智能变电站信息分级及远动模型映射研究

刘宝江　段运鑫　刘建勇　魏勇

摘 要：本文结合智能变电站的信息特点和各级调度职能要求，提出了一种在智能变电站子站端对调度信息进行分级和远传的方案。在子站端开发信息分级功能模型和软件处理模块，对子站端电网模型（IEC61850）与实时数据库的进行模型映射研究，在子站端实现了调度信息的分级，并通过IEC104扩展协议实现与调度主站端的信息远传。

关键词：信息分级；模型映射；电网模型；IEC61850；IEC104

中图分类号：TM319；TM769 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

当前，国家电网建设正朝着以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的坚强智能电网方向不断发展[1]，具有显著信息化、自动化、互动化特征。随着经济发展，变电站数量越来越多，截止2012年，河南电网拥有110千伏及以上变电站1038座。电力调控中心除承担电力生产、输送调配等传统任务外，还增加了电网一、二次设备的日常运行监视和远程控制职责，变电站需要采集的信息量呈爆炸性增长[2]。海量的信息大大增加了智能变电站子站端和调度主站端的调试和运维工作量，并且容易出错。

本文针对因电网规模扩大和智能变电站信息量大增而引起的调试和运维工作量大、易出错的问题，结合不同级别调度职能需求，对智能变电站远传信息进行分级技术研究，制定远传信息的分级规则和系统解决方案；经过对变电站子站端（简称子站端）电网模型与实时数据库的映射研究及其他相关模型映射研究，在子站端远动系统开发相应软件模块，实现子站端信息分级和调度信息分级远传。

2 技术方案（Technical solution）

2.1 研究内容

子站端以IEC61850标准为基础，研究子站电网模型的扩展、统一和关联处理方法，并结合各级调度控制中心的职责，确定变电站信息编码规范、信息分级规则和相关配套技术。现在变电站监控信息远程多采用人工选点方式，已不适应目前大量信息远传的需要，需要进行创新性研究，主要内容如下：

（1）智能信息分类研究。

（2）子站电网模型（IEC61850）与实时数据库的映射研究。

（3）信息编码规范与实时数据库的映射研究。

（4）子站与主站的智能信息分级交互研究。

2.2 总体方案

为了实现智能变电站信息分级远传，需对子站端进行相应的信息模型研究并开发相应软件。子站端系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

Fig.1 System structure diagram

子站端通过“IEC61850信息采集”获得全站信息，根据“IEC61850（子站电网模型）与实时数据库的映射文件（mapinfo.xml）”，存入“实时数据库（db）”，结合“智能信息分类研究（dbedit）”结果和“信息编码规范与实时数据库的映射研究”生成“信息编码规范与实时数据库的映射文件（map.xml）”，转换成准备上传的“IEC61970与信息编码规范的映射文件（cime.xml）”，子站端系统再结合“IEC61970（主站电网模型）与信息编码规范的映射研究”和“子站与主站的智能信息分级交互研究（IEC104）”把分级后的子站端信息送至主站端。

主站通过实时服务通信协议获得子站相关模型信息，然后在主站内部实现模型映射，限于篇幅具体转换规则不在此展开叙述，计划另撰文阐述[3]。

3 信息分级及子站端实现（Information classification）

电力调度分级划分为国调、网调、省调、地调、县调和集控，一般按照电压等级对变电站内不同设备信息进行分级采集，如图2所示。

图2 调度信息分级图

Fig.2 Dispatching information classification diagram

子站端远动系统采集变电站的一次设备、过程层设备、间隔层设备及站控层设备的实时测控信息，通过实时数据库（db）与内置调度分级系统，根据不同调度需求和信息分类规则，生成各级调度转发数据库（zfdb），按调度规定的相应规约把站内信息送至各级调度中心。信息分类一般规则按一次设备（开关、刀闸、机构、测量等）、过程层设（GOOSE链路状态、SMV链路状态等）、间隔层设备（保护动作、保护告警、压板、装置告警、通信状态等）、站控层设备系统信息（通信状态、系统故障、系统告警等）进行划分。

4 子站端信息分级模块及映射研究（Model mapping）

根据智能变电站信息分级和各级调度采集规则，利用智能化信息分级远传软件系统实现信息分级以及远传功能。子站端软件主要包含五个模块：（1）智能信息分类功能模块；（2）全站信息建模功能模块；（3）远传分级建模功能模块；（4）IEC61970模型映射功能模块；（5）IEC104远传通信模块。各功能模块关系如图3所示。

智能化信息分类模块根据关键词和相关定义建立分类规则库，在全站信息建模时按分类规则自动实现全站信息的分类，并生成智能分类后的全站信息数据库（db），由远程分级模块对信息进行远程信息分级，通过IEC104远传通信模块及IEC61970模型映射功能模块把分级后的信息送至主站。子站各模块关系如图3所示。

