基于iec61850的电子式电流电压互感器与变电站间的信息模型

基于iec61850的电子式电流电压互感器与变电站间的信息模型

随着电子表格器的逐步应用，二次能源供电的概念发生了重大变化。在交换器的传输通信网络中，进程层和间隔层之间的并行电缆连接被取代。传统的模拟信号传输是从网络上编码的数字信号传输。为了适应这种数字化和集成化要求,必须将间隔层的一些功能下放到过程层中去完成,国际电工委员会为此在过程层中定义了一个全新的物理单元———合并单元。在IEC60044-7/8中首次给出了合并单元的定义,其主要功能是同步采集多路(最多12路)电子式互感器输出的数字信号,并按照标准规定的格式发送给保护、测控设备。其后,IEC61850-9-1/2对合并单元的功能和定义进行了完善和补充。IEC61850是变电站自动化系统通信体系结构的一个国际标准,能够大幅度改善变电站自动化系统智能电子设备(IED)的数据集成,其目标是最大限度地应用现有的标准和被广泛接受的通信原理,在不同制造商的IED之间实现良好的互操作性,并且能适应通信及应用技术的快速发展。文中遵循IEC61850定义的面向对象的统一建模技术和独立于具体网络结构和通信协议的抽象通信服务接口构建了合并单元的通信模型。1erper和应用IEC61850建立了完整的分层数据对象信息模型(见图1),每个物理装置由服务器(server)和应用(application)组成。信息模型采用结构化的描述方法将服务器分为逻辑设备LD(LogicalDevice)、逻辑节点LN(LogicalNode)、数据(Data)、数据属性DA(DataAttributes)4个层次。1.1特定应用逻辑节点个数逻辑设备至少包含1个物理设备逻辑节点LPHD(LogicalNodePhysicalDevice)、1个逻辑节点0LLN0(LogicalNodeZero)和1个或多个特定应用逻辑节点。合并单元的特定应用逻辑节点个数可根据实际情况选取。IEC60044-7/8规定合并单元的输入通道为12路(7路电流量和5路电压量),参照此项规定设定合并单元的特定应用逻辑节点数为12个,对应12路电流、电压量,如表1所示。逻辑节点TCTR代表电流互感器,后缀1表示测量用;TVTR代表电压互感器,逻辑节点的命名遵循IEC61850-7-4标准。1.2数据集与可选控制模块逻辑节点实现了对装置功能的定义和划分,构建了信息模型的框架,为实现对信息模型的访问和操作,还需通过数据对逻辑节点进行标准化描述。IEC61850-7-3/4提供了355种数据类、23种公用数据类CDC(CommonDataClass),涵盖了变电站所有功能和数据。表2中LPHD代表所在物理设备的公共信息,如设备健康状况(PhyHealth)、铭牌信息(PhyName)等。数据后面的括号里是其对应的公用数据类,如DPL为物理设备铭牌,ISI为整数状态,INC为可控整数状态,SAV为采样值,ASG为模拟定值等。LLN0代表逻辑设备的公共数据,包括逻辑设备运行模式(Mod)、合并单元的采样值同步方法(SynchMeth)、数据集(DataSet),还包括6个可选控制模块,如单路采样值控制模块(USVCB)、多路广播采样值控制块(MSVCB)等(见表3)。根据采样值传输模型的需要,此处选择多路广播采样值控制块,在后文中将有相应的说明。数据集DS1通过功能约束数据(FCD)和功能约束数据属性(FCDA)对PhsaTCTR和PhsaTVTR的数据及其属性进行有序的集聚。电流/电压互感器逻辑节点的数据以采样值信息和额定相电流/电压信息为主。以A相保护电流逻辑节点PhsaTCTR(见表4)为例,Amp表示采样值电流信息,是此逻辑节点的强制数据,ARtg表示额定相电流信息,属于可选数据。数据属性是数据的内涵,对信息模型的一切操作都归结到对数据属性的读写上。根据不同的用途,对数据属性的操作有不同的功能约束FC(FunctionalConstraint),如测量值功能约束(MX),表示数据属性的值可读但不可写;配置信息功能约束(CF),表示数据属性的值可写、可读并且写入后立即生效。采样值电流信息(Amp)的数据属性及其对应的功能约束如表5所示。2抽象通信服务接口IEC61850总结了电力系统生产过程的特点,制定了满足实时信息和其他信息传输要求的信息交换服务,它和信息模型一起同属于抽象通信服务接口ACSI(AbstractCommunicationServiceInterface)(见图1)。