吐鲁番调度自动化传统电力规约通信向IEC61850转换的设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇吐鲁番调度自动化传统电力规约通信向IEC61850转换的设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】面向点技术的传统规约向面向对象技术的IEC 61850的转换，是网络技术发展的必然趋势。这里结合吐鲁番供电公司的运行实际，以IEC 101、CDT规约作为传统规约的代表， IEC 61850标准的实现为基础，探讨了传统规约向IEC 61850转换理论。并设计一个转换网关应用串口通信，信息建模以及XML等技术实现其转换过程。

【关键词】CDT；IEC 101；IEC 61850；XML；IED；串口通信；信息模型

1 前言

吐鲁番供电公司所管辖62座变电站中，有19座变电站都是采用的CDT规约，其他的变电站都是采用101规约,所有变电站中有54座具备第二路通道,采用104规约上送信息。

在新的网络化国际规约IEC 61850出现的今天，如何将采用旧规约的通信系统纳入新型网络化远动系统体系结构中，并保持原有系统结构和设备不变的情况下使其与最新的国际标准接轨，值得我们进行深入研究。

2 规约简析

CDT、IEC 60870-5-101 和IEC 60870-5-104规约(下文中我们描述为传统规约)在我地区得到广泛应用，在今后的一段时间内仍将是我们使用的主要规约，这些规约全部都是传统的面向点的电力远动规约，这些规约依靠各种数据地址“点”值来区分不同的信息，这些地址由远动工程师预先分配。

iec61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。规约的设计采用了面向对象的设计方法,层次化的数据结构使数据的维护简单明了，克服了以往采用点表罗列方式带来的困难,可以自我描述数据的含义(名称(name)),数据的类型(如整形，浮点或某种复杂结构),不再需要核对点表定义。

3 转换理论的研究

我局目前调控中心都不直接和变电站设备进行通信。变电站设备先与RTU相连，RTU再采用远动通信规约与调控中心的前置机通信。

而如果采用无缝通信体系，调控中心采用IEC 61850 规约通过调度数据网和变电站中的IED直接相连。对现有变电站的所有通信设备进行改造，则牵涉到变电站内相应设备的硬件和软件的替换。这种方法相当于要把变电站内大部分在正常工作的设备都替换下来，代价高昂，对现有资源是一种极大的浪费。

为此，我们认为在传统RTU上增加规约转换网关接入将来无缝远动体系是一种不错的选择。

101 规约和CDT 规约等传统规约同IEC 61850 的转换工作主要在协议转换网关中完成。网关一方面充当传统规约主站的角色，它收集变电站上传的数据，并把数据存储在网关中。另一方面，对IEC 61850 规约来说，网关是一个服务器，它把从变电站RTU 上传的数据按IEC 61850 的方式组织信息模型，并为调度中心――客户端提供标准的IEC 61850 服务。

传统规约是面向点的。而IEC 61850采用面向对象技术组织数据，它有自己定义的信息模型。运用IEC 61850进行信息传输，首先要完成的就是把传统规约上传过来的远动数据，按IEC 61850规约定义的信息模型组织起来。这种规约转换工作主要靠IED来完成。从控制中心看来，完全采用了IEC 61850的结构体系，等同于一个采用IEC 61850通信规约的IED。同时运用IEC 61850中定义的变电站配置语言，对上述网关的配置性能进行描述。

其转换过程可分为以下几步：

（1）101/CDT 报文数据通过串口通信解析成遥测遥信等变电站信息。

（2）根据IEC 61850 标准中的定义以及变电站信息，建立101/CDT 规约向IEC61850转换网关信息模型实例。

（3）进一步解析的变电站信息向转换网关模型实例所对应得数据对象映射及服务映射。

（4）用XML文档对转换网关的配置性能进行描述。

4 转换的实现

4.1 规约转换

根据规约转换理论我们知道帧数据通过串口通信解析成相应的远动信息，这些远动信息概括起来，可以分为四类：遥测、遥信、遥控、遥调。

遥测即远程测量：应用远程通信技术，传输被测变量的值。

遥信即远程指示，远程信号：对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。

遥控即远程命令：应用远程通信技术，使运行设备的状态发生变化。

遥调即远程调节：对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。

对于远动信息的分析，在规约转换的设计中是至关重要的。

根据现场传过来的远动信息，结合IEC 61850中定义的信息模型，建立符合IEC61850标准的对象实例，同时建立映射关系。最后建立此变电站转换网关的配置文档，并交付下层通讯使用。

