerfeederprotectiondeviceof275kVmodelWuXun(ECJTUniversityElectrical&ElectronicsEngineering，NanChang30013，JiangXiProvince，China)Abstract:IEC61850standardisthebasisofdigitalsubstationautomationsystem,isthelatestinternationalsubstationautomationfield,thispaperIEC61850standardstandardfeederprotectiondeviceapplicationareanalyzedandstudied,themainworkincludes:constructingthetractionsubstationautomationIEC61850basedonthecommunicationmodel(suchas:logicnodemodel,logicalinterfacemodelbasedonthecomputer,etc.),designoffeederprotectiondeviceinstanceofthemodelIEC61850protectionalgorithm,establishthefeederprotectiondeviceIEC61850modelresearchIEC61850feederprotectiondeviceinterfacemodel.Keywords:IEC61850,Feederprotectiondevice,Logicaldevice基于IEC61850标准的铁路牵引供电27.5kV馈线保护装置的模型吴迅(华东交通大学电气与电子工程学院，江西省南昌市330013)摘要:IEC61850标准是实现数字式变电站自动化系统的基础，是变电站自动化领域的最新国际标准,本文对IEC61850标准馈线保护装置中的应用进行了分析与研究，主要工作包括：构建基于IEC61850的牵引变电站自动化系统的通信模型（如：逻辑节点模型，逻辑接口模型等等），设计基于微机馈线保护装置实例的保护算法的IEC61850的模型，建立馈线保护装置IEC61850模型研究IEC61850馈线保护装置接口模型。关键词:IEC61850;馈线保护装置；逻辑设备1IEC61850协议标准内容概述IEC61850是国际电工委员会第57技术委员会第10、11、12工作组制定的关于变自动化系统通信网络和系统的标准。制定IEC61850的目的是想实现不同厂商产间的互操作性。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、功能定义和对象建模，并对一致性检测作了详细的定义。IEC61850包括面向的标准、通信网络性能要求、接口和映射、系统和项目管理、一致性测试等多方细内容。具体内容如下：61850-1：基本原则。即IEC61850标准概述，包括适用范围和目的，定义了变电IED之间的通信和相关系统要求，并论述了制定一个适用标准的途径和如何对待通信技术革新等问题。61850-2：术语。给出了IEC61850标准中涉及的关于变电站综合自动化系统特定术语及其定义。61850-3：基本要求。详细说明系统通信网络的总体要求，重点是质量要求(可靠可用性、可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性以及总的网络要求)，还涉及了环境条件度、温度、大气压力、机械震动、电磁干扰等)和供电要求的指导方针，并根据其准和规范对相关的特定要求提出了建议。61850-4：系统和项目管理。描述了对系统和项目管理过程的要求以及对工程和试用的专用支持工具的要求。主要包括：工程过程以及支持工具、整个系统以及IED命周期、系统生命期内的质量保证共三个方面。61850-5：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和装置模型。为了区分技术服务和变电站之间以及变电站内IED之间的通信要求功能进行描述；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给出其交换数据和性能要求：对典型变电站配置，上述规定可以通过数据流的安以补充。61850-6：变电站IED的结构语言。规定了描述通信有关的IED配置和参数、通信系置、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IED管理工系统管理工具间，以某种兼容的方式交换IED性能描述和变电站自动化系统描述。61850-7：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概述。共分为四个部分：61850-7-1：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61850-7-4、IEC61850-7-3、IEC61850-7-2和IEC61850-5之间的详细要求，以及61850-7-X的抽象服务和模型如何映射到IEC61850-8-X和IEC61850-9-X中具体的协议。61850-7-2：抽象通信服务接口(ACSI)。