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从变电站一次接线图到61850——61850数据模型61850系列之一1一、变电站通讯的物理背景数据采集数值计算逻辑判断命令生成数据显示、转发、存储命令执行一次系统SAS当地手动命令远方命令图1SAS注简化数据流图注：变电站自动化系统（SubstationAutomationSystem，SAS）是指在变电站内提供自动化功能（含保护），由IED和通讯网络构成的系统。21.实例系统图2某变电站一次接线图注：IEC-61346：220KV和132KV分别用D和E表示1.1基本情况10kmID01IE02IE01IE03UE01UE02UE03A站220KV132KV重要负荷一般负荷3图3某变电站主变接线图消弧线圈并联电阻220KV侧4图4某变电站间隔划分图注：IEC-61346220KV和132KV分别用D和E表示10kmID01IE02IE01IE03UE01UE02UE03D1Q1E1Q2E1Q1E1Q3E1Q4123455间隔：一个变电站中的设备可以按功能划分为若干个子集，每一个子集中的设备不仅有直接的电连接，而且有较强的逻辑关系，它们紧密连接在一起为相应的变电站功能服务。在SAS中，我们把每个这样的设备子集定义为一个间隔。间隔的识别对于维修(哪些部分可以同时断开,哪些部分的操作需要相互闭锁)或者扩充设计(如果一个新的线路将要投运,需要在变电站内增加哪些设备)是非常重要的。在SAS中，间隔由间隔控制器（baycontroller）设备来管理，与其相关的保护系统又被称为间隔保护（bayprotection）。6图5某变电站功能图10kmID01IE02IE01IE03UE01UE02UE03CentralFunctionIHMIDistanceProtectionOverloadProtectionTransformer-Differential-ProtectionAutomaticLoadSheddingEarthfaultneutralizerPowershuntVoltageRegulationInterlockingDistanceProtectionDifferentialProtectionInterlockingDistanceProtectionDifferentialProtection1.2变电站自动化系统功能7图6某变电站装置分布图1.3按照功能定义装置（IED）No.NameID1DistE1Q1BP32DifnE1Q1BP23DistE1Q3BP34DifnE1Q3BP25TDifnD1Q1BP26TrafoD1Q1SB17LVBay1E1Q2SB18LVBay2E1Q1SB19LVBay3E1Q3SB110CentralD1Q1SB4CentralFunctionIHMIOverloadProtectionTransformer-Differential-ProtectionVoltageRegulationDifferentialProtectionTDifnDistDistDiffDiffInterlockingDistanceProtectionDifferentialProtectionInterlockingDistanceProtection65710128934W01AutomaticLoadSheddingEarthfaultneutralizerPowershunt8图7a变压器测控装置的信息交互渠道Bay1(Transformerbay)D1Q1SB1IED变压器测控W012.变压器测控装置上行数据：一次测电流、分接头位置等下行数据：控制命令、装置配置数据9•自动切负荷功能通过采集变压器的运行数据，判断变压器是否过负荷并根据变压器过负荷的程度在需要时发出报警或跳开相应的出线以实现LoadShedding功能。•自动切负荷功能需要采集变压器油温、环境温度和负荷电流等数据，然后通过热物理模型对采集的数据进行分析得到Hot-Spot温度，这一温度是一个在IEEEC57.91-1995标准中定义的假想的物理量，标准把这个物理量作为衡量变压器工作状态的一个重要参量。HEATTRANSFERDIFFERENTIALEQUATIONST-OVERLOADSHEDDINGALGORITHMSHOTSPOTTEMPTHERMALMODELLShedLOADCURRENTAMBIENTTEMPTRIPORALARMOUTPUTS图7b自动切负荷功能模型110表1:hotspot温度与变压器寿命耗损速率之间的关系HotSpotTemp.(0C)RateofLossofLiferelativetonormal110(designvalue)1117212441318139161473211图7c自动切负荷功能模型2LShed12二、数据结构模型1.从功能讲起CurrentTransformer(TCTR1)PowerTransformer(YPTR1)TapChanger(YLTC1)Earthneutraliser(YEFN1)PowerShunt(YPSH1)Bay1(Transformerbay)D1Q1SB1IEDLN图8a变压器测控装置模型图1W01注：LN：LogicalNode13TCTR1：电流互感器。在61850中，电流互感器的每一相都要定义成TCTR类的一个实例，在我们的例子中，这个逻辑节点用于变压器220KV侧电流的测量。这里我们假设只测量A相电流，所以装置中只包含一个TCTR类的实例。YPTR1：电力变压器。这个逻辑节点实现了自动切负荷功能，另外，它计算得到的变压器Hot-Spot温度等数据还可以传送给其它设备（如操作员站IHMI），用于信息的显示和保存。YLTC1：为变压器分接头建立映像，可以通过它改变绕组分接头以实现电压调整。YEFN1：消弧线圈。星型接法变压器中性点与地之间的连接。