图3 子站端各模块关系图

Fig.3 Software modules in slave station

4.1 子站端远传规约选择

变电站子站与调控主站间的通信协议采用电力系统实时数据通信应用层协议IEC104[4-5]。104规约应用服务数据单元（ASDU）结构一般结构如表1所示，由数据单元标识，一个或多个信息体和应用服务数据单元的公共时标所组成[4]。

表1 应用服务数据单元结构

Tab.1 Structure of application service data unit （ASDU）

ASDU ASDU的域

数据单元标识 数据单元类型 类型标识

可变结构限定词

传送原因

公共地址

信息体 信息体地址

信息体元素

信息体时标

为实现信息分级及控制功能IEC104规约扩充了两个ASDU：信息分级传送文件（ASDU54）和信息分级文件（ASDU127）。扩充ASDU的基本原则是不改变IEC104协议的帧结构和通讯流程。

（1）信息分级传送文件ASDU54

字节 报文内容 说明

1 类型标识（TYP） 54

2 可变结构限定词（VSQ） 数目N=1

3 传送原因（COT） <6>：=激活（请求/下发文件）

<7>：=激活确认（响应请求文件/确认下发文件/）

<8>：= 停止激活

<9>：= 停止激活确认

<44>：= 未知的类型标识

<45>：= 未知的传送原因

<46>：= 未知的应用服务数据单元公共地址

<47>：= 未知的信息体地址

4 0

5 应用服务数据单元公共地址 RTU站址

6

7 信息分级传送等级：

<0x7002> ：= 县调

<0x7003> ：= 地调

<0x7004> ：= 省调

8 信息分级起始地址

9 0

10 1-站端上传文件

2-主站下发含点号的文件

3，4-主站下发校验结果（3，校验成功；4，校验失败）

（2）信息分级文件（ASDU127）

字节 报文内容 说明

1 类型标识（TYP） 127

2 可变结构限定词（VSQ） 1

3 传送原因（COT） <13>：= 文件传送

<10>：= 文件传送结束

4 0

5 应用服务数据单元公共地址 RTU站址

6

7 后续位标志 0：无后续帧；1：有后续帧

8 信息文件传送等级 1县调

2地调

3省调

9

10 0

11 起始传输位置 本帧传输的文件起始地址在全部文件中的位置

12

13

14

… 文件内容

15+文件内容长度 和校验 文件内容部分累加和校验

4.2 子站端电网模型（IEC61850）与远动实时数据库的映

射研究

子站端电网模型（IEC61850）不对具体的通信技术和采用的通信协议做出限定，满足技术需要并能传输标准的信息模型，就可以使用该通信技术和协议，需要解释该通信技术和协议如何承载标准的信息模型，既映射问题[6]。子站端电网模型（IEC61850）与远动实时数据库（db）的关联关系，映射研究内容包括：（1）站内IED与实时数据库IED地址的映射；（2）遥测类的映射；（3）遥信类的映射；（4）遥控类的映射；（5）遥脉类的映射；（6）定值类的映射。如下：

（1）站内IED与实时远动数据库IED地址的映射

选择一个SCD文件查找到其中的IED名称进行IED映射，给每个IED分配IED地址。网关的名称命名为IED名称。 如表2所示。

表2 IED影射表

Tab.2 IED mapping table

IED名称 IED地址（网关编号与IED地址相同）

E1Q1SB1 01

E1Q1SB3 02

E1Q1SB43 03

（2）遥测类的映射

遥测类的映射CDC类型：MV、CMV BSC、WYE、DEL等。如表3所示。

表3 遥测数据影射表

Tab.3 Analogue information mapping table

属性 转换方法 说明

系统编号 遥测库递增 也可以先填为某个数，然后通过工具自动重新编排

注释 从SCD文件获取 先获取dU，然后获取desc，或者可定制

是否发送 默认值为false

偏移 默认为0 也可从SCD，获取不到时，设为0；MV类型：偏移为sVC.offset；CMV类型：偏移为magSVC.offset

装置乘系数 默认为1 先从ICD文件获取系数，获取到时，装置除系数设为32768，装置乘系数为获取的系数乘32768；（ICD文件增加系数；修改远动规约。远动界面值需要处理）；MV类型：系数为sVC.scaleFactor；CMV类型：系数为magSVC.scaleFactorBSC：装置乘除系数均为1