主要是从三方面进行描述：可以通过通信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。61850-7-3：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据类，这些公共数据类用于本系列标准的61850-7-4部分。61850-7-4：相容逻辑结点和数据目录寻址。规定了IED之间通信用的兼容逻辑结和数据名，这是61850-7-2中介绍的类模型的一部分，所定义的名称用于建立分象引用，供IED之间通信用。61850-8：特殊的通信服务映射(SCSM)。映射到制造报文规范(MMS，ManufacturingMessageServices)，说明了在局域网交换实时数据的方法，将ACSI映射MMS的服务议，主要是用于变电站层到间隔层间的映射。61850-9：特殊的通信系统映射。规定了间隔层和过程层之间的映射。61850-10：功能测试、一致性测试。规定了变电站自动化系统和设备通信方面的性测试方法，还给出了设置测试环境的准则和规定了互操作性的等级[1]。IEC61850的基本结构如图2-1所示：图3变电站的系统逻辑模型IEC6l850将逻辑节点划分为保护、监视控制、物理装置、系统和装置安全、一次设备相关节点、有关系统服务节点等六大类，约80种，涵盖了变电站的所有功能。定义了抽象通信服务接口(ACSI),描述了服务器和客户端的通信,描述了服务器和客户端间的通信,包括实时数据交换、设备的自我描述、文件传输等[4]。定义了特定通信服务映射(SCSM),将ACSI映射到特定的网络通信协议(TCP/IP、MMS、各种现场总线、串行线等),其关系如图4所示(图示为配置文件)。图4IEC61850的分层通信体系通过对IED设备的功能分析,可以得到与IEC61850相对应的LN,实现对配电线路保护IED的系统建模和信息建模,通过实例ACSI服务类,并将其通过SCSM映射到具体通信网络中(如MMS、TCP/IP等),从而实现客户端与服务端的数据交换。IEC61850的核心在于互操作[5],不管系统中的IED设备采用何种通信网络介质,只要将信息建模、抽象服务和具体映射三者有机结合,就可以解决数据对象的自我描述问题,简化数据维护,实现IED的互操作功能。4基于微机馈线保护装置实例的保护算法的IEC61850的模型4.1保护装置具备的功能及其功能分解应用IEC61850的关键是依据标准所提供的模型对实际的智能电子设备(IntelligentElectronicDevice,IED)建立标准化,统一化的模型，并将这些模型在变电站层的计算机上、间隔层的IED上以及过程层的电子式电流互感器(ElectronicCurrentTransformer,ECT),电子式电压互感器(ElectronicVoltageTransformer,EVT)和智能执行单元上使用软件实现，只有这样才能完成过程层、间隔层IED之间以及IED与变电站层计算机之间的通信。因此如何建立模型以及如何用软件实现这些模型是基于IEC61850标准的变电站综合自动化系统设计的难点和重点。本论文中通过应用IEC61850标准,设计的保护装置IED拥有的保护功能是过流三段,重合闸,低频减载等.通过应用IEC61850标准建立的保护模型的逻辑节点如下：属于过程层的逻辑节点有：TVTR（电压互感器）、TCTR（电流互感器）、XCBR（断路器）。属于间隔层的逻辑节点有：PIOC（瞬时过电流保护）、PTOC（C）、RREC（自动重合闸）、PDIS（距离保护）、CSWI（断路器控制功能）、PHBC（谐波闭锁的过电流）、MMXU（测量单元）。属于变电站层的逻辑节点有：IHMI（人机接口）。将这些逻辑节点分配到不同的逻辑设备中，这些逻辑设备又包含在一个IED中，如图5所示：图5IED包含的逻辑设备和逻辑节点4.2对保护装置分解的功能进行建模4.2.1逻辑节点和数据对象模型的建立IEC61850标准用逻辑节点描述设备的功能，实际设备的每个功能都定义为相应逻辑节点类的一个实例。对上面分解的馈线保护装置功能可由IEC61850-7-4中对应的逻辑节点描述，并按功能分配在不同层，如图6所示。图中：逻辑节点PTOC表示定时过电流保护、PIOC表示瞬时过电流保护、RREC表示自动重合闸、PHBC表示谐波闭锁的过电流、PDIS表示距离保护；MMXU表示测量功能；CSWI表示断路器控制功能，IHMI表示人机接口；TCTR、TVTR分别表示电流互感器、电压互感器；XCBR表示断路器。图6微机馈线保护功能的分解与分配微机馈线保护模型如图7所示，PTRC是保护跳闸处理逻辑节点，该逻辑节点把一个或多个保护功能发出的动作命令联系到一个公共的跳闸命令，传给断路器XCBR逻辑节点。对于每一个XCBR逻辑节点来说，必须有一个PTRC逻辑节点配合。图7微机馈线保护模型本文设计的微机馈线保护主要功能逻辑节点列表如表1所示：表1微机馈线保护逻辑节点列表逻辑节点实例名名称注释和说明PTOC定时过电流保护交流定时过电流继电器是作用于交流输入超出预定值，且在其性能范围主要部份。输入电流与动作时间呈逆相关的继电器PIOC瞬时过电流保护瞬时过流或增量继电器是一种瞬时作用于电流过大或电流增量过大的继电器PDIS距离保护距离继电器是一种当电路导纳、阻抗或电抗变化增加或减少超出预定值时动作的继电器RREC自动重合闸自动重合闸继电器是一种自动合闸并闭锁交流电路断流器的继电器（IEEE）。