基于IEC61850标准的定值模型应用与测试

黄浩声，许小兵，卜强生

（1.江苏省电力试验研究院有限公司，江苏南京211103；2.无锡供电公司，江苏无锡214061）

在智能变电站调试过程中，需要对保护装置的定值进行远控操作，如修改定值、切换定值区等。相对于传统规约，IEC61850规约具有良好的互操作性，使得定值远控操作只需后台与保护装置直接通信，定值远控操作本身并不复杂，但为了在试验过程中，更好地处理出现的问题，需要对IEC61850建模构想及IED装置的ICD（IED Configuration Description）文件都有一定的熟悉。

1 IEC61850标准模型概述

IEC61850通信标准采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口（ACSI），对变电站自动化系统中的对象进行统一建模，将应用功能（如保护功能、测量功能等）分解为信息最小实体（如差动保护、距离保护等），称为逻辑节点，逻辑节点包含数据（如差动动作值、差动动作时间等），数据又包含数据属性，用以详细描述数据（如最大值、最小值、量纲等）。合理的组合逻辑节点，便构成一个逻辑设备，逻辑设备再复合成为服务器（即一个物理装置）。服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据及数据属性构成了IEC61850模型的层次关系[1]。这些模型再与抽象服务通信接口结合起来，形成了带有自描述信息且开放的通信平台，如图1所示。

图1中左边显示了模型的层次关系，右边显示了基于功能的控制块信息，还有控制块与逻辑节点之间的关系。在标准中，定义了数据集的模型，该模型是一系列数据及其数据属性的集合，以实现对不同模型、不同逻辑节点同时进行操作。举例来说，有多个逻辑节点都会包含有定值数据，如差动保护逻辑节点有差动启动值等数据，距离保护逻辑节点有距离阻抗值等数据，为方便定值的统一操作，将所有定值数据归类成一定值数据集，与遥测、遥信等数据集一起构成装置多个数据集，如图2所示。

图1 ACSI概念性服务模型

图2 装置数据集结构图

2 模型结构文件ICD

ICD文件，意指智能设备配置描述文件，是对一个装置功能进行分解建模后，将其所能提供的基本数据及服务，用基于可扩展标记语言（XML）的变电站配置描述语言（SCL）来描述。ICD文件分为4个主要元素[2]：Header，Communication，IED和Data T-ype Templates，如图3所示。其中，Header由特定IED模型文件的版本和订正号以及名称映射信息组成；Communication定义了装置通信方式以及访问点信息；IED是对装置逻辑设备的具体描述，主要包含逻辑设备的组成（逻辑节点以及数据对象）情况，以及逻辑设备与配置文件中其他元素的关系；Data Type Temp1ates部分定义了文件中所有逻辑节点、数据对象、数据属性以及枚举数据的模型等。

图3 装置ICD结构图

图3展示了IEC61850的模型结构，IED装置有1个外部访问节点（Access Point），包含服务器Server，服务器中包含1个LD，LD由1个LN0和24个LN构成。而LN0里就包含定值数据集在内的所有DataSet，如图4所示。

该定值数据集引用了各逻辑节点的数据作为成员，并且成员的排列顺序与装置说明书定值单中定值的顺序保持一致。图4中ld Inst为逻辑设备实例；Ln Class为逻辑节点类型；Ln Inst为区分相同类型逻辑节点而设的实例号；doName为数据名；fc则为数据的功能约束,该项值为SG，说明该数据集里数据为定值组数据。

图4 定值数据集ICD结构图

3 定值组控制服务

定值远控操作需按IEC61850定义的服务来操作，按IEC61850定义，定值组控制模块SGCB提供了激活定值区（Select ActiveSG）、选择编辑定值区（Select EditSG）、设置定值（SetSG Values）、确认修改定值（Confirm EditSG Values）、读定值（GetSG Values）、读定值控制块内容（GetSGCBValues），其服务说明如图5所示。

