智能变电站数据建模

马泽菊，罗 建，黄益华，钟加勇

(1.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044;

2.重庆电力高等专科学校，重庆400053;3.重庆电力科学试验研究院，重庆401123)

0 引言

智能变电站的一个重要特征是采用IEC 61850标准建立数据模型，其数据模型的基本元素有服务器SERVER、逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据对象DO、数据属性DA、公共数据类，而逻辑节点(LN)代表了核心功能。本文在分析智能变电站相关标准和研究IEC 61850数据建模原理的基础上重点探讨智能变电站数据建模的原则、流程及逻辑节点的建模。

1 建模的总体原则

IEC61850规范了数据模型、服务以及建模方法。在对设备建模时应基于面向对象的建模思想和分层次的总体原则进行，具体方法如下:

(1)与多个功能相关，或与全系统功能相关的数据，应在公共的逻辑节点或者逻辑设备中建模;

(2)只与一个功能对象相关的数据以及数据属性，应建模在该功能对象中(包括对该对象的扩展);

(3)物理设备(IED)建模时，应建模为一个装置对象，应包含服务器SERVER对象，在SERVER对象中应包含至少一个逻辑设备LD对象，在每个LD对象中应至少包含3个逻辑节点LN对象［1］;

(4)服务器建模时，每个服务器应有一个访问点，支持与过程层自动化的间隔层设备和变电站层设备通信，可采用不同访问点分别与过程层及变电站层进行通信;

(5)逻辑设备建模时，宜把某些具有公用特性的逻辑节点组合成一个逻辑设备;

(6)逻辑节点建模时，属于同一功能对象的数据和数据属性应放在同一个逻辑节点LN对象中，若标准的LN类不满足功能对象的要求，可进行LN类扩展或者新建LN类，扩展和新建应遵循IEC 61850的规定。应直接采用标准已明确定义的LN，不宜采用通用LN。

2 建模流程

装置功能分解后得到的需要通信的最小功能单元，按照IEC 61850标准7-4选择合适的逻辑节点类对功能进行建模。判断已有的LN类是否满足标准功能要求，如果满足则采用已有的LN类;如果不满足，则判断已有的LN类是否满足被建模功能的核心需求，如满足核心需求，则可向该LN类添加新的数据来满足功能的需求;如果标准已有的LN类不满足被建模功能的核心需求，则可扩展一个新的LN类。具体过程如图1所示。

3 逻辑节点和数据的扩展规则

在扩展逻辑节点时，基本数据相同的功能，应采用源于相同LN类的不同实例;如有合适的LN类符合被建模功能的需求，则逻辑节点实例应具有该LN类所有必选的属性;如有合适的LN类符合被建模功能的核心建模需求，则可通过添加若干数据满足被建模功能的建模需求;LN类的名字不变;如没有合适的LN类符合被建模功能的核心需求，则要求新建LN类的名称首字母应符合IEC 61850所规定的逻辑节点组相关前缀的要求，应符合DL/T860命名空间的要求，不可与IEC 61850中已存在的LN类名称冲突。

图1 数据建模流程

在扩展数据时，添加或扩展数据时，标准中定义的LN类中已有的数据，如在一个LN实例中存在该数据类的多个实例，可在数据后扩展数字后缀;如果LN类中已有的可选数据能满足要求，则应使用可选数据;如果标准中定义的LN类不满足建模需求，需要添加数据时，如IEC 61850-7-4的第6节数据名称语义中规定的数据能满足需要添加的数据的需求，则应选择标准规定的数据添加到该LN类;如果标准中定义的LN类不满足建模需求，需要添加数据时，如IEC 61850-7-4的第6节数据名称语义中规定的数据不能满足添加数据的需求，则新建数据的名称，应尽量采用IEC 61850-7-4的第4节规定的缩写，通过组合形成新的数据名称，采用IEC 61850-7-2规定的通用数据类和基本数据类型，新建数据的名称不可与已有数据名称冲突，应符合IEC 61850的命名空间要求。不宜扩充通用数据类、复杂数据类型和基本数据类型，宜通过扩展逻辑节点来满足需求。

4 逻辑节点的建模

4.1 测控装置的逻辑节点建模

4.1.1 模拟量数据建模

属于同一测量对象的数据宜建立在同一LN中。交流标量用于建模频率、功率因数等标量信息宜采用MV进行建模;交流矢量用于建模电压、电流等矢量信息，数据类型为 Vector，单项值宜采用CMV，三相值相到地的值宜采用WYE，相到相的值宜采用DEL;直流量宜采用MV进行建模;温度、湿度、压力等使用GGIO中的Ain建模。

4.1.2 开关量数据建模

当断路器、刀闸接入双位置时，断路器使用逻辑节点XCBR，隔离开关使用逻辑节点XSWI，位置采用数据Pos，数据属性均采用stVal建模。若过程层设备智能化，断路器逻辑节点XCBR和刀闸逻辑节点XSWI则位于过程层智能设备，间隔层测控装置通过GOOSE接收过程层智能设备的断路器、隔离开关的位置信息。这些位置信息在间隔层设备建模为CSWI(与该断路器或者隔离开关的控制模型对应)，采用数据对象Pos的数据属性stVal，供站控层设备与间隔层设备交换信息使用。若过程层设备非智能化，对站控层设备通信，断路器、隔离开关位置信息在间隔层设备建模为CSWI(与该断路器或者隔离开关的控制模型对应)，采用数据Pos，数据属性stVal。由于无智能化过程层设备，故断路器逻辑节点XCBR和刀闸逻辑节点XSWI则位于间隔层智能设备。

