摘 要： 智能電子設備IED間互操作的核心是其信息模型，為實現(xiàn)智能斷路器IED間互操作,，需要對智能斷路器保護和控制功能進行分解,，建立其基本信息模型。針對低壓斷路器頻繁操作的特點,，自定義剩余電壓保護,、剩余電流保護等邏輯節(jié)點，以構造完整的IED信息模型,。最后利用IED配置工具實現(xiàn)SCL對模型的描述,，將斷路器配置信息上傳到變電站，實現(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,。
關鍵詞： IEC61850；智能斷路器,；建模,；SCL
IEC61850標準是目前電力系統(tǒng)中最完善的通信標準，它采用面向對象的方法描述變電站及設備信息,，旨在實現(xiàn)不同廠家生產的智能電子設備IED(Intelligent Electronic Device)之間的互操作,。該標準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,，層內的IED間通信采用IEC61850協(xié)議。
國內外學者對IED間互操作問題十分關注,，并從多方面進行了相關試驗[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)測功能模塊[2],，對IED整體結構研究得較少,。
本文以某公司生產的智能斷路器為例，分析智能斷路器的結構和功能,，搭建完整的信息模型,，并對模型進行描述，為實現(xiàn)IED間互操作奠定基礎,。
1 智能斷路器IED建模方法
1.1 智能斷路器建模技術
實現(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構依次為服務器、邏輯設備,、邏輯節(jié)點,、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性，如圖1所示,。
智能斷路器（IED）相當于一個服務器（Server）,，由若干個邏輯設備LD組成，邏輯設備反映設備本身的信息和功能單元共享的信息,；將設備功能分解成若干邏輯節(jié)點LN,，邏輯節(jié)點是協(xié)議中能實現(xiàn)具體功能的最小抽象單位，邏輯節(jié)點間通過邏輯連接LC來完成數(shù)據(jù)交接[3-4],。邏輯節(jié)點包含數(shù)據(jù)對象DO和數(shù)據(jù)屬性DA,，數(shù)據(jù)對象由數(shù)據(jù)屬性組成，是網(wǎng)絡交換信息的基礎,，通過對數(shù)據(jù)的操作實現(xiàn)網(wǎng)絡交互,。
1.2 智能斷路器建模規(guī)則
對智能斷路器IED進行建模時，首先要確定IED具有的功能,。依據(jù)面向對象思想分析設備的邏輯構成,，對斷路器系統(tǒng)包含的功能進行解耦分析,，抽象出設備所含有的邏輯節(jié)點以及每個邏輯節(jié)點所含的參數(shù)和屬性，再利用統(tǒng)一建模語言工具作進一步分析,。
由于標準側重于保護與控制方面的功能,，智能斷路器在建模時必須對標準規(guī)定的基本信息模型進行擴展，以保證將斷路器所有功能包括在內,。具體擴展規(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)某公司生產的智能斷路器產品，對智能斷路器系統(tǒng)主要功能進行分解,。智能斷路器系統(tǒng)主要功能歸為4類：
（1）保護功能：過載保護,、選擇性短路保護、自動重合閘保護,、瞬時短路保護,、接地故障保護、過/欠壓保護,、斷路器失靈保護,、剩余電壓保護、過/欠頻保護,、逆功率保護,、負載保護、相平衡電壓/電流保護,、過熱保護等,；
（2）測量功能：電壓、電流,、功率,、頻率及峰值系數(shù)、電能,、諧波等電網(wǎng)參量的測量,；
（3）報警控制功能：斷路器運行模式、斷路器工作模式,、試驗模式,、負載控制、故障定位,、操作次數(shù),、產生報警、觸頭磨損情況及壽命計算等運行維護參數(shù)的儲存和顯示,；
（4）與主站通信功能：多種電網(wǎng)參數(shù)和運行參數(shù)的遠程監(jiān)測,、智能斷路器當前運行狀態(tài)的遠程監(jiān)視（如觸頭位置、閉鎖情況,、通信狀態(tài)等）,、各種保護限值參數(shù)的遠程調整和察看（如延時電流整定值,、瞬時電流整定、開合閘時間調整等）,、智能斷路器的遠程分合閘操作等,。
2.2 信息模型
根據(jù)上述分解的功能和建模規(guī)則，本文構造了一個物理設備——智能斷路器ICB(Intelligent Circuit Breaker),，它包括4個邏輯設備：保護斷路器正常運行的保護功能裝置LD1；測量斷路器電壓,、電流等參數(shù)的測量功能裝置LD2,；記錄儲存含超出限定值、通信失敗和操作在內的報警控制功能裝置LD3,；實現(xiàn)與遠方通信和人機界面控制的遠方通信功能裝置LD4,。如圖3所示。
（1）邏輯設備LD模型
邏輯設備LD是虛擬設備,，由邏輯節(jié)點組成,，每個邏輯設備至少包含3個邏輯節(jié)點：邏輯節(jié)點零邏輯節(jié)點（LNN0）、物理設備邏輯節(jié)點（LPHD）和功能邏輯節(jié)點,。功能邏輯節(jié)點包含：①保護邏輯設備包含XCBR等邏輯節(jié)點,；②測量邏輯設備包含MMXU等邏輯節(jié)點；③報警控制設備包含CSW等邏輯節(jié)點,；④遠方通信邏輯設備包含ITMI等邏輯節(jié)點,。具體定義見標準IEC61850-5、7邏輯節(jié)點定義,。表1所示為保護邏輯設備LD1的詳細說明,。
（2）邏輯節(jié)點模型
根據(jù)圖2的建模流程，針對低壓智能斷路器剩余電流保護的功能特點,，本模型對相應的邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)進行擴展,，以構造完整的數(shù)據(jù)模型。自定義剩余電流保護邏輯節(jié)點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和變電站結構信息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的詳細配置信息；系統(tǒng)配置工具結合ICD文件和SSD文件生成SCD文件,；CID文件用來對IED各參量進行功能配置,，由IED配置工具下載到智能斷路器IED中，從而得到包括IP地址在內的智能斷路器IED實例化系統(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個部分：頭(Header),、變電站(Sbustation)、智能電子設備(IED),、通信系統(tǒng)(Communication)和邏輯節(jié)點類型定義(DataTypeTemplates)[5],。斷路器配置文件的結構如圖5所示。變電站對ICD文件解析后,，通過對配置文件的讀取,、編輯和瀏覽，保存修改后的配置文件,，實現(xiàn)對斷路器配置信息的操作,。
智能斷路器配置描述采用IED設備對象模型，由Server,、LDevice,、LNnode等對象描述邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)結構和功能來構建，在智能斷路器IED配置工具內完成,。另外配置工具還可以對生成的SCL文件進行解析和有效性校驗,，使之成為結構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,。本文對智能斷路器系統(tǒng)結構和保護控制進行分解,，構造完整的信息模型，結合低壓斷路器通常作為開關設備頻繁操作的特點,，自定義剩余電流保護等邏輯節(jié)點,，最后利用IED配置工具實現(xiàn)智能斷路器的配置描述，實現(xiàn)通過變電站層瀏覽,、修改斷路器的配置信息,，對后續(xù)實現(xiàn)智能斷路器IED間互操作有一定的指導意義。
參考文獻
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