YPSH1：PowerShunt，旁路电阻。上面两个逻辑节点用来实现对主变中性点接地方式的调节。比如可以通过开关的控制实现旁路电阻的接入和退出。14图8b装置交互图CurrentTransformer(TCTR1)PowerTransformer(YPTR1)TapChanger(YLTC1)Earthneutraliser(YEFN1)PowerShunt(YPSH1)Bay1(Transformerbay)D1Q1SB1IEDLNTDifnProtection(PDIF1)D1Q1BP2IEDLN2.一个具体逻辑节点的数据结构W0115图8c逻辑节点交互ClientServerClientServerTCTR1PDIF1W01•61850把定义的重点放在了逻辑节点如何提供数据上（Server）。•在61850中有一类特殊的逻辑节点，这类逻辑节点一般只做Client，如IHMI。16YPTRclassAttributeNameAttr.TypeExplanationTM/OLNNameShallbeinheritedfromLogical-NodeClass(seeIEC61850-7-2).DataCommonLogicalNodeInformationLNshallinheritallMandatoryDatafromCommonLogicalNodeClass.MEEHealthISIExternalequipmenthealthOEENameDPLExternalequipmentnameplateOOpTmhISIOperationtimeOMeasuredvaluesHpTmpMVWindinghotspottemperature(inºC)O表2逻辑节点交互YPTR类注：CommonLogicalNode包含除了逻辑节点LPHD之外所有LN都具备的属性。T列表示Transient。具体逻辑节点类17StatusInformationHPTmpAlmSPSWindinghotpointtemperaturealarmOHPTmpTrSPSWindinghotpointtemperaturetripTOOANLSPSOperationatnoloadOOpOvASPSOperationatovercurrentOOpOvVSPSOperationatovervoltageOOpUnVSPSOperationatundervoltageOCGAlmSPSCoregroundalarmOSettingsHIVRtgASGRatedVoltage(Highvoltagelevel)OLoVRtgASGRatedVoltage(lowvoltagelevel)OPwrRtgASGRatedpowerO表2逻辑节点交互YPTR类（续）18表3CommonLogicalNode类CommonLogicalNodeclassAttributeNameAttr.TypeExplanationTM/OLNNameShallbeinheritedfromLogical-NodeClass(seeIEC61850-7-2).DataMandatoryLogicalNodeInformation(ShallbeinheritedbyALLLNbutLPHD)ModINCModeMBehISIBehaviourMHealthISIHealthMNamPltLPLNameplateM•61850中，把除了逻辑节点LPHD之外的所有其它逻辑节点都具备的属性提取出来定义了一个新的类——CommonLogicalNode类（公共逻辑节点类）。注：CommonLogicalNode中的属性描述了逻辑节点所代表功能的运行状态。19表3CommonLogicalNode类（续）OptionalLogicalNodeInformationLocSPSLocaloperationOEEHealthISIExternalequipmenthealthOEENameDPLExternalequipmentnameOOpCntRsINCOperationcounterresetableOOpCntISIOperationcounterOOpTmhISIOperationtimeODataSets(seeIEC61850-7-2)InheritedandspecialisedfromLogicalNodeclass(seeIEC61850-7-2).ControlBlocks(seeIEC61850-7-2)InheritedandspecialisedfromLogicalNodeclass(seeIEC61850-7-2).Services(seeIEC61850-7-2)InheritedandspecialisedfromLogicalNodeclass(seeIEC61850-7-2).20表4Measuredvalue类MVclassAttributeNameAttributeTypeFCTrgOpValue/ValueRangeM/O/CDataNameInheritedfromDataClass(seeIEC61850-7-2)DataAttributemeasuredvaluesinstMagAnalogueValueMXOmagAnalogueValueMXdchgMrangeENUMERATEDMXdchgNormal|high|low|high-high|low-low|OqQualityMXqchgMtTimeStampMXM21表4Measuredvalue类（续）substitutionsubEnaBOOLEANSVPICS_SUBSTsubMagAnalogueValueSVPICS_SUBSTsubQQualitySVPICS_SUBSTsubIDVISIBLESTRING64SVPICS_SUBSTconfiguration,descriptionandextensionunits