断路器、隔离开关接入单位置，建模分为过程层设备智能化具有过程层通信、过程层设备非智能化无过程层通信两种情况。过程层设备智能化，具有过程层通信时，由过程层智能设备处理单位置到双位置的转换，建模同断路器位置接入合位和分位，具有过程层通信的模型;过程层设备非智能化，无过程层通信时，由间隔层智能设备处理单位置到双位置的转换，建模同断路器位置接入合位和分位，具有过程层通信的模型。

地刀位置接入双(或单)位置，建模同刀闸接入双(或单)位置建模，地刀不控制，只接入位置的情况，将 CSWI.Pos.ctlModel值置为0，即只有状态(status-only)。

4.1.3 控制数据建模

(1)断路器及刀闸控制建模。对断路器和隔离开关的控制均使用CSWI实例，断路器控制模型中无压合、有压合、合环合分别建不同实例的CSWI，采用CSWI中Check的sync位区分同期合与强制合，强制合不单独建实例;遥控返回的原因代码应按IEC 61850标准定义统一使用;控制模型的数据类型见国网IEC 61850工程应用模型统一定义如SBOw、Oper、Cancel等;接地开关不控制，只接入位置的情况，将CSWI.Pos.ctlModel值置为0，即只有状态(status-only)。

(2)变压器控制建模。变压器本体测控用ATCC，智能终端用YLTC。对于分相的变压器档位，智能终端使用三个YLTC实例对应三个相别;测控装置如需分相控制建模则作为三个ATCC实例来建模，若不分相控制，则在一个ATCC中扩展TapChgA、TapChgB、TapChgC表示分相的档位。在 ATCC中扩展 OpHi、OpLo、OpStop 三个 DO，类型为 ACT，用于发出GOOSE命令。

4.1.4 其他数据建模

其它控制功能如小电流接地试跳，根据采用单点或双点模型，分别使用GAPC实例的SPCSO数据或DPCSO数据。

4.2 保护装置的逻辑节点建模

保护装置的逻辑节点建模主要包括定值建模、录波建模、保护事件数据建模、保护动作建模。下面分别对这几个方面的建模展开讨论。

定值建模时，例如公共控制字、距离保护控制字、纵联保护控制字、差动控制字等这些控制字与多个功能逻辑节点相关，应位于保护LD，扩展在LN0中;控制字按照投退方式建模时，与系统相关的控制字建模在保护LD，扩展在LN0中;与具体功能相关的控制字，建模在相关的功能LN中;如电流I段投入控制字扩展建模在电流一段的功能LN中。与某几个具体功能LN相关的定值，如接地距离电阻定值、相间距离电阻定值、电抗零序补偿系数、电阻零序补偿系数等，定值模型位于功能LN所在的LD。

录波建模时，录波数据模型应位于录波逻辑设备，采用逻辑节点RDRE建模，下列数据对象Rcd-Made和FltNum是必需的，RcdMade为true时，表示录波完成;FltNum表示用于区别故障的序号，用十进制表示。

保护事件数据建模时，其模型应位于保护相关逻辑设备，保护事件相关数据对象的通用数据类是ACT、ACD。保护LN类中扩展一个DO，建模保护动作相对时间 RltTmms(Relative Time)，CDC采用INS。告警建模时，装置告警、通信告警可位于设备的公共LD，如通信插件告警等;保护告警可位于保护LD，如过负荷告警等。

保护动作数据建模时，动作逻辑节点PTRC的数据对象Op或Tr的数据类型分为了ACT和ACT_3P两种类型，其中ACT类型不包含可选的DA:phsA、phsB、phsC、neut，ACT_3P 则包含 phsA、phsB、phsC、neut，保护装置应根据是否要带分相信息选择两种类型之一使用。

对于ASG、ING、SPG等数据类型，当用于不分区定值时，其FC属性为SP，用于分区定值时，其FC属性为SG。为了适应这两种情况，国网IEC 61850工程应用模型统一定义了 ASG_SP、ING_SP、SPG_SP和ASG_SG、ING_SG、SPG_SG分别用于不分区和分区的定值。

5 结束语

本文根据智能变电站数据建模的相关规范，分别对测控装置的模拟量、开关量、控制量的建模和保护装置的定值、录波、保护事件、保护动作逻辑节点建模进行了具体的描述。

［1］罗四倍，黄润长，崔琪，等.基于IEC 61850标准面向对象思想的IED建模［J］.电力系统保护与控制，2009，(17):88-92.

［2］高慧.IEC 61850故障信息系统主站的建模及应用［D］.北京:华北电力大学(北京)，2009:5-15.

［3］廖泽友，孙莉，贺岑，等.IED遵循IEC 61850标准的数据建模［J］.继电器，2006，(20):40-43.