摘  要： 智能電子設(shè)備IED間互操作的核心是其信息模型,，為實(shí)現(xiàn)智能斷路器IED間互操作,，需要對(duì)智能斷路器保護(hù)和控制功能進(jìn)行分解，建立其基本信息模型,。針對(duì)低壓斷路器頻繁操作的特點(diǎn),，自定義剩余電壓保護(hù)、剩余電流保護(hù)等邏輯節(jié)點(diǎn),，以構(gòu)造完整的IED信息模型,。最后利用IED配置工具實(shí)現(xiàn)SCL對(duì)模型的描述,，將斷路器配置信息上傳到變電站,，實(shí)現(xiàn)變電站與斷路器的配置信息互換,，為后續(xù)IED間互操作做好鋪墊。
關(guān)鍵詞： IEC61850,；智能斷路器,；建模；SCL

   IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是目前電力系統(tǒng)中最完善的通信標(biāo)準(zhǔn),，它采用面向?qū)ο蟮姆椒枋鲎冸娬炯霸O(shè)備信息,，旨在實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的智能電子設(shè)備IED(Intelligent Electronic Device)之間的互操作。該標(biāo)準(zhǔn)將變電站通信體系分為3層：變電站層,、間隔層和過程層,，智能斷路器屬于過程層，層內(nèi)的IED間通信采用IEC61850協(xié)議,。
    國內(nèi)外學(xué)者對(duì)IED間互操作問題十分關(guān)注,，并從多方面進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)[1]。IED間互操作的核心是建立其IED信息模型,，目前研究主要集中在IED的在線監(jiān)測(cè)功能模塊[2],，對(duì)IED整體結(jié)構(gòu)研究得較少。
    本文以某公司生產(chǎn)的智能斷路器為例,，分析智能斷路器的結(jié)構(gòu)和功能,，搭建完整的信息模型，并對(duì)模型進(jìn)行描述,，為實(shí)現(xiàn)IED間互操作奠定基礎(chǔ),。
1 智能斷路器IED建模方法
1.1 智能斷路器建模技術(shù)
    實(shí)現(xiàn)智能斷路器IED間互操作的核心是其IED信息模型，IEC61850定義信息模型層次結(jié)構(gòu)依次為服務(wù)器,、邏輯設(shè)備,、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性,，如圖1所示,。

    智能斷路器（IED）相當(dāng)于一個(gè)服務(wù)器（Server），由若干個(gè)邏輯設(shè)備LD組成,，邏輯設(shè)備反映設(shè)備本身的信息和功能單元共享的信息,；將設(shè)備功能分解成若干邏輯節(jié)點(diǎn)LN，邏輯節(jié)點(diǎn)是協(xié)議中能實(shí)現(xiàn)具體功能的最小抽象單位,，邏輯節(jié)點(diǎn)間通過邏輯連接LC來完成數(shù)據(jù)交接[3-4],。邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象DO和數(shù)據(jù)屬性DA，數(shù)據(jù)對(duì)象由數(shù)據(jù)屬性組成,，是網(wǎng)絡(luò)交換信息的基礎(chǔ),，通過對(duì)數(shù)據(jù)的操作實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交互,。
1.2 智能斷路器建模規(guī)則
    對(duì)智能斷路器IED進(jìn)行建模時(shí)，首先要確定IED具有的功能,。依據(jù)面向?qū)ο笏枷敕治鲈O(shè)備的邏輯構(gòu)成,，對(duì)斷路器系統(tǒng)包含的功能進(jìn)行解耦分析，抽象出設(shè)備所含有的邏輯節(jié)點(diǎn)以及每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)所含的參數(shù)和屬性,，再利用統(tǒng)一建模語言工具作進(jìn)一步分析,。
    由于標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于保護(hù)與控制方面的功能，智能斷路器在建模時(shí)必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基本信息模型進(jìn)行擴(kuò)展,，以保證將斷路器所有功能包括在內(nèi),。具體擴(kuò)展規(guī)則如圖2所示。

2 智能斷路器IED模型
2.1 功能分析
    本文根據(jù)某公司生產(chǎn)的智能斷路器產(chǎn)品,，對(duì)智能斷路器系統(tǒng)主要功能進(jìn)行分解,。智能斷路器系統(tǒng)主要功能歸為4類：
    （1）保護(hù)功能：過載保護(hù)、選擇性短路保護(hù),、自動(dòng)重合閘保護(hù),、瞬時(shí)短路保護(hù)、接地故障保護(hù),、過/欠壓保護(hù),、斷路器失靈保護(hù)、剩余電壓保護(hù),、過/欠頻保護(hù),、逆功率保護(hù)、負(fù)載保護(hù),、相平衡電壓/電流保護(hù),、過熱保護(hù)等；
    （2）測(cè)量功能：電壓,、電流,、功率、頻率及峰值系數(shù),、電能,、諧波等電網(wǎng)參量的測(cè)量；
    （3）報(bào)警控制功能：斷路器運(yùn)行模式,、斷路器工作模式,、試驗(yàn)?zāi)Ｊ健⒇?fù)載控制,、故障定位,、操作次數(shù)、產(chǎn)生報(bào)警,、觸頭磨損情況及壽命計(jì)算等運(yùn)行維護(hù)參數(shù)的儲(chǔ)存和顯示,；
    （4）與主站通信功能：多種電網(wǎng)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),、智能斷路器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視（如觸頭位置、閉鎖情況,、通信狀態(tài)等）,、各種保護(hù)限值參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)整和察看（如延時(shí)電流整定值、瞬時(shí)電流整定,、開合閘時(shí)間調(diào)整等）,、智能斷路器的遠(yuǎn)程分合閘操作等。
2.2 信息模型
    根據(jù)上述分解的功能和建模規(guī)則,，本文構(gòu)造了一個(gè)物理設(shè)備——智能斷路器ICB(Intelligent Circuit Breaker)，它包括4個(gè)邏輯設(shè)備：保護(hù)斷路器正常運(yùn)行的保護(hù)功能裝置LD1,；測(cè)量斷路器電壓,、電流等參數(shù)的測(cè)量功能裝置LD2；記錄儲(chǔ)存含超出限定值,、通信失敗和操作在內(nèi)的報(bào)警控制功能裝置LD3,；實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方通信和人機(jī)界面控制的遠(yuǎn)方通信功能裝置LD4。如圖3所示,。

