張麗勝 陳世杰

（東方電子股份有限公司，山東 煙臺 264000）

1 引言

隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷進步，電力系統(tǒng)對信息共享和應(yīng)用集成的需求越發(fā)迫切。為此，國際電工技術(shù)委員會（IEC）的第 57技術(shù)委員會（IEC TC57）制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，包括用于調(diào)度中心EMS（Energy Management System）的IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)和用于變電站 SAS （Substation Automation System）的IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。通過建立標(biāo)準(zhǔn)的、開放的電力系統(tǒng)信息模型，促進各應(yīng)用間的互操作，降低生產(chǎn)和維護成本，提高系統(tǒng)可靠性。

目前，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)只應(yīng)用于變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備，變電站與調(diào)度中心之間的通訊仍然采用傳統(tǒng)的IEC60870-5-101或IEC60870-5-104規(guī)約，這就需要遠(yuǎn)動工作站進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。并且由于傳統(tǒng)規(guī)約不支持面向?qū)ο蟮慕７椒?，必須將IEC 61850的對象轉(zhuǎn)換為若干個信息點，導(dǎo)致需要極其復(fù)雜的轉(zhuǎn)發(fā)信息配置工作，極大的增加了組態(tài)和調(diào)試的工作量，而且容易出錯。此外，對于無法轉(zhuǎn)換的信息，只能簡單丟棄。

本文介紹了如何解決IEC 61850與IEC 61970信息交互所要涉及到的通信、模型以及圖形問題。調(diào)度系統(tǒng)采用基于 IEC 61850的擴展通信協(xié)議與變電站進行通信，這樣就不需要經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換，而且互操作性更好，可以減少調(diào)試、維護的工作。另外，調(diào)度系統(tǒng)可以直接訪問 IEC 61850對象模型，轉(zhuǎn)換為 IEC 61970模型，并自動導(dǎo)入生成數(shù)據(jù)庫表，減少向EMS中新增廠站所需要的時間和工作。變電站與調(diào)度系統(tǒng)之間采用SVG格式來交換單線圖文件，在變電站端完成調(diào)試?yán)L圖工作后，可方便地用于調(diào)度系統(tǒng)。

2 擴展的IEC 61850通信協(xié)議

IEC 61850采用面向?qū)ο蠓椒ê徒y(tǒng)一建模語言，通過所定義的邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性與公共數(shù)據(jù)類等來描述變電站及設(shè)備的信息，并為其建立基于對象的數(shù)據(jù)模型，同時借助于基于可擴展標(biāo)記語言XML的變電站配置描述語言（Substation Configuration Description Language，SCL）使模型的自描述成為了可能。另外使用特殊通信服務(wù)映射（specific communication service mapping，SCSM）與抽象通信服務(wù)接口（abstract communication service interface，ACSI）可以方便地適應(yīng)底層通信技術(shù)的發(fā)展。

以上所有的這些特性都是傳統(tǒng)遠(yuǎn)動規(guī)約所不具備的。因此IEC 61850不應(yīng)僅僅局限于變電站內(nèi)部，還應(yīng)向遠(yuǎn)動系統(tǒng)擴展，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無縫連接。最終過程層到間隔層、間隔層到站控層采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61850通信協(xié)議，從變電站到調(diào)度中心采用基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的擴展IEC 61850通信協(xié)議，變電站與調(diào)度中心之間經(jīng)由通信網(wǎng)關(guān)進行通信，只需增加少量服務(wù)即可，從而可省去變電站與調(diào)度中心之間數(shù)據(jù)交換所需的規(guī)約轉(zhuǎn)換。鑒于以上考慮，本研究提出了如圖1所示的基于IEC 61850的遠(yuǎn)動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制中心的角度來看，擴展的IEC 61850協(xié)議應(yīng)增加調(diào)度中心這個層次。

從ASCI抽象通信服務(wù)接口考慮，協(xié)議需要增加一個Substation（變電站）類模型，該類具有如下結(jié)構(gòu)：

表1 SUBSTATION（變電站）類定義

屬性Server標(biāo)識在整個變電站中由通信網(wǎng)關(guān)所代理的全部IED裝置。屬性File標(biāo)識通信網(wǎng)關(guān)包含的文件，屬性TPAppAssociation 標(biāo)識客戶，它和通信網(wǎng)關(guān)維持雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)。