下面以一简单变电站(命名为FY)为例，并以CDT规约作为传统规约的代表详细说明其规约转换的设计过程。其变电站配置为主变（1B）连接110kV及10kV母线，10kV出线间隔2个。

现有的遥测,遥信表分别表1和表2所示。

表1 FY 变电站遥测表

序号 标识

0 FREN-F1

1 FREN-F2

2 1B110-P

3 1B110-Q

4 1B110-Ia

5 1B110-Ic

6 1B10-P

7 1B10-Q

8 1B10-I

9 M01-Ua

10 M01-Ub

11 M01-Uc

12 M01-Uab

13 WENDU-T1

14 FT-FT1

15 004-P +1.85 +2047.0

16 004-I +123.99 +2047.0

17 005-P +1.59 +2047.0

18 005-I +98.19 +2047.0

表2 FY 变电站遥信表

序号 标识 遥控 说明

1 KG001 YES

2 KG002 YES

3 KG004 YES

4 KG005 YES

5 ZHBIZWS 主变重瓦斯

6 ZHBICD 主变差动

7 ZHBIFXGL 主变负序过流

8 ZHBYWBJ 烟雾报警

9 M01CHZ 10KV母线重合闸

10 M01GL 10KV母线过流

11 002JULI 距离保护

12 004JULI

13 004CD 差动保护

14 005JULI

15 005CD

4.2 信息模型建立

在IEC61850标准下，整个转换网关可看成一个IED，下面划分多个间隔(可看成逻辑设备)。这些间隔按照变电站的具体功能进行分解，运用面向对象的方法对子功能建立信息模型，间隔可对应为一个逻辑节点，间隔之上的电压等级则对应为一个逻辑设备。下一层的数据对象如位置信息，可采用SPC 类型的公共数据类，SPC 公共数据类不仅包含stVal 数据性（表示开关的状态信息），还包含ctlVal 数据属性（表示对开关状态的控制信息），体现了对开关状态的监视以及控制。对变电站设备控制功能的实现，通过将IEC 61850定义的信息模型映射到相应底层通信规约，如101或者CDT规约。这里的关键就是要实现传统规约的遥测、遥信、遥调和遥控等信息的在IEC61850中的建模。

在标准中对于逻辑设备的模型没有做规范，考虑到控制中心往往对变电站以间隔为单位进行监控，因此我们把一个间隔内的远动数据划分到同一个逻辑设备中是比较合理的。逻辑设备下面有划分逻辑节点，其配置如表3 所示。

表3 逻辑节点配置

LD1(间隔1) MMXU（测量单元），TCTR（电流互感器），CALH（报警），GGIO（通用I/O），XCBR(断路器)，YPTR（变压器）， YLTC（分接头），CSWI（开关控制），PIOC（瞬时过流），PDIF（差动保护）,XSWI

LD2(间隔2) MMXU，TCTR，XCBR，PDIS（距离保护），CSWI, XSWI

LD3(间隔3) TVTR（电压互感器），RREC（重合闸），PIOC，MMXU

LD4(间隔4) MMXU，PDIS，PDIF，CSWI，XCBR, XSWI

LD5(间隔5) MMXU，PDIS，PDIF，CSWI，XCBR ,XSWI

LDFY MMXU，GGIO

下面就以遥测信息建模为例，说明转换网关信息模型实现过程。

例如，变电站有一线路遥测信息如下：有功，无功和电流值。要建立其信息模型，首先就要选择合适的逻辑节点。IEC 61850定义的逻辑节点MMXU与其相对应。变电站线路中的有功、无功、电流值，可以建立逻辑节点MMXU实例如表4所示。

表4 测量单元逻辑节点实例

MMXU (测量单元逻辑节点实例)

