基于IEC61850标准的FH3000型故障录波器建模

王凤祥 罗 彦

（1. 山东广饶供电公司，山东 广饶 257300；2. 西华大学电气信息学院智能化高压电气研究室，成都 610039；3.成都府河电力成套设备有限责任公司，成都 610012）

1 FH3000型故障录波器简介

1.1 设备特点

FH3000型故障录波器是成都府河电力自动化成套设备有限责任公司严格按照DL/T873-2004《微机发电机变压器组动态记录装置技术条件》、DL/T553～1994《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》、DL/T663～1999《220～500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求》和继电保护产品相关标准自主开发设计的新型嵌入式发变组动态记录分析装置。本装置采用了当今世界最先进的DSP技术和通信技术，具有采样速率高、软件功能强大、记录容量大等特点，并结合了电力系统的最新发展需要，具有常态记录功能，是一种功能全面、性能可靠、技术先进的电力故障动态记录与分析装置，能够满足电力系统事故分析和通信发展对录波和常态记录的要求，适用于220kV及以上的变电所、发电厂及其它各种需要起动录波和长时间常态记录检测的场所。

1.2 系统功能和装置结构

FH3000通过模块化组合，实现96路模拟量输入、192路开关量输入、告警输出、GPS（1PPS/1MPS/ IRIG-B）对时、显示、打印、存储、通信等功能，既能按照故障文件进行分析，也能按照指定的时间段组织常态数据进行分析，能够进行故障分析（包括单端测距和双端测距）、谐波分析、矢量分析、序分量分析、差流分析、阻抗分析，波形分析，以及数据通道任意组合显示，相邻线路数据，双端数据的对照显示等。

可记录交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、频率、高频模拟量、高频开关量、开关状态量、温度量等；计算产生正序电压、零序电压、负序电压、正序电流、零序电流、负序电流、有功功率、无功功率等。

FH3000硬件功能模块包括：分析存储管理模块、采集模块、测频模块、GPS模块、告警模块、电源模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、通信接口、打印机、显示器、键盘、鼠标等。

2 FH3000型故障录波器的服务器建模

2.1 服务器的信息模型设计

根据 IEC61850标准定义的服务器模型，服务器应至少包含Server对象，逻辑设备LD对象，逻辑节点LN对象，以及数据对象DO。这些组成服务器的基本对象必须按照 IEC61850标准描述的服务器模型层次结构进行组建。在基本对象模型的基础上，根据实际需要，应向基本对象模型中添加以下对象。

（1）File对象：由于FH3000故障录波器涉及到大量的录波文件的管理，所以应添加File对象，由该对象负责录波器的文件服务。参照标准，File对象应安排在Server类中，器位置应和LD处于相同层次。

（2）Association对象：因为IEC61850对象模型最终要映射到报文服务规范MMS，所以根据MMS的要求，两个应用进程在通信之前应先建立关联。Association对象就是为了管理关联的建立而添加的。

（3）定值组控制块：该对象用于管理成组命令的下发。

（4）报告控制块：该对象用于管理报告服务。

（5）数据集：数据集对象用于管理成组的数据。

2.2 FH3000抽象服务接口的设计

由前面的分析可知，FH3000故障录波器信息模型包含：Server对象、LD对象、LN、DO以及File、Association、定制组控制块、报告控制块等，因此由 IEC61850标准为这些对象定义的方法的总和就组成了抽象通信服务接口ACSI。FH3000故障录波器的ACSI服务大致可以分为这样几类：读/写、控制，目录/定义、定值服务、报告服务、文件传输等。

综合 FH3000的信息模型和抽象服务接口，可以得到FH3000的服务器模型框架如图1所示。

图1 FH3000的服务器模型框架

3 FH3000故障录波器逻辑设备建模

3.1 命名空间的扩展

IEC61850是用 SCL（Substation Configuration Language, 变电站配置描述语言）来描述逻辑设备模型的，SCL语言的基本元素是各个数据类和逻辑节点类。在 IEC61850.74和 IEC 61850.73，IEC61850.72中定义的每个类都有类名和与类有关的特定意义。几乎所有的类都由其他类组成。在IEC61850标准中定义的每个“名字”都有与应用场合相关的语义。当在实际应用中需要的某些信息无法在标准中找到完全对应的描述时，此时就需要对逻辑节点，数据对象和数据属性等进行扩展。

