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1、D O I : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 0 - 1 0 2 6 . 2 0 1 2 . 0 3 . 0 1 4變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D的I E C6 1 8 5 0信息建模與實(shí)現(xiàn)王德文,邸 劍,張長(zhǎng)明( 華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,河北省保定市 0 7 1 0 0 3 )摘要:基于I E C6 1 8 5 0信息模型的狀態(tài)監(jiān)測(cè)智能電子設(shè)備( I E D) 是變電站中智能一次設(shè)備的核心
2、組成部分。分析了變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求, 依據(jù)最新I E C6 1 8 5 0第2版, 采用電氣設(shè)備、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、 傳感器邏輯節(jié)點(diǎn), 建立了變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的功能與設(shè) 備 模型。提出了狀 態(tài) 監(jiān)測(cè)I E D 之間的通信方法, 將非緩存報(bào)告控制塊、 緩存報(bào)告控制塊、 文件模型及其服務(wù)映射為制造報(bào)文規(guī)范作為實(shí)時(shí)通信協(xié)議, 分別用于測(cè)量信息、 告警信息及電力系統(tǒng)瞬時(shí)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式波形文件的傳輸。采用 V i s u a lC+
3、+、 系統(tǒng)配置描述語(yǔ)言和 X e r c e s開(kāi)發(fā)了一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的模擬系統(tǒng),對(duì)變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)主I E D 進(jìn)行了建模及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的生成, 并給出了實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。關(guān)鍵詞:智能變電站;狀態(tài)監(jiān)測(cè);智能電子設(shè)備; I E C6 1 8 5 0 ;信息模型;制造報(bào)文規(guī)范;系統(tǒng)配置描述語(yǔ)言收稿日期: 2 0 1 1 - 0 5 - 0 3 ;修回日期: 2 0 1 1 - 0 9 - 0 6 。國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目( 6 1 0
4、7 4 0 7 8 ) ; 中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目( 1 0 Q G 2 2 ) 。0引言為了適應(yīng)智能變電站的建設(shè), 國(guó)家電網(wǎng)公司提出將一次設(shè)備、 傳感器( 或控制器) 與智能組件有機(jī)結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)字化、 控制網(wǎng)絡(luò)化、 狀態(tài)可視化、 功能一體化以及信息互動(dòng)化的智能一次設(shè)備。智能組件由測(cè)量、 控制、 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、 計(jì)量、 保護(hù)等全部或部分智能電子設(shè)備( I E D) 組成, 承擔(dān)一次設(shè)備的測(cè)量、 控制和監(jiān)測(cè)等基本功能,
5、在滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí), 還可承擔(dān)相關(guān)的計(jì)量與保護(hù)等功能 [ 1 - 2 ]。一次設(shè)備智能化的主要目的之一是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息的數(shù) 字 化 采 集 和 網(wǎng) 絡(luò) 化 的 傳 輸, 建 立 基 于 I E C6 1 8 5 0的統(tǒng)一信息模型和通信平臺(tái), 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障分析, 為變壓器與斷路器等一次設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)。智能化一次設(shè)備可以由設(shè)備制造廠商直接設(shè)計(jì)與制造, 尚處于研究階段, 難度很大 [ 3 ]。目前可行的方法是配置基于I E C6
6、 1 8 5 0信息模型的狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 對(duì)傳統(tǒng)一次設(shè)備進(jìn)行智能化改造。狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 是智能組件的主要組成部分, 采用I E C6 1 8 5 0建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的統(tǒng)一信息模型是保障 智 能 組 件 內(nèi) I E D 間 互 操 作 的 基 礎(chǔ)。 基 于I E C6 1 8 5 0 的 保 護(hù)、 測(cè) 控、 故 障 選 線 與 電 能 質(zhì) 量 等I E D 的建模方法一直是國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)研究問(wèn)題 [ 4 - 8 ]?;冢?