Mode：INC

Beh：INS

Health：INS

NamPlt：LPL 继承公共逻辑节点类中所有必须的数据对象

TotW：MV 有功功率之和

TotVar：MV 无功功率之和

A：WYE 相电流

远动系统中遥测信息的逻辑节点建立比较简单。而遥信、遥控、遥调的信息模型建立则比较困难。因为远动规约所定义四遥信息往往代表控制中心对变电站的视角，它只要求监视和控制变电站关键部分或关键设备的运行状态，这使得通过IEC 60870-5-101 或CDT 上传的信息显得少而精；而IEC 61850-7-4 中的逻辑节点是从变电站的角度来建模的，它希望通过对一些具体的功能详细建模从而实现变电站内功能之间的配合，达到互操作的目的，所以IEC61850-7-4 中建模的信息模型要求包含的信息相对显的多而细。为此，只能根据IEC 61850 规定的扩展规则，选取能用的为其他功能建模的逻辑节点类型，或者根据自己的需要对逻辑节点进行扩展甚至定义自己的逻辑节点。

过流保护PIOC 逻辑节点实例如表5所示，对于距离保护PDIS 和差动保护PDIF，其实例类似表5。

表5 过流保护逻辑节点实例

PIOC1（过流保护逻辑节点实例）

属性名称 属性类型CDC 说明

数据对象（Data Object）

公共逻辑节点信息（Common Logical Information）

继承公共逻辑节点类中所有必须的数据对象Mode、Beh、Health、NamPlt，具体实例省略

状态信息（Status Information）

Op ACT 保护动作信息

4.3 通信服务模型构造

建立变电站自动化远动通信服务模型要充分考虑信息的类型和通信要求。在IEC61850 中，报告(Reporting)是由报告控制块控制的，报告上传的都是数据集（DataSet）所引用的数据。当报告控制块所监视数据集中的数据属性发生变化（数据值改变、品质属性改变或者数据更新等）时，就会触发一个报告的产生。

报告使用的数据集可以根据数据的优先级和数据的类别来建立。对变电站间隔1的继电保护动作信息，我们创建一个数据集FltRpt1，主要包括对线路一过流保护和距离保护的动作数据，如表6所示。

表6 数据集

DATA-SET

FltRpt1 名称

LD1/LLN0.FltRpt1 数据集实例的引用路径

PIOC1.Op 过流保护动作信息

PIOC2.Op 差动保护动作信息

4.4 配置文档说明

在IEC 61850-6 中定义了变电站配置描述语言SCL，它主要基于可扩展标记语言XML 1.0(eXtensible MarkupLanguage)。SCL 用来描述通信相关的IED 配置和参数、通信系统配置、开关站结构及它们之间的关系。主要目的是在不同厂家的IED 配置工具和系统配置工具之间提供一种兼容的方式，实现可共同使用的通信系统配置数据的交换。

基于SCL定义的信息模型，IEC 61850标准采用XML来建立变电站、IED、通信系统等模型的描述文档，并给出了建立各种模型描述文档所需要的XML模式（Schema），以达到在不同厂家提供的智能电子装置IED管理工具和系统管理工具之间，交换智能电子装置信息和变电站自动化系统信息的目的。

一个完整的SCL文件可分为两个基本部分，首部(header)和内容(content)，首部用来标识一个SCL 配置文件和它的版本号;内容主要包括变电站描述部分、IED 描述部分和通信系统描述部分:

（l）变电站部分，主要来描述一个变电站的功能结构，标识主设备及它们之间的电气连接。如果需要描述整个电力系统网络，就可能需要这样几个变电站节。这部分主要描述了变电站内电压等级、间隔、主设备、子设备以及变电站功能逻辑节点。

（2）IED部分，描述了一IED的访问点、逻辑设备和实例化的逻辑节点。另外还定义IED提供的通信服务、逻辑节点类型及数据对象实例。

（3）通信系统部分，描述了在逻辑节点之间通过逻辑总线和IED 访问点可能的通信连接路径。

5 结束语

传统远动规约是传统面向点技术的电力规约。由于网络技术的迅猛发展，特别是数字化变电站的兴起，它逐渐被新型的面向对象的IEC 61850电力规约所代替。以上在认真研究两规约的基础上，设计了规约转换网关。通过串口通信解析，网关信息模型建立，变电站信息映射，以及配置文档说明等一系列过程，最终实现规约。

参考文献：

[1]谭文恕.远动的无缝通信系统体系结构.电网技术,2001(8).

[2]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力,2006(8).

[3]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力,2006(8).

[4]孙军平.面向对象的变电站网络通信抽象模型.计算机工程与应用,2002(12).