基于lEC61850的配电终端级联研究及实现

秦 凯，高志勇

（国电南京自动化股份有限公司，南京 211153）

基于lEC61850的配电终端级联研究及实现

秦 凯，高志勇

（国电南京自动化股份有限公司，南京 211153）

本文提出了一种基于lEC61850建模思想的配网终端级联方案，对级联模型进行了分析和研究，并给出了级联实现方案。考虑到lEC61850的实现对硬件资源要求，对模型进行了适当的裁剪，使之只需传递必要的信息，进而能够将MMS报文映射至低速通信口上进行交互，最终实现配网终端的“互操作”。该方案可以轻松完成终端的级联带电调试工作，大大减少了配网终端在改扩建过程中的调试工作量，提高了终端运行的安全可靠性。

lEC61850；级联；服务裁剪；带电调试

随着经济的发展，对配网供电的安全可靠性提出了越来越高的要求，要求通过级联通信的场合越来越多，级联时，由于没有统一的标准和规范，各厂家的DTU、FTU使用的网络和通信协议互不兼容，为了保证设备之间的互操作性，级联时就必须花很大的代价做通信协议的转换，这样一方面增加了系统的复杂性降低了可靠性，另一方面增加了系统成本和维护的复杂性。在某些扩建的工程中，因为部分设备已经带电运行，按照传统的级联方法甚至无法完成现场调试工作就上电运行，这给配电运行带来极大的安全隐患。该方法借用IEC61850的建模思想［1］，对终端级联模型进行了分析研究后，对模型对应的服务进行适当裁剪，降低其对硬件资源的需求，使其最终能将MMS报文映射至低速的通信口上进行运行，进而实现配网终端利用IEC61850标准协议进行级联，最终实现现场的带电调试，提高配网自动化的安全可靠运行。

1 级联模型的分析及实现

IEC61850的数据访问通过“引用路径”来实现，引用路径的定义如下。

域名=IEDName+LDName （1）

变量名=LNName+DoName+DaName （2）

引用路径=域名+变量名 （3）

例如，一个“引用路径”为“FTU1LD1. MMXU1$MX$TotW$mag$f”的字符串表示设备FTU1的逻辑设备LD1下的有功量测的值。一个“引用路径”为“FTU2LD1.MMXU1$MX$TotW$mag$f”的字符串表示设备FTU2的逻辑设备LD1下的有功量测的值。从例子可以看出，“变量名”确定了在某一逻辑设备内的最小功能单位中的某一确定的对象值，不随物理设备的变化而变化，故在级联过程中将被原封不动的传递。因而假如将上述示例的有功值部署至FTU3中的LD1时，其引用路径名将变为“FTU3LD1.MMXU1$MX$TotW$mag$f”。所以，当进行级联通信时，我们只需改变模型文件中的相应“域名”即可。图2以两个FTU级联至一个DTU为例来说明级联时模型文件的合并过程。

假如FTU1的模型文件示例为：

…

FTU2的模型文件示例为：

…

图2 模型文件级联过程

DTU的模型文件示例为：

…

那么根据上述的合并过程，将原FTU1的域名“FTU1LD1”作为级联后模型文件的某个LD的Name，将原FTU2的域名“FTU2LD1”作为级联后模型文件的某个LD的Name，级联后的模型文件的IED名置空，那么接入FTU1、FTU2信息，加上自身的DTU信息的模型文件将如下所示：

…

…

从上述模型可知，级联前的FTU1的LD1下的有功值访问路径为“FTU1FTU1.MMXU$MX$TotW$mag$f”，级联后的FTU1的LD1下的有功值访问路径仍然为“FTU1FTU1.MMXU$MX$TotW$mag$f”，也就是说级联时通过简单的域名组合，就可以实现数据访问的唯一性。理论上讲，级联前后可以保证信息在传输过程中的正确性。

2 lEC61850服务分析及裁剪

上节描述了级联时的模型如何合并，级联后的模型文件生成后，需要通过IEC61850协议进行通信最终实现数据的传递。各种文献［x］对IEC61850的协议均有了详细的阐述，本文的重点为模型的分析及服务的裁剪，故下面对各种服务进行详细的分析，其余部分不做介绍。在IEC61850第7-2部分：变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构-抽象通信服务接口（ACSI）中对各种对象需实现的服务有具体的描述，整理如表1。

在终端进行级联通信时，需要完成遥测、遥信、脉冲、压板、定值、文件等信息的上送，完成遥控命令、压板修改、定值设置等命令的下发。开始通信之前需要用到“应用关联”的相关服务来建立双方的通信连接；遥测、遥信、脉冲、压板值的上送使用“报告控制类（缓存/非缓存）”的“报告”服务来实现；定值的值上送使用“数据类”的“读数据”服务来实现；文件的上送用“文件传输”的“读文件”服务来实现。遥控命令用“控制类”的相关服务来实现；压板的修改用“数据类”的“写数据”服务来实现；定值设置用“设置控制块类”的相关服务来实现。

表1 lEC61850的常用模型及对应