7、E C6 1 8 5 0的狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 研發(fā)尚處于起步階段 [ 9 - 1 0 ]。文獻(xiàn)[ 9 ] 采用液體介質(zhì)絕緣、 氣體介質(zhì)絕緣、 電弧與局部放 電 監(jiān)測(cè)等邏 輯 節(jié)點(diǎn), 給出 了變壓器、 斷路器及環(huán)境監(jiān)測(cè)的典型模型; 文獻(xiàn)[ 1 0 ] 針對(duì)高壓S F 6 斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的特點(diǎn), 提出合理利用I E C6 1 8 5 0中的通用輸入、 輸出邏輯節(jié)點(diǎn), 應(yīng)用I E C6 1 8 5 0對(duì)I E D 進(jìn)行建模。上述研究工作建
8、立在I E C6 1 8 5 0第1版的基礎(chǔ)之上, 側(cè)重于功能建模, 并未涉及到模型的實(shí)例化與I E D 配置問(wèn)題。 I E C6 1 8 5 0第1版所定義的模型已經(jīng)不能滿(mǎn)足一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需要 [ 1 1 ]。最新發(fā)布的I E C6 1 8 5 0 第 2 版 [ 1 2 - 1 4 ]相比較第1版及中國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) D L / T8 6 0 , 修改或增加了大量狀態(tài)監(jiān)測(cè)和傳感器邏輯節(jié)點(diǎn), 并新增了一些公 共 數(shù) 據(jù) 類(lèi) ( C
9、D C) , 因 此 有 必 要 結(jié) 合 最 新 的I E C6 1 8 5 0深入研究狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的建模方法。另外, 信息建模是對(duì)I E D 進(jìn)行設(shè)計(jì), 而在工程實(shí)踐中,還需要在信息建模的基礎(chǔ)上, 利用系統(tǒng)配置描述語(yǔ)言( S C L ) [ 1 5 ]及其配置工具對(duì)信息模型進(jìn)行實(shí)例化,并進(jìn)行工程化配置, 保障I E D 間的互操作。本文結(jié)合變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工程實(shí)踐現(xiàn)狀與功能需要, 依據(jù)I E C6 1 8 5 0第2版,
10、設(shè)計(jì)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的完整信息模型, 包括功能、 設(shè)備和通信模型, 并研發(fā)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的模擬系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了信息模型的建立和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的生成。1狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D的功能模型1 . 1狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能分析變電站中需要監(jiān)測(cè)的電氣設(shè)備主要包括變壓器、 開(kāi)關(guān)設(shè)備、 容性設(shè)備、 避雷器以及電力電纜等?!?1 8 —第 3 6 卷 第 3 期2 0 1 2 年 2 月 1 0 日V o l . 3 6N o . 3F e b . 1
11、 0 , 2 0 1 2U h f P a D s c h , 局部放電噪聲水平 A c u P a D s c h中的一個(gè)數(shù)據(jù)。若不滿(mǎn)足需求, 可以采用在數(shù)據(jù)后添加數(shù)字后綴的方法進(jìn)行擴(kuò)展, 或選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加, 或依據(jù)命名空間與 C D C新建數(shù)據(jù)。2狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D的設(shè)備模型與通信方法2 . 1狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D設(shè)備模型的設(shè)計(jì)真正的智能變壓器、 智能開(kāi)關(guān)應(yīng)該是在物理設(shè)備上 實(shí) 現(xiàn) Y P T R, X C B R 或 X
12、 S W I 等 邏 輯 節(jié) 點(diǎn),T TM P , T P R S與 T S N D 等傳感器邏輯節(jié)點(diǎn)分布在實(shí)際傳感器上。傳感器通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送采樣數(shù)據(jù)給間隔層狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D, 并能實(shí)現(xiàn)與測(cè)控、 保護(hù)等功能的高度集成, 但是難度很大, 目前還難以大規(guī)模實(shí)用化。一次設(shè)備的智能化應(yīng)該先對(duì)常規(guī)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化, 即通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)字接口。參照國(guó)家電網(wǎng)公司提出的智能組件的組成架構(gòu), 將狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 分為主I E D
13、和子I E D 這2類(lèi)并分散布置。下面給出狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的設(shè)計(jì)原則和方法。1 ) 為某個(gè)監(jiān)測(cè)功能或項(xiàng)目設(shè)置一個(gè)子I E D, 而對(duì)于監(jiān)測(cè) 量 眾 多 需 要 設(shè) 置 多 個(gè) 子I E D 時(shí), 應(yīng) 設(shè) 置主I E D。2 ) 子I E D 應(yīng)盡量做到功能清晰, 不應(yīng)集中實(shí)現(xiàn)過(guò)多的功能, 從而簡(jiǎn)化工程實(shí)現(xiàn)難度。3 ) 主I E D 負(fù)責(zé)相應(yīng)子I E D 監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合分析以及與站控層的通信。例如: 為一臺(tái)變壓器設(shè)置一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)主I