假定发生瞬时故障，保护成功跳闸后，自动重合闸尝试以不同延时，重合已跳开的断路器1～３次。4.2.2逻辑设备模型的建立标准中没有规范逻辑设备的模型，因此在具体逻辑设备建模的时候有较大的灵活性。逻辑设备主要由逻辑节点和附加的服务组成。逻辑设备中，逻辑节点的分组以这些逻辑节点的公共特性为基础。按照IEC61850标准，一个IED内部包含一个或多个服务器，即Server，服务器为物理设备中的一个通信实体，是物理设备的外部通信接口通过连接点来与外部进行通信和数据交换，一个服务器可包含多个逻辑设备，LD包含在IED的服务器中，由逻辑节点和附属的服务组成。下图8采用数据对象的嵌套结构给出了一种馈线保护装置的对象模型。图中将微机馈线保护IED分解为了3个逻辑设备，即LD1、LD2、LD3。LD1定义为保护功能，LD2对应测量功能；LD3对应人机接口功能、描述断路器控制和断路器功能。所有逻辑设备均定义了逻辑节点LLN0和LPHD。逻辑节点LLN0代表逻辑设备的公共数据，如铭牌、设备运行状态信息；LPHD代表拥有逻辑节点的物理设备的公共数据，如物理设备的铭牌、运行状况信息。各个逻辑设备模块之间的信息交换通过驻留在模块中的LN提供的抽象通信服务实现，并使用这些信息进行协同操作，完成各种测量、保护、控制和人机接口功能。图4-3馈线保护装置的对象模型5结语IEC61850对变电站综合自动化的发展具有深远的意义，对其应用价值的认识在国内已经取得了一定的共识，采用该标准系列将大大提高变电站综合自动化系统技术水平，提高变电站自动化系统安全稳定运行水平。IEC61850标准协议体系涉及到多种新技术和学科，是个庞大、复杂的体系，它围绕设备和系统间的通信定义了大量的对象和服务模型，围绕通信性能定义了网络管理、报文和时间要求，围绕系统工程的顺利可靠实施和运作规范了系统的管理和测试过程。己有的这些特点使得IEC61850标准与以往的电力系统协议相比有着特有的优越性。作为一个刚刚颁布的国际标准，IEC61850能够与其它新技术的发展方向保持一致，具有很大的发展前景。6参考文献[1]黄益庄.变电站综合自动化技术.北京:中国电力出版社，2001[2]茹锋，夏成军，许扬.IEC61850标准在变电站自动化系统中的应用探讨.江苏电机工程，2004,23(3):8～11[3]Communicationnetworksandsystemsinsubstations-Partl:Introductionandoverview,2002[4]杜宇.IEC61850变电站通信网络与系统实现的研究[硕士学位论文].保定:华北电力大学图书馆，2003[5]BrunnerC,SchimmelG,SchubertH.StandardizationofSerialLinksReplacingParallelWiringtoTransferProcessDataInProceedingsofCIGRE.Paris:2002，2:34~209[6]谢希仁.计算机网络.(第四版).北京:电子工业出版社，2003[7]张奇智，尹汝波.交换式工业以太网的现状和研究.传感器世界，2005,2:34~39[8]SkeieT，JohannessenS,BrunnerC．Ethernetinsubstationautomation.ControlSystemsMagazine,IEEE,2002,22(3):43~51[9]曾庆禹.电力系统数字光电量测系统的原理及技术.电网技术，2001,25(4):1~5[10]曾庆禹.电力系统数字光电量测系统的应用及效益分析.电网技术，2001,25(5):6~9[11]操丰梅，任雁铭，王照等.变电站自动化系统互操作实验建议.电力系统动化化,200529(3):86~89[12]谭文恕.变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍.电网技术，2001,25(9):8~12[13]谭文恕.远动的无缝通信体系结构.电网技术，2001,25(8):7~10[14]殷志良，刘万顺，杨奇逊等.基于IEC61850标准的过程总线通信研究与实现.中国电机程学报，2005,25(8):84~89[15]殷志良，刘万顺，杨奇逊等.基于IEC61850的通用变电站事件模型.电力系统自动化，2005,29(19):45~50[16]吴在军，胡敏强等.基于IEC61850标准的变电站自动化系统研究.电网技术，2003,27(10):61~65[17]吴在军，胡敏强.变电站通信网络和系统协议IEC61850标准分析.电力自动化设备，2002,22(11):70~72[18]万博.基于IEC61850的变电站自动化系统体系结构的研究[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工程大学图书馆，2003[19]王照,任雁铭.IEC61850数据集模型的应用.电力系统自动化，2005,29(2):29~31[20]王辉,樊新军.变电厂计算机监控系统可靠运行探究.云南变力发电，2005,21(6):81~82[21]ApostolovA,MuschlitzB.ObjectmodelingofmeasuringfunctionsinIEC61850basedIEDs.TransmissionandDistributionConferenceandExposition,IEEE20032(2):47