为了描述方便,将信息模型对应的信息交换服务称之为传输模型。ACSI共有14类传输模型,每类传输模型又由若干个抽象服务组成。2.1多路广播采样值传输发布/订户(publisher/subscriber)通信机制允许从一个发布方向多个订户发布同样的信息,而且订阅同一主题的订户可以接收多个发布方的信息。相对于对等和客户/服务器C/S(Client/Server)通信机制,发布/订户通信机制更灵活,易于实现复杂的多点对多点分布式通信,满足变电站自动化系统过程层与间隔层之间过程总线通信的需要。对于传输流量大且实时性要求高的采样值传输通信而言,采用发布/订户通信机制是最佳选择。传输过程由发布方的采样值控制SVC(SampledValueControl)决定,可选用单路传播采样值控制模块(USVCB)和多路广播采样值控制模块(MSVCB),分别对应单播传输方式和多路广播传输方式。采用MSVCB方式,以多路广播采样值MSV(MulticastSampledValue)报文的格式单方向发送采样值,无需确认回复,有效利用了信道带宽,发布方和订户可以动态接入或退出,具有良好的实时性。采样值传输过程由3个抽象服务完成(见图2)。作为发布方,合并单元通过报文传输服务(SendMS-VMessage)发送MSV报文;订户通过控制模块获取服务(GetMSVCBValue)检索MSVCB的属性,如采样值使能(svena)、采样频率(smprate)等。订户向发布方发出请求,并附上欲检索的MSVCB路径名(MsvCBReference)和功能约束,发布方将响应所需信息参数,Response+表示服务请求成功,而Response-表示服务请求失败(见表6)。通过控制模块设置服务(SetMSVCBValue)实现对控制模块的属性进行设置,但在设置之前需保证MSVCB的属性SvEna为False,否则服务请求将会失败。传输模型采用有组织的和时间受控制的方式发送采样值。合并单元按照特定映射的采样频率检索数据集的数据属性,并向缓存区写入新的采样值,向过程总线广播发送MSV报文。在接收侧,订户按照和发布方一样的频率向接收缓存区查询是否有订阅信息,若有则响应,且指示订户接收新的采样值。订户通过读取MSV报文中的刷新时间(RefrTm)校核采样值的有效性。RefrTm为世界协调时间UTC(UniversalTimeCoordinated)时标,记录了发布缓存区发送数据的时间。订户将本次采样值的RefrTm和上次的进行比较,可以校验采样值是否得到及时刷新。这个规定对于从多个电子互感器取得保护电流值计算差动电流特别有意义,不过同时也加重了通信的负担,所以RefrTm是可选项,是否使用可在MSVCB中对其进行参数设置。传输模型还提供一种订户能够检出采样丢失的机制。通过MSV报文中的采样计数器(SmpCnt)对采样次数给以记录,订户将SmpCnt的值和接收到的数据个数进行比较,可以检出丢失的报文。考虑到采样值传输的实时性,对于通信网络问题不能传输的采样值,发布方并不重发,而是将其删除。2.2目录和数据定义服务发布/订户通信机制是一个或多个数据源(即发布方)向多个接收者(即订户)发送数据的最佳选择,但是并没有提供一种服务能够让客户端在初始化时获取服务器目录和数据属性信息,特别是MSV报文中数据集的内容和元素排列顺序,这些信息为传输模型在运行期间的互操作提供基础性的支持。因此,需要采用客户/服务器通信机制作的目录和数据定义服务为采样值传输模型的完善和有力的补充。IEC61850-7-2描述了目录和数据定义服务的逻辑关系(见表7)。GetServerDirectory服务表示获取服务器目录,输入参数表示将要获取的是逻辑设备名还是文件名;GetLDDirectory服务表示获取逻辑设备目录,逻辑设备名作为输入,逻辑节点名作为输出;GetLNDirectory服务表示获取逻辑节点目录,逻辑节点名作为输入,数据名作为输出;GetDataDirectory服务表示获取数据目录,数据名作为输入,数据属性名作为输出;GetDataDefinition服务表示获取数据定义,数据名或数据属性名作为输入,相应的数据定义作为输出。此外还有GetDataSetDirectory服务表示获取数据集目录,数据集名作为输入,数据集包含的数据名和数据属性名作为输出。3合并单元信息模型的构建a.信息模型的作用是将自动化装置的实际功能描述成抽象的功能通信服务,是一个对象信息化的过程,是IEC61850的核心。在挖掘IEC61850中面向对象建模的内涵后,构建了合并单元信息