胡春潮

(廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080)

基于IEC 61850動態(tài)數據集的源端維護技術研究

胡春潮

(廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080)

數據的源端維護是電力自動化系統(tǒng)一體化建設和標準化運行的基礎，是避免數據重復傳輸和提升自動化系統(tǒng)集成度的重要途徑。利用IEC 61850動態(tài)數據集技術進行變電站數據源端維護，建立廠站端全站多業(yè)務統(tǒng)一數據模型；在生成全站系統(tǒng)配置文件的基礎上，構建主、子站共享的公共信息模型文件，同時提供反映兩種文件映射關系的關聯(lián)關系文件以及反映系統(tǒng)接線圖的可縮放矢量圖形文件?；贗EC 61850文件傳輸和動態(tài)數據集功能實現關鍵文件傳輸及訂閱發(fā)布過程，可大幅簡化中間映射和維護過程，有效提高源端維護效率。該技術已在廣東電網的智能變電站中得到應用和實踐。

源端維護; 訂閱發(fā)布; IEC 61850; 動態(tài)數據集體

各級電力自動化系統(tǒng)的一體化運作，對智能變電站和主站之間的無縫通信提出了很高的要求[1]。數據的源端維護是智能變電站的重要技術，用于實現變電站源端數據的標準化，以便于各類自動化系統(tǒng)數據共享，能夠大幅提高系統(tǒng)工作效率，減少重復工作[2]。

變電站作為系統(tǒng)數據采集、數據建模的源端，提供各種可自描述的配置參量，并通過遠動規(guī)約、模型轉換等功能實現主站端直接導入和使用。維護時僅需在變電站利用統(tǒng)一配置工具進行配置，生成包括變電站主接線圖、網絡拓撲及數據模型等在內的標準配置文件[3-4]。當前廣泛采用的方法是通過擴展IEC 60870-5-104規(guī)約的方式實現主子站圖模的源端維護。然而在實踐中，擴展IEC 60870-5-104規(guī)約的源端維護方法存在一些問題，比如整個維護流程需要在面向對象模型與點表之間的兩次轉換，轉發(fā)信息表配置復雜，組態(tài)和調試工作量大，擴展IEC 60870-5-104的源端維護方法維護流程復雜、易出錯等。

本文提出一種基于IEC 61850動態(tài)數據集的數據源端維護方法，在廠站端根據變電站全景信息模型生成全站系統(tǒng)配置(substation configuration description，SCD)文件，并結合電網模型形成公共信息模型(common information model，CIM)文件，通過組織結構和專業(yè)系統(tǒng)確保信息來源的唯一性和準確性。同時，建立與CIM文件對應的可縮放矢量圖形(scalable vector graphics，SVG)電網拓撲結構圖形和提供反應SCD與CIM文件映射關系的關聯(lián)關系(reference，REF)文件。進一步地，主子站根據需求訂閱相關信息，實現高效的遠端維護。IEC 61850的出站方式具備面向對象模型的直接貫通、數據自描述等優(yōu)勢，為主子站綜合數據傳輸和多業(yè)務一體化維護提供了較好的技術方向。

1 變電站數據源端維護現狀分析

目前，主子站間的通信仍主要采用基于點表的IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-104等規(guī)約。圖1為通過擴展IEC 60870-5-104規(guī)約實現主子站圖模的源端維護的系統(tǒng)架構。

VER—版本文件，version的縮寫；MAP—映射關系，mapping的縮寫。圖1 基于IEC 60870-5-104規(guī)約的源端維護系統(tǒng)架構

當前，廠站端內部通信使用IEC 61850規(guī)約，主子站之間則使用IEC 60870-5-104規(guī)約?；贗EC 60870-5-104規(guī)約的源端維護具體流程如圖2所示。

圖2 基于IEC 60870-5-104規(guī)約的源端維護流程

主站根據廠站端VER信息判斷是否需要召喚相應文件，并接收通過智能遠動機上傳的變電站模型、圖形，選擇生成并下發(fā)信息點表，可將相應模型拼接到系統(tǒng)所維護的電網模型中，以建立前置與后臺應用之間的信息點MAP，同時在上送的圖形基礎上以最小開銷生成主站端所需圖形。