    （1）邏輯設(shè)備LD模型
    邏輯設(shè)備LD是虛擬設(shè)備,，由邏輯節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)邏輯設(shè)備至少包含3個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)：邏輯節(jié)點(diǎn)零邏輯節(jié)點(diǎn)（LNN0）,、物理設(shè)備邏輯節(jié)點(diǎn)（LPHD）和功能邏輯節(jié)點(diǎn),。功能邏輯節(jié)點(diǎn)包含：①保護(hù)邏輯設(shè)備包含XCBR等邏輯節(jié)點(diǎn)；②測(cè)量邏輯設(shè)備包含MMXU等邏輯節(jié)點(diǎn),；③報(bào)警控制設(shè)備包含CSW等邏輯節(jié)點(diǎn),；④遠(yuǎn)方通信邏輯設(shè)備包含ITMI等邏輯節(jié)點(diǎn)。具體定義見標(biāo)準(zhǔn)IEC61850-5,、7邏輯節(jié)點(diǎn)定義,。表1所示為保護(hù)邏輯設(shè)備LD1的詳細(xì)說明。

    （2）邏輯節(jié)點(diǎn)模型
    根據(jù)圖2的建模流程,，針對(duì)低壓智能斷路器剩余電流保護(hù)的功能特點(diǎn),，本模型對(duì)相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展，以構(gòu)造完整的數(shù)據(jù)模型,。自定義剩余電流保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)PTRA,，如表2所示。

    （3）數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)屬性模型
    邏輯節(jié)點(diǎn)包含若干數(shù)據(jù)(Mode,、Beh等),，數(shù)據(jù)又包含數(shù)據(jù)屬性(ctlVal、operTim等),。以XCBR中的數(shù)據(jù)DPL為例,，智能斷路器的產(chǎn)品名稱model屬性和安裝位置location屬性,，如表3所示。
3 智能斷路器配置描述
3.1 IED配置描述工程步驟
    IEC61850-6定義了一種通過不同配置描述文件的配置與傳遞,，實(shí)現(xiàn)IED間互操作的變電站配置描述語言（SCL）,。SCL包含4類文件：變電站配置描述文件SCD、IED出廠配置信息ICD,、配置IED功能描述文件CID和變電站結(jié)構(gòu)信息SSD,。其工程步驟如圖4所示。

    圖4中,，ICD文件描述智能斷路器IED的能力,，由IED配置工具生成，向主站傳遞IED的詳細(xì)配置信息,；系統(tǒng)配置工具結(jié)合ICD文件和SSD文件生成SCD文件,；CID文件用來對(duì)IED各參量進(jìn)行功能配置，由IED配置工具下載到智能斷路器IED中,，從而得到包括IP地址在內(nèi)的智能斷路器IED實(shí)例化系統(tǒng)信息,。
3.2 智能斷路器配置描述
    IEC61850-6定義的SCL文件包含5個(gè)部分：頭(Header)、變電站(Sbustation),、智能電子設(shè)備(IED),、通信系統(tǒng)(Communication)和邏輯節(jié)點(diǎn)類型定義(DataTypeTemplates)[5]。斷路器配置文件的結(jié)構(gòu)如圖5所示,。變電站對(duì)ICD文件解析后,，通過對(duì)配置文件的讀取、編輯和瀏覽,，保存修改后的配置文件,，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器配置信息的操作。

    智能斷路器配置描述采用IED設(shè)備對(duì)象模型,，由Server,、LDevice、LNnode等對(duì)象描述邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能來構(gòu)建,，在智能斷路器IED配置工具內(nèi)完成,。另外配置工具還可以對(duì)生成的SCL文件進(jìn)行解析和有效性校驗(yàn)，使之成為結(jié)構(gòu)良好并且有效的配置描述文件,。
    IED間互操作的核心是IEC61850信息模型,。本文對(duì)智能斷路器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和保護(hù)控制進(jìn)行分解，構(gòu)造完整的信息模型,，結(jié)合低壓斷路器通常作為開關(guān)設(shè)備頻繁操作的特點(diǎn),，自定義剩余電流保護(hù)等邏輯節(jié)點(diǎn)，最后利用IED配置工具實(shí)現(xiàn)智能斷路器的配置描述,，實(shí)現(xiàn)通過變電站層瀏覽,、修改斷路器的配置信息,，對(duì)后續(xù)實(shí)現(xiàn)智能斷路器IED間互操作有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
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