装置除系数 默认为32768

规约量程 默认为32768

变比 默认为1

帧类别 默认为A

ASDU地址 装置地址+LD序号 本装置内第一个LD序号为1，第二个为2，以此类推。装置地址=网关编号

ASDU类型 默认为9

信息体地址 从4001开始递增

（3）遥信类的映射

CDC类型：SPS、DPS、SPC、DPC、INS、ACT、ACD。如表4所示。

表4 遥信数据影射表

Tab.4 Digital information mapping table

属性 转换方法 说明

系统编号 遥测库递增 也可先填为某个数，然后通过工具自动重新编排

注释 从SCD文件获取 先获取dU，然后获取desc，或者可定制

是否发送 默认值为false

级别 默认为告警

SOE 默认为false

ASDU地址 装置地址+LD序号 本装置内第一个LD序号为1，第二个为2，以此类推。装置地址=网关编号

信息体地址 从0001开始递增

（4）遥控类的映射

CDC类型：SPC、DPC、INC、BSC（遥调）、ISC（遥调）、APC等。如表5所示。

表5 遥控数据影射表

Tab.5 Control information mapping table

属性 转换方法 说明

系统编号 遥测库递增 可先填为某个数，然后通过工具自动重新编排

注释 从SCD文件获取 先获取dU，然后获取desc，或者可定制

是否发送 默认值为false

是否选控 默认为true 根据控制模式进行转换，ctlModel：1、3直控；2、4选控

是否是复归点信息 默认为false 如果是LEDRs，则为true，否则为false

ASDU地址 装置地址+LD序号 第一个LD序号为1，第二个为2，以此类推。装置地址=网关编号

信息体地址 从6001递增

ASDU类型 默认为46 BSC、ISC设为47

（5）遥脉类的映射

CDC类型：BCR，如表6所示。

表6 遥脉数据影射表

Tab.6 Pulse information mapping table

属性 转换方法 说明

系统编号 遥测库递增 也可先填为某个数，然后通过工具自动重新编排

注释 从SCD文件获取 先获取dU，然后获取desc，或者可定制

是否发送 默认值为false

ASDU地址 装置地址+LD序号 装置内第一个LD序号为1，第二个为2，以此类推。装置地址=网关编号

信息体地址 从6401开始递增

ASDU类型 默认为15

（6）定值类的映射

映射定值数据集，是为了配合国内实施规范。如表7所示。

表7 定值数据影射表

Tab.7 Setting information mapping table

属性 转换方法 说明

注释 从SCD文件获取 先获取dU，然后获取desc，或可定制

类型 随意值（暂定为31） 没有使用

系数 默认为0 0：数据乘1，1：数据乘0.1，2：数据乘0.01，3：数据乘0.001

ASDU地址 装置地址+LD序号 本装置内第一个LD序号为1，第二个为2，以此类推。装置地址=网关编号

ASDU类型 默认为33 没有使用

信息体地址 从3001开始递增

5 工程应用（Application）

在变电站子站端远动系统调试界面中增加调度分级配置功能，可以方便配置信息分级，如图4所示。

图4 分级信息设置

Fig.4 Information classification setting

在某地区实际工程中，应用具备信息分级功能的子站远动系统后，减少子站运维人天数27人/天，大幅度降低了变电站子站端和调控主站端信息接入联调的工作量，提高了子站端信息远传的调试工作质量和效率，节约了运行维护的成本。

6 结论（Conclusion）

本文在目前智能变电站数量和调度信息量激增的情况下，根据不同调度主站端职能和对智能变电站信息远传的要求，提出了一种在子站端进行信息分级和远传方案。通过进行子站端电网模型（IEC61850）与实时数据库（db）映射研究，分析了站内IED与实时数据库IED地址、遥测类的映射、遥信类、遥控类、遥脉类、定值类的映射；子站端开发相应软件模块，实现基于调度信息分级规则、IEC104扩展协议的子站端调度信息的自动分级处理及远传。

参考文献（References）

[1] 庞清乐，等.面向智能配电网的保护与控制方法[J].电力系统保护与控制，2010，38（21）：28-31；38.

[2] 畅广辉，等.电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发[J].电力系统保护与控制，2015，43（1）：35-40.

[3] 朱桂英，等.一种应用于智能变电站和调度主站之间的通信映射方法[J].电力系统保护与控制，2014，42（14）：112-116.

[4] DL/T634.5104-2002远动设备及系统第5-104部分传输规约采用标准传输协议子集的 IEC60870-5-101网络访问[S].

[5] 汤震宇，等.变电站程序化操作的远动接口实现[J].电力系统保护与控制，2010，38（13）：83-87.

[6] 古锋，等.1IEC61850到 IEC60870-5-101/104 映射的关键技术研究[J].电力系统保护与控制，2007，35（6）：54-58.

作者简介：

刘宝江（1977-），男，本科，工程师.研究领域：变电站自动化系统技术.段运鑫（1978-），男，本科，工程师.研究领域：变电站自动化系统技术.

刘建勇（1976-），男，本科，工程师.研究领域：变电站自动化系统技术.

魏 勇（1973-），男，硕士，高级工程师.研究领域：变电站自动化系统技术.