客戶使用GetSubstationDirectory服務(wù)檢索通信網(wǎng)關(guān)所代理的全部IED名或FILE名。為了支持全站的自我描述，整個擴展標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了GetXXDirectory和GetXXDefinition服務(wù)如圖2所示。

圖2 目錄和屬性定義服務(wù)概述

客戶使用這些服務(wù)檢索變電站中全部類的全部實例和整個分層的定義。

相應(yīng)的，其他的ACSI抽象服務(wù)接口需要在請求以及響應(yīng)結(jié)果的ObjectReference（對象引用）中增加所屬IED這一層次，例如在DATA類中DataRef （數(shù)據(jù)ObjectReference）以前是LDName/LNName.DataName[.DataName[. ...]]，現(xiàn)在擴展為IEDName∶ LDName/LNName.DataName[.DataName[. ...]]。

擴展的IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在在線讀取變電站信息時是必須實現(xiàn)的，在離線通過變電站SCD配置文件獲取變電站信息的情況下，考慮到目前的ObjectReference（對象引用）中LDName中已經(jīng)包含IEDName和LDinst名，根據(jù)LDName即可區(qū)分出所屬IED裝置，即現(xiàn)有的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)無須改動就可使用，只需要在網(wǎng)關(guān)機和前置機中通過程序處理即可。

3 IEC61850模型轉(zhuǎn)換為IEC61970模型

本文主要研究了IEC 61850 SCL模型轉(zhuǎn)換到IEC 61970 CIM模型的方法。主要涉及到一次設(shè)備的轉(zhuǎn)換、設(shè)備連接模型的轉(zhuǎn)換、量測模型轉(zhuǎn)換以及保護相關(guān)模型的轉(zhuǎn)換。生成的CIM模型再由EMS系統(tǒng)工具導(dǎo)入?yún)?shù)庫表中。

對于變電站提供的SCD文件，在一次設(shè)備及保護裝置的命名上應(yīng)該采用與主站系統(tǒng)一致的URI（統(tǒng)一資源標(biāo)識）命名規(guī)則。

3.1 一次設(shè)備及連接模型的轉(zhuǎn)換

對于Substation、 VoltageLevel、 Bay、PowerTransformer、TransformerWinding的描述兩個標(biāo)準(zhǔn)是一致的，SCL模型中的ConductingEquipment需要根據(jù)其設(shè)備類型轉(zhuǎn)換為CIM模型中導(dǎo)電設(shè)備Conducting-Equipment的子類Breaker、Disconnector、Compensator、EnergyComsumer、SynchronusMachine等。

對于IEC 61850中CON、FAN、PSH、BAT、BSH、RRC、TCR等SCL中的類型，沒有合適的CIM類與之對應(yīng)?？梢灾苯愚D(zhuǎn)換成ConductingEquipment對象，同時在關(guān)聯(lián)的PSRType對象中標(biāo)識出該對象的類型。

在IEC 61850中母線沒有單獨建模，是一種特殊的間隔，可稱為母線間隔，在此間隔中沒有導(dǎo)電設(shè)備，只有連接點的定義，可以從這種特殊的母線間隔來生成母線的CIM模型。

IEC 61850 SCL模型中給出的設(shè)備容器(變電站、電壓等級區(qū)、間隔)及設(shè)備類型可以構(gòu)成比較完備的變電站內(nèi)對象層級關(guān)系，結(jié)合通過連接點（ConnectivityNode）和導(dǎo)電設(shè)備端點可生成IEC 61970的全站拓?fù)溥B接模型。

3.2 量測模型的轉(zhuǎn)換

這里用到IEC 61850的數(shù)據(jù)集模型，以DATASET中的FCDA來映射到CIM模型中的Measurement類。首先規(guī)定了SCD文件中上送數(shù)據(jù)集的命名規(guī)則，例如遙測數(shù)據(jù)集以DsAin開頭，遙信以DsDin開頭，保護量測以DsRelayAin開頭等，這樣做的好處是可以方便地找到需要轉(zhuǎn)換的量測，象過程層與間隔層之間通信的數(shù)據(jù)集就可以直接忽略掉。根據(jù)FCDA中的DoName確定量測類型，量測描述在LN結(jié)構(gòu)中查找，根據(jù)IED所處間隔與主設(shè)備來確定量測所關(guān)聯(lián)的設(shè)備端子。