14、E D,負(fù)責(zé)變壓器與分接開(kāi)關(guān)的監(jiān)測(cè), 并為油中溶解氣體、繞組熱點(diǎn) 溫 度 與 局 部 放 電 等 監(jiān) 測(cè) 項(xiàng) 目 分 別 設(shè) 置子I E D, 主I E D 實(shí) 現(xiàn) 各 個(gè) 子 I E D 的 數(shù) 據(jù) 匯 集, 如圖2所示。圖2變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D F i g . 2S t a t u sm o n i t o r i n gI E Df o rt r a n s f o r m e r敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備主I E D 負(fù)責(zé)一個(gè)斷路器間隔
15、,監(jiān)測(cè)斷路器及相關(guān)的隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)等, 對(duì)于高壓組合電器設(shè)備( G I S ) , 還應(yīng)包括相關(guān)的電流與電壓互感器。考慮到目前變電站內(nèi)部署的是常規(guī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置, 可以將主I E D 建模為代理或網(wǎng)關(guān), 至少包含一個(gè) L D 0 , 描述代理或網(wǎng)關(guān)本身的數(shù)據(jù), 將所代理子I E D 的邏輯設(shè)備映射到代理 / 網(wǎng)關(guān)中, 并為常規(guī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置建立相應(yīng)的邏輯設(shè)備。在實(shí)際工程實(shí)踐中, 狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D 的選用與設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮變電站的電壓等級(jí)
16、、 設(shè)備的運(yùn)行狀況、重要程度以及經(jīng)濟(jì)性等多方因素。2 . 2狀態(tài)監(jiān)測(cè)I E D之間的通信方法狀態(tài)監(jiān)測(cè)子I E D 與一次設(shè)備緊密相關(guān), 并且種類(lèi)和數(shù)目眾多, 不應(yīng)使所有狀態(tài)監(jiān)測(cè)子I E D 都與變電站層的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。在間隔層設(shè)置狀態(tài)監(jiān)測(cè)主I E D, 例如: 針對(duì)某臺(tái)變壓器設(shè) 置一個(gè)主I E D, 分別為油中溶解氣體與局部放電等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)置子I E D, 主I E D 收集各個(gè)子I E D 所采集的狀態(tài)參數(shù), 并通過(guò)變電站層網(wǎng)
17、絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析評(píng)價(jià)結(jié)果上 傳 給 后 臺(tái) 監(jiān) 控 系 統(tǒng), 如 圖 3 所 示。 圖 中,S A V 為模擬量采樣, G O O S E 為面向通用對(duì)象的變電站事件, MM S為制造報(bào)文規(guī)范。圖3狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)F i g . 3S t r u c t u r eo fs t a t u sm o n i t o r i n gs y s t e m狀態(tài)監(jiān)測(cè)子I E D( 服務(wù)器) 與主I E D( 客戶(hù)機(jī)) 之間、 主I E
18、 D( 服務(wù)器) 與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)( 客戶(hù)機(jī)) 之間采用客戶(hù)服務(wù)器模型, 通信服務(wù)如下。1 ) A s s o c i a t e , A b o r t和 R e l e a s e等 服 務(wù) 用 于 雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)。2 ) G e t S e r v e r D i r e c t o r y , G e t L o g i c a l D e v i c e D i r e c t o r y ,G e t L o g i c a l
19、 N o d e D i r e c t o r y , G e t D a t a D i r e c t o r y 和G e t D a t a D e f i n i t i o n等服務(wù)用于目錄訪問(wèn)。3 ) G e t D a t a S e t V a l u e s , G e t D a t a S e t D i r e c t o r y ,G e t D a t a V a l u e s , S e t D a
20、t a V a l u e s等 服 務(wù) 用 于 監(jiān) 測(cè) 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。4) R e p o r t , G e t B R C B V a l u e s , S e t B R C B V a l u e s ,G e t U R C B V a l u e s 和 S e t U R C B V a l u e s 等 服 務(wù) 用 于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)告警、 召喚、 周期上傳。5 ) G e t F i l e , S e t F i l e
21、, G e t F i l e A t t r i b u t e V a l u e s和D e l e t e F i l e等服務(wù)用于 C OMT R A D E波形文件的傳輸與管理。在具 體 工 程 實(shí) 踐 中, 可 以 采 用 S I S C O 公 司 的MM S - E A S E 與 MM S - E A S EL i t e , 將上述抽象通信服務(wù)映射 為 MM S 服 務(wù), 由 于 提 供 了 完 整 的 MM S—
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