根据FH3000型故障录波器逻辑设备模型的实际需要，本文依据 IEC61850标准规定的命名空间扩展规则，对标准中原有的数据类型和逻辑节点类进行了扩展，添加了多个专有数据类型和逻辑节点类。

3.2 逻辑节点设置

根据FH3000故障录波器系统功能和装置的结构，参考IEC 61850标准定义的统一对象模型，从IEC 61850标准的统一对象模型中派生出12个子类（逻辑节点），分别对应于FH3000故障录波器的12个子功能。这些子类（逻辑节点）分别是：LLN01(LLN0)；LPHD1(LPHD)；RDRE1(RDRE)；RFLO1(RFLO)；RDIR1(RDIR)；AnaRADR1～n1(RADR)；SeqRADR1～n2(RADR)；NegPowRADR1～n3(RADR)；FreRADR1～n4(RBDR)； RBDR1～n5(RBDR)； AlmGGIO1～8(GGIO)；RecGGIO1(GGIO)。

其中：

LLN01：基类是LLN0（逻辑节点零），包含逻辑设备的公共信息。

LPHD1：基类是LPHD（逻辑物理设备），包含物理设备的公共信息。

RDRE1：基类是RDRE（扰动记录），包含关于故障（扰动）记录公共设置及记录的数据。

RFLO1：基类是RFLO（故障定位），包含关于故障位置的数据。

RDIR1：基类是RDIR（方向元件），包含关于故障方向的数据。

AnalRADR1～n1：基类是 RADR（扰动记录模拟通道），包括关于模拟通道故障记录触发及使能数据。

SeqRADR1～n2:基类是RADR，包括关于序量通道（包括正、负、零序）故障记录触发及使能数据。

NegPowRADR1～n3：基类是RADR，包括关于逆功率通道故障记录触发及使能数据。

FreRADR1～n4：基类是 RADR，包括关于频率通道故障记录触发及使能数据。

RBDR1～n5：基类是RBDR（扰动记录状态量通道），包括关于开关量通道故障记录设置数据。

AlmGGIO1～8：基类是GGIO（通用输入输出），其中 AlmGGIO1主要包括 CPU0板的报警信息数据；AlmGGIO2～7主要包括CPU1～6板的报警信息数据；AlmGGIO8主要包括GPS的报警信息数据。

RecGGIO1：基类是GGIO，包括远程录波控制数据。

图2所示为逻辑设备的逻辑节点模型示意图。

其中：

n1为逻辑节点 AnaRADR实例数，取值范围1～96，对应96个模拟通道。

n2为逻辑节点 SeqRADR实例数，取值范围1～24，对应24个序分量通道。

n3为逻辑节点 NegPowRADR实例数，取值范围1～12，对应12个逆功率通道。

n4为逻辑节点FreRADR实例数，取值范围1～4，对应四个频率通道。

n5为逻辑节点RBRD实例数，取值范围1～192，对应192个开关量通道。

3.3 逻辑节点数据类型

本文设计的模型定义了300多个逻辑节点，数据比较庞大，故逻辑节点的类型定义不再一一详述，现只简要介绍一下FH3000模型最典型的RDRE1节点。

图2 逻辑设备建模

RDRE1是扰动记录逻辑节点RDRE的实例，该节点主要进行故障扰动记录工作，其数据表如表1所示。

表1 RDRE1数据

表中所示的数据类型 INC，INS，SPS等是IEC61850.73中定义的通用数据类。从表中可以看出，FileNam和BayNam属于Data扩展，他们的属性类型是STS，STS是扩展的通用数据类。

经过以上各项工作，根据SCL语法规范就可以描述出 FH3000型录波器的逻辑设备模型了，也就是其 ICD文件（智能电子设备配置文件），限于篇幅，这个文件本文不再给出。

4 结论

本文完成的FH3000型故障录波器的建模工作完全符合 IEC61850标准的要求，在实际应用中也满足了新型数字化变电站的各项技术指标。目前，以本文设计的模型为基础配置的FH3000型故障录波器的服务器端已经通过了中国电力科学研究院的一致性测试，并且该设备已经在广西550kV电站投入运行。

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