智能遠動機轉換后的站端模型、畫面統(tǒng)一上送各主站進入數據中心，主站各應用(如穩(wěn)態(tài)監(jiān)視、動態(tài)監(jiān)視、暫態(tài)監(jiān)視等)通過數據中心提供的服務(具備更新通知機制)獲取，各應用自行構建通信點表及與站端的數據通信，子站的圖形繪制需滿足文獻[5]的要求，導出結果滿足文獻[6]的要求。

主站圖形維護工具能夠將智能遠動機提供的廠站端上傳的圖形進行再加工，通過統(tǒng)一圖形繪制規(guī)范和圖形交換規(guī)范，實現從廠站到各級主站的主要圖形畫面的一致顯示。

2 基于IEC 61850動態(tài)數據集的數據源端維護實現基礎與思路

2.1 數據源端維護實現基礎

隨著智能變電站的推廣和普及，為滿足智能變電站在不同應用場景下的描述需求，變電站端根據IEC 61850、IEC 60870以及DL/T 890標準分別形成SCD文件、CIM文件和SVG文件等變電站描述文件。

SCD是IEC 61850-6標準規(guī)定的變電站二次配置描述文件。SCD文件不僅描述了變電站二次裝置的測點信息、通信配置、動作行為等信息，還描述了變電站一次設備的數據模型以及一次設備與二次裝置之間的關聯(lián)關系。SCD文件所包含的豐富的模型和配置信息，能夠很好地滿足數據源端維護的需要，為變電站內各類應用系統(tǒng)提供了強大的數據支持。

CIM是EMS-API框架的一個重要部分，它定義了電力系統(tǒng)模型。CIM描述電力企業(yè)的所有主要對象，通過提供一種用對象類和屬性及他們之間的關系來表示電力系統(tǒng)資源，實現涉及電力系統(tǒng)運行的不同方面的系統(tǒng)應用的集成。

SVG能夠繪制實際的電網拓撲結構圖形，圖形中形象展示電力系統(tǒng)中各設備及其參數、設備間的物理拓撲、量測量等參數，并作為標準的圖形格式進行交換。

各類文件提供了不同應用需求下的變電站配置和運行數據描述，各類文件中不同的描述對象和建模方法，成為構建基于IEC 61850動態(tài)數據集的數據源端維護的實現基礎。

2.2 數據源端維護實現思路

采用基于IEC 61850動態(tài)數據集的數據源端維護，需要在廠站端利用統(tǒng)一系統(tǒng)配置工具進行配置，生成包括廠站端二次拓撲參數、智能電子設備(intelligent electronic device，IED)數據模型及兩者之間的聯(lián)系等內容的標準配置文件。變電站主接線和分畫面圖形，圖元與模型關聯(lián)等信息，則通過SVG提供給上級自動化系統(tǒng)。

主站獲取廠站端生成的圖模文件后，完成模型拼接和圖形導入，并自動生成變電站設備表、量測信號表等相關參數。源端數據以IEC 61850為出站規(guī)約，充分利用IEC 61850動態(tài)數據集技術，可以在調度端簡潔方便地應用變電站形成的這些數據模型及圖形，完成訂閱發(fā)布并實現數據的免維護。

調度(調控)中心根據標準配置文件，自動解析并導入到自身系統(tǒng)數據庫中，實現廠站、主站共享建模。其中涉及的主要技術點有：IEC 61850和IEC 61970模型轉換技術，主站端模型拼接技術，基于SVG標準格式的圖形分層和自動成圖技術，數據交換點表訂制和鏈路自動重建技術以及模型版本管理技術。在變電站端維護變電站模型、圖形，遠動通信規(guī)約數據點表，主站模型、圖形之間的對應關系，簡化工程配置與調試。