图5中SG的值由PDIF和PVOC 2个不同的逻辑节点提供，在这个模型中，有3组定值，图左的Select ActiveSG服务决定选择SG1号、2号、3号的哪组值复制到激活缓冲区（active buffer）。图中选择将SG1号设置成激活状态。Select EditSG服务切换右侧多路开关至SG3号，用GetSG Values和SetSG Values服务读写编辑缓冲区(edit buffer)的SG值。SG3号的值写入编辑缓冲区后，客户端以ConfirmEdit-SGValues确认存储在编辑缓冲区的新值。Get SGCB Values服务可以检索SGCB的属性。而SG中的DATA可以由GetSG Values服务直接访问。

4 常见问题及处理

4.1 模型动态配置与静态配置

某后台软件的定值召唤界面如图6所示。由图6看到定值召唤的数据有：当前值、量纲、最小、最大值及步长，其中步长都为0显然是错误的。

究其原因，是因为在ICD文件中，模型分为动态描述与静态描述，所谓动态描述，就是配置文件中并不直接定义模型参数值，需要客户根据ICD文件所描述的地址去装置内部读取。而静态配置，则是在ICD文件中直接定义模型参数值，后台软件只需解析ICD文件就能直接得到相关值，并不需要从装置内部读取。因此，当ICD中模型采用动态配置，而后台不支持动态配置，就会发生如上所示错误。接地距离I段定值数据结构如图7所示。量纲、最小值、最大值都是直接在ICD文件中定义，而数值、步长却未直接定义，因为数值必须是从装置读取，而量纲、最小值、最大值、步长等，按默认为不改变，后台只以静态的方式解析量纲、最小值、最大值和步长。而由于ICD文件中并没有步长值，因此后台显示出错。解决方法1是将步长在ICD文件中赋值；方法2是要求后台软件按支持动态配置来设置。实际上，按IEC61850定义，建议后台软件能按动态方式来设计软件。

图5 定值组控制模块SGCB及服务

图6 后台定值操作界面

图7 接地距离I段定值ICD文件

图8 后台定值操作界面

4.2 ICD配置错误

由于厂家对IEC61850标准未理解透彻，ICD配置文件中也存在一定问题，量纲无法显示如图8所示。查看厂家ICD文件，失灵启动相电流定值，其units直接写成A，如图9所示。显然，ICD编写人员想定义该单位为安培，然而根据IEC61850标准第七章6.9节规定，单位unit由SIUnit和multiplier共同构成，SIUnit应是从ISO/IEC1000导出的国际单位SI，对应第七章附录A列出1至74个值；multiplier定义了倍数值，对应附录A列出的从-24至24所表示的倍数值。由于厂家错误的方法描述单位，致使后台软件无法识别。

为正确定义单位A，应将units重新定义，如图10所示。SIUnit该项数值为5，从附录A查询，其值单位对应为A，而multiplier数值为0，由附录A查询，对应倍数为1。另外，召唤定值时还会出现诸如时间精度问题，比如实际配置为0.5s，而上召显示为499ms，究其原因是建模中存在整形量和浮点量的不匹配，建议统一。

图9 ICD文件中定值定义

图10 units正确定义

5 结束语

基于IEC61850标准建模的变电站设备，具备良好的互操作性，也使后台对定值的操作相对容易，但由于IEC61850涵盖意义广泛，各厂家理解不一，加上实际建模中各种原因，配置文件会有不少的错漏之处，因此在实际调试过程中，应按IEC61850标准所定义功能召唤定值，验证其所有功能，并在发现问题时，认真研习其ICD文件，找出原因所在。

[1] 王丽华，江涛，盛晓红，等.基于IEC61850标准的保护功能建模分析[J].电力系统自动化，2007，31(2)：55-59．

[2] 范建忠，战学牛，王海玲.基于IEC61850动态建立IED模型的构想[J].电力系统自动化，2006，30(9)：76-79．