5数字化变电站的IEC61850建模

数字化变电站IEC61850建模深圳市国电南思系统控制有限公司张结IEC61850模型不仅是数字化变电站装置信息的形式化表达，也是体现数字化变电站设计结果的主要内容，同时也是数字化变电站调试过程、甚至运行中的主要依据和载体。引言研究IEC61850建模的本质、形式、内容、方法是本研究的基本目的。使所建立的模型满足目前数字化变电站设计、调试、运行的需要，是本研究的现实目的。IEC61850建模的实质模型在数字化变电站的使用IEC61850模型的形态ICD建模数字化变电站建模SCD建模一致性要求（另述）目录利用IEC61850的“解偶”特征语义互操作性通信互操作性通信服务通信协议作用使通信承载的信息可描述——通信角度使信息表达方式具有一致性——信息应用结果成为互操作性实现的关键——超出IEC61850范围IEC61850建模的实质IED配置IED数据库当地文件传输远程文件传输IED能力描述(LN,DO,等)采用IEC61850服务进行文件传输和参数初始化工程配置变电站自动化系统IEDIEDIEDIED变电站网关单线图，预制报表等的关联工程工作站系统配置IEC61850模型在数字化变电站的使用变电站配置描述语言SubstationConfigurationdescriptionLanguage(SCL)基于XML——不同工具之间交换设备配置描述文件(ICD)系统配置描述文件(SCD)系统功能定义文件(SSD)变电站一次描述(SID)IEC61850模型的形态ICD建模——文件结构（1）?xmlversion=1.0SCLxmlns=xmlns:xsi=/HeaderIEDname=Services/ServicesAccessPointname=S1ServerAuthentication/LDeviceLN0DataSetReportControlInputsGSEControl/LN0LNlnType=/LN/LD/IEDICD建模——文件结构（2）DataTypeTemplatesLNodeTypeid=lnClass=DOname=type=/DOname=type=//LNodeTypeLNodeTypeid=lnClass=DOTypeid=cdc=DAname=bType=type=/DAname=bType=type=/DAname=bType=type=//DOTypeDOTypeid=cdc=DATypeid=BDAname=bType=INT8/BDAname=bType=BOOL//DAType/DataTypeTemplates/SCL特性属性值属性值逻辑设备(LD)组合物理设备(IED)定义为服务器实现逻辑节点(LN)数据(对象)数据间隔单元(名称非标准化)控制(名称非标准化))CSWI(开关控制)Pos(位置)ctlVal(控制值/命令)off/onstVal(状态值)Intermediate-state/off/on/bad-stateICD建模——IED信息模型（1）逻辑节点包括数据(对象)数据分为：必选(M),条件可选(C),和可选(O)M:针对该LN适应的功能都必须存在的数据C:在一定条件下这些数据必须存在O:可以存在或不存在数据表现为对象数据包括属性属性分为：必选(M),条件可选(C),和可选(O)属性用于描述功能的特性属性携带了数据值逻辑节点的组合和实现逻辑节点被组合在逻辑设备(LD)中,例如：依据共同的使用特征。逻辑设备在物理设备(IED)中实现ICD建模——IED信息模型（2）•L系统LN(2*)•P保护(28)•R保护相关(10)•C控制(5)•G一般(3)•I接口和记录(4)•A自动控制(4)•M计量和测量(8)•S传感器及监视(4)•X开关设备(2)•T仪用变压器(2)•Y电力变压器(4)•Z未来电力设备(15)例如：•PDIF:差动保护•RBRF:断路器失灵•XCBR:断路器•CSWI:开关控制•MMXU:测量单元•YPTR:电力变压器以首写字母区分ICD建模——IED信息模型（3）ICD建模——过程演示数字化变电站建模——IED模型的作用（1）通讯服务信息模型结构语义空间结构信息模型语义语义约定的机制内容形式确定性语义互操作性——工程中最大的问题语义互操作性表达装置的信息构成层次结构的信息内容表达装置传送和接收信息的方式通信服务与数据集合挂钩IEC61850所负责的根据建模结果进行通信并不约束建模过程数字化变电站建模——IED模型的作用（2）站控层需要相当于传统的产品说明书中的信息表，也称为软信号IED中的REPORT控制块及相应的DATASETREOPRT参数决定了传送模式如：周期、是否缓存等甚至决定了传送对象数量依据站控层需求：5-8个还有接收控制的方式：定值、遥控、人工置数间隔层/过程层需要相当于传统的装置端子以GOOSE控制块及相应的DATASET表示以SMV控制块和相应的DATASET表示以inputs表示需要的输入传输参数代表着信号模式，如：自保持的状态信号、跳闸信号、事件信号（闭锁、先合）数字化变电站建模——对模型的需要站控层要求信息的监视和显示依赖于DU——否则就是人工对点信息的机器识别依赖于模型中个层次的名称REPORT是否支持动态生成——有利有弊定值的顺序问题——DATASET解决人工置数的响应——为了间隔防误间隔层/过程层要求信号的一致表达GOOSE控制块的划分——事实上依赖设计GOOSE和SMV控制块的参数对输入端子的表达——inputs数字化变电站建模——对模型的要求标准化针对数字化变电站的发展需要IEC61850——通信一致性、模型语法一致性信号语义一致性的规范检测IEC61850检测——通信、语法没有依据——模型及信息语义一致性没有管理方案——是否满足数字化变电站需要设计信号设计——成为必然的内容产品制造/设计的界限IEC61850只支持描述和通信数字化变电站是设计的结果数字化变电站建模——一致性的需求数字化变电站中AUTOCAD图所能表现的一次设备的安装二次设备的配置二次系统的物理网络结构/VLAN划分还需要的设计装置端子/屏柜端子——GOOSE/SMV控制块二次回路——信号在网络上的逻辑传输关系inputs由于通信的实现机制（广播），设计还包括：VLANGOOSE化分——涉及到界线问题组播地址的安排信号模式——GOOSE/SMV控制块参数由SCD文件承载SCD建模——设计需求SCLHeaderRef=Revision=NameStructure=/SubstationVoltageLevelVoltage=BayRef=LNodeRef=LNClass=IEDRef=/DeviceRef=Type=CTRLNode/ConnectionTNodeRef=//DeviceDeviceRef=Type=PTRLNode/LNode/Connection/Connection//Device/Bay/VoltageLevelVoltageLevelVoltage=/VoltageLevel/SubstationSCD建模——文件结构（1）CommunicationBusRef=Type=ConnectedAPIEDRef=Ref=Address/Address/ConnectedAP/Bus/CommunicationIED/IEDIED/IEDDataTypeTemplates/DataTypeTemplates/SCLSCD建模——文件结构（2）SCD建模——过程举例作为监控系统的输入变电站一次结构二次设备配置装置信息装置控制点作为装置的输入初始数据信号来源——inputs表现为GOOSE的组播地址——屏柜端子排信号通信参数地址模式与SID和CID文件关系SCD建模——模型的使用设计一次二次回路通信复制IED类型定义目前的问题过大类型定义重复、不一致ICD/SCD的界限不清产品不依据设计、甚至无关SCD建模——模型的生成过程产品模型/ICD的内容和界限表明产品的能力——产生信号语义的上下文逻辑表明产品向站控层可报告的信号/数据（REPORT）表明产品可接受的站控层命令（CONTROL、SGCB）表明产品的开出”端子“（包括跳闸方式相关信号）表明产品的开入”端子“（供inputs使用）表明产品的输入数值（“A/D端子”）信号语义由ICD给定（基础是字典）信号的传输方式依赖设计除与站控层的信息交换（因为是可定制的）自动化装置——GOOSECB及附属的信号集MU——如采用9-2SMV及附属的信号集智能单元——GOOSECB及附属的信号集性质上是广播方式下的逻辑接线（与物理网络、VLAN、接收端都有关系）一致性要求变电站模型/SCD的内容和界限各装置的安装位置网络构成（MAC、VLAN、广播目标地址）数字二次回路（inputs描述，不仅限于外部，“端子”的作用）GOOSECB及附属的信号集如采用9-2SMV及附属的信号集表明产品的输入数值（“A/D端子”）初始参数（如变比、压板、定值描述、定值步长、通信参数等）形成CID是装置运行的依据是变电站改造的载体是运行监视的依据一致性要求——技术条件信号/字典一致性传统端子的总结、归纳接收端利用模型上下文（如安装位置/智能单元、I段、II段等/站控）开放办法一致性举例信息字典类型定义一致性要求——规范化