通信規(guī)約由IEC 60870-5-104變?yōu)镮EC 61850后，子站上送文件在原來的SVG、CIM的基礎上增加了上送SCD和REF文件。為保持向下兼容性，盡量復用原有實現的方式與原有流程共有的文件，并保持格式不變。IEC 61850通信可由子站在建模時在站級IED中建立圖模等文件變化的Do，然后通過該點的變化，觸發(fā)主站下發(fā)召喚相應文件的命令，從而實現源端維護文件的隨時上送。

3 基于IEC 61850動態(tài)數據集的數據源端維護實現方案

3.1 數據源端維護的文件管理

基于IEC 61850動態(tài)數據集的源端維護在信息交互流程中，主要涉及SCD、CIM類型的文件、SVG文件和REF文件四類文件，本文分別闡述各類文件應用對象和方法。

3.1.1 SCD文件

廠站端采用IEC 61850標準進行全站建模，通過配置SCD模型文件，對變電站的電網結構，一次設備、二次設備及其關聯(lián)關系進行全面描述。SCD中集成了系統(tǒng)規(guī)范描述(system specification description，SSD)文件信息，SSD文件中則包含了導電設備對象、導電設備拓撲連接關系、導電設備與二次設備邏輯節(jié)點之間的關聯(lián)關系等內容[7]。

3.1.2 CIM文件

電網模型參數、運行數據原則上按照調度隸屬關系進行源端維護。站內模型文件SCD轉換為CIM模型，CIM模型中統(tǒng)一資源標識(uniform resource identifier，URI)采用Q/CSG 1204005.37規(guī)定的群體身份(group identification，GID)表示。廠站端實現IEC 61850 SCD模型到IEC 61970 CIM模型的唯一轉換，內容包括電網模型、測點模型、二次設備模型等。廠站端提供的所有信息模型，提供給各級主站進行導入使用。各類設備進行規(guī)范化命名，形成含路徑的全名，并以設備全路徑名為系統(tǒng)內唯一標識。

IEC 61850標準定義的一次模型與CIM模型基本類似，由廠站、電壓等級、間隔、設備，變壓器、變壓器卷等組成，二者可以直接映射轉換。通過ConnectivityNode類和Terminal類可以生成電網拓撲關系。通過一次設備與二次設備邏輯節(jié)點(LNode)的關聯(lián)關系，可以生成一次設備的遙信、遙測、遙控和遙調等測點。

數據模型涉及多個業(yè)務系統(tǒng)，數據模型的建立原則是分布式源端維護、統(tǒng)一使用、統(tǒng)一管理，使用自頂向下和自底向上相結合的策略維護和使用數據模型。建立基于IEC 61850的統(tǒng)一信息模型，不僅可以實現數據共享，也可以實現站內裝置與主站間服務和數據的轉發(fā)[8]。

在全局模型的元數據中，按對象類型和屬性與組織機構和專業(yè)系統(tǒng)相關聯(lián)，采用以下方式保證維護信息的唯一來源和準確性。

a) 只有一個業(yè)務系統(tǒng)負責創(chuàng)建對象和數據，其他業(yè)務系統(tǒng)引用該對象和數據；

b) 對象的創(chuàng)建應保證來源唯一，如變壓器對象以自動化為準，保護裝置以保護部門維護為準，由注冊中心分配唯一的ID；

c) 模型參數應保證來源唯一，例如靜態(tài)參數由自動化維護，暫態(tài)參數由方式維護。

業(yè)務模型需在業(yè)務系統(tǒng)內進行正確性驗證，保證在專業(yè)范圍內數據是正確的，然后提交到全景模型的工作版本，進行合并和全局驗證。全景模型數據集成過程支持周期、觸發(fā)和人工控制三種方式，允許用戶控制維護的流程。

3.1.3 SVG文件

廠站端按照DL/T 890標準繪制主接線圖及相關的分畫面，并且應符合SVG文件格式。SVG文件包含圖形與CIM模型的對照關系。SVG圖形交換文件的電壓等級的顏色定義和公共圖元部分，放在對應文件開頭的defs定義處，通過style樣式和symbol圖符標示，其中symbol部分，id是圖元的唯一標示，名稱由圖元類型和名稱@態(tài)組成，使用use引用已經定義的圖元，xlink:href用來標示所要引用的圖元。每個圖元的每一種顯示狀態(tài)單獨用symbol標示。正文部分是各種圖層的集合，每一類的電力圖符統(tǒng)一放在對應的圖層中，由分隔。metadata用于cge:PSR_Ref是該對象的領域數據[9]。