3.3 保護相關(guān)模型的轉(zhuǎn)換

IEC 61850 中保護模型分解轉(zhuǎn)換為CIM模型的保護裝置模型、保護量測模型、保護定值模型。

需要IED廠家預(yù)先提供本裝置型號表示的保護類型。保護類型大致分下面幾類：

①母差保護；②變壓器保護；③線路保護；④發(fā)變組保護；⑤斷路器保護；⑥電抗器保護；⑦電容器保護；⑧故障錄波器；⑨母聯(lián)保護；⑩低頻解列裝置。

這些保護類型在CIM模型通過擴展一個自定義的＜cimEx∶ProtectionType＞類預(yù)先定義,通過分析SCD文件中IED所處間隔和信息，可得到IED裝置型號、描述、生產(chǎn)廠家、間隔、所保護一次設(shè)備，生成經(jīng)過擴展的CIM模型中ProtectionEquipment類。

各廠家的保護裝置定值出廠缺省值需要與保護裝置信息一起提供，因為目前IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中在建模時還沒有標(biāo)準(zhǔn)方法存放缺省的預(yù)置定值，這個一般是各個廠家內(nèi)部實現(xiàn)。通過擴展CIM模型的Measurement類來對應(yīng)SCL中的定值模型。

保護量測的處理類似普通量測，只是不再關(guān)聯(lián)到設(shè)備端子，直接關(guān)聯(lián)到所屬保護裝置。

4 SVG圖形格式規(guī)范

在電力系統(tǒng)中要涉及大量的接線圖、潮流圖等，往往在廠站端完成后，主站端又需要重復(fù)一遍。因此需要一種圖形標(biāo)準(zhǔn)來避免重復(fù)的勞動和不同廠商圖形格式之間的不兼容，可伸縮矢量圖形（SVG，Scalable Vector Graphics）正好可以彌補這個不足。

變電站的SVG圖形可以來自IEC 61850配置工具，也可由專用工具從私有圖形轉(zhuǎn)換導(dǎo)出。變電站的SVG圖形文件需要提供給調(diào)度中心使用，所以需要有一定規(guī)則確保與主站轉(zhuǎn)換得到CIM模型相一致。

SVG圖形與CIM關(guān)聯(lián)一般采用以下方式中的一種：

（1）Id關(guān)聯(lián)。即通過SVG對象的Id屬性與CIM對象關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)。這種方式因為變電站與主站同一電力設(shè)備的Id并不一定相同而無法采用。

（2）Metadata元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。Metadata是一種描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，主要用于描述數(shù)據(jù)資料的一些屬性，用來標(biāo)明數(shù)據(jù)資料的存儲位置、查詢方式等信息。本規(guī)范采用提供＜metadata＞元數(shù)據(jù)來與CIM模型相關(guān)聯(lián)。如下例所示一個接線圖上的量測圖元：

其他SVG圖形對象均類似處理，ObjectID采用“電壓等級間隔對象名”或“IED裝置引用名”表示層級關(guān)系。由于＜metadata＞元素支持任何XML兼容的Metadata語法，可以通過指定命名空間，采用需要的格式對SVG圖形對象進行描述，比僅用圖形對象Id關(guān)聯(lián)的方法更為靈活。

5 結(jié)論

IEC61850/61970系列標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)信息一體化提供了強大的技術(shù)基礎(chǔ)，也必將對今后電力系統(tǒng)信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。采用本文描述的擴展IEC 61850通信協(xié)議、SCL與CIM模型轉(zhuǎn)換方法以及SVG交換圖形文件規(guī)范，研發(fā)了IEC 61970 EMS與IEC 61850變電站信息交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)在紹興電力局調(diào)度中心備用EMS與110KV大侶變之間實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)、模型轉(zhuǎn)換以及圖形文件的交換。驗證了IEC 61850數(shù)字化變電站無縫接入IEC 61970主站的可行性，對今后的系統(tǒng)設(shè)計有較大的參考價值。

[1]胡靚, 王倩. 基于IEC 61850與IEC 61970的無縫通信體系的研究. 電力系統(tǒng)通信, 2007,28(12)∶15-19.

[2]朱永利, 王德文, 邸劍, 翟學(xué)明. 遵循 IEC 61850的新型網(wǎng)絡(luò)化電力遠(yuǎn)動系統(tǒng). 華北電力大學(xué)學(xué)報,2008, 35(16)∶57-61.

[3]浙江省電力公司, Q/ZDJ 48-2006, 基于 SVG的公共圖形交互規(guī)則.2006.