3.1.4 REF文件

當采用以IEC 61850為基礎的遠方通信規(guī)約時，需要有數據關系文件完整地描述廠站端模型和主站端公共信息模型之間的對應關系。CIM模型URI、SVG文件的ObjectID和變電站數據描述名的映射關系在REF文件中進行規(guī)定。

3.2 數據源端維護的實現流程

與傳統(tǒng)IEC 60870-5-104規(guī)約相比，基于IEC 61850的源端維護方法的區(qū)別在于：IEC 60870-5-104規(guī)約子站接收到主站挑過點的點表后，重新生成子站模型文件，通過特定報文通知主站子站模型變化；而IEC 61850可通過在線生成動態(tài)數據集的方式來實現主站的挑點功能?；贗EC 61850的源端維護方法的實現可概括為文件傳輸、模型/圖形校驗、模型/圖形導入、數據篩選/訂閱發(fā)布和啟動數據傳輸五部分。

3.2.1 文件傳輸

在IEC 61850-7-2部分定義的抽象通信服務接口(abstract communication service interface，ACSI)中，對文件對象作出了抽象。ACSI提供下列文件服務：GetFile為客戶端使用，服務將文件內容從服務器傳輸到客戶端；SetFile為客戶端使用，服務將文件內容從客戶端傳輸到服務器；DeleteFile為客戶端使用，服務在服務器的文件倉庫中刪除文件；GetFileAttributeValues為客戶端使用，服務在服務器的文件倉庫中獲取指定文件的屬性[9]。

基于IEC 61850的源端維護在信息交互流程如圖3所示。

圖3 基于IEC 61850廣域通信的源端維護流程

3.2.2 模型/圖形校驗

主站對收到的CIM、SVG文件需要進行有效性和合理性校驗。CIM模型校驗工具和SVG文件校驗工具檢測變電站端提供的模型和圖形文件，應滿足IEC 61970規(guī)范要求。主站應檢驗SVG圖形是否符合SVG標準，校驗通過后，將CIM文件和SVG文件轉換為主站圖形、模型參數。

模型文件在導出和導入時，需結合量測信息進行拓撲連接關系、狀態(tài)估計計算等校驗。拼接形成的全網模型通過語法、語義和簡單邏輯校驗后，調度端可以導入(或生成)離線數據庫，生成畫面，生成通信索引表，也可在孤立的工作站上進行潮流、靜態(tài)安全分析、暫穩(wěn)仿真等測試。驗證測試通過后，該模型及其對應的數據庫、畫面、索引表等方可投入在線運行。

3.2.3 模型/圖形導入

模型/圖形導入主要指變電站系統(tǒng)上傳的標準SVG圖形文件解析，以及將基于SVG文件的主站圖形格式轉換。若是在解析SVG圖形文件過程中或者轉換過程中存在錯誤信息等，應給出明確提示。

圖形系統(tǒng)提供導入和導出的功能，基于主站提供的標準圖元文件，包括斷路器、隔離開關、變壓器等一次圖元，利用SVG導入功能，把標準圖元導入到本地的圖形系統(tǒng)，保存成本地文件格式，完成本地系統(tǒng)的標準圖元的顯示[10]。

圖形轉換工具主要是將變電站提供的圖形文件轉換為主站圖形文件。SVG文件解析器負責解析SVG文件，得到文檔對象模型(document object model，DOM)樹。私有格式圖形文件轉換工具負責根據解析得到的SVG信息，生成符合主站要求的SVG圖形文件，便于轉換為主站的私有圖形文件。

3.2.4 數據篩選/訂閱發(fā)布

主站可以通過訂閱發(fā)布服務實現變電站模型、數據的靈活配置和動態(tài)管理。完成圖模的校驗和導入后，調度端往往并不需要訂閱變電站的完整數據，而是希望變電站能夠提供調度相關的數據。為減少通信流量和避免不必要信息傳遞，需要對子站上送信息進行篩選，篩選結果通知前置服務器以完成相關參數配置。

訂閱發(fā)布是在源端維護的基礎上實現調度端所關心的數據的動態(tài)訂閱。源端維護主要實現手段是提供變電站的數據關系文件，調度端能夠以此文件為基礎獲得整個變電站完整的IEC 61850標準數據模型，以及IEC 61850標準與CIM之間的對應關系，但該關系文件不能動態(tài)修改。這可以通過IEC 61850標準的動態(tài)數據集來實現，調度端在獲得完整模型的基礎上挑選關心的數據，形成IEC 61850標準的數據集，通過IEC 61850標準的動態(tài)數據集服務將此數據集下發(fā)，遠動裝置以新的數據集為基準更新發(fā)往調度中心的數據，完成訂閱發(fā)布功能。

為完成數據集的訂制，調度中心的IEC 61850客戶端提供CreateDataSet和DeleteDataSet服務，調度中心用此服務完成所需數據的重新組織，數據集的重新組織需在訂閱發(fā)布邏輯設備(logical device，LD)中完成。訂閱發(fā)布LD模型需提供足夠的報告控制塊，以滿足所有客戶端要求。報告控制塊所對應的數據集由客戶端在線生成和指定。采用CreateDataSet服務，通過雙邊應用關聯(lián)(two party application association，TPAA)建立Data-Sets非永久性實例，非永久性實例僅對建立該實例的客戶是可視的。當TPAA釋放或異常中止時，應自動刪除Data-Sets的非永久性實例[11]。

3.2.5 啟動數據傳輸

主站完成篩選數據的發(fā)布后，通過接口調用，使IEC 61850服務端重新建立報告控制塊與動態(tài)數據集的關聯(lián)，使能選定的報告控制塊開始正常數據傳輸。

4 結束語

基于IEC 61850動態(tài)數據集服務的變電站源端維護和訂閱發(fā)布技術在廣東電網有限責任公司電力科學研究院的“基于IEC 61850的統(tǒng)一縱向數據總線技術研究及應用”項目中得到了應用和實踐。項目實現了電力自動化主站與變電站間基于IEC 61850的能量管理系統(tǒng)(energy management system，EMS)、繼電保護故障信息管理系統(tǒng)、計量自動化系統(tǒng)、廣域相量測量系統(tǒng)(wide-area phasor measurement system，WAMS)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等多業(yè)務系統(tǒng)綜合數據遠傳，實現了多業(yè)務的主子站綜合數據交互。測試結果表明該實現方式簡化了工程配置與調試，效果良好，但由于運行現場有限，在具體流程等方面仍有許多需要改進之處。

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(編輯 查黎)

Substation Data Source-side Maintenance Based on IEC 61850 Dynamic Dataset

HU Chunchao

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510080, China)

Data source-side maintenance is the basis for integrated construction and standardized operation of electric power automatic system as well as an important way to avoid repeated transmission of data and improve integration level of the automatic system. This paper uses IEC 61850 dynamic dataset technology for substation data source-side maintenance and to establish a uniform data model for multi-service of the station at factory station side. On the basis of producing substation configuration description (SCD) file, it constructs shared common information model (CIM) file for the master station and substation, and provides reference files reflecting mapping relationship between those two kinds of files and scalable vector graphics (SVG) file reflecting system connection diagram. Based on EIC 61850 file transmission and dynamic dataset, this model can realize process of file transmission and subscription/publish, simplify middle mapping and maintenance, and effectively improve source-side maintenance efficiency. This technology has been applied and implemented in intelligent substations of Guangdong power grid.

source-side maintenance; subscription/publish; IEC 61850; dynamic dataset

2016-08-05

廣東省智能電網新技術企業(yè)重點實驗室資助項目(2060299)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.12.011

TM76

A

1007-290X(2016)12-0057-05

胡春潮(1984)，男，湖北黃岡人。工程師，工學碩士，主要從事智能變電站運行和維護技術、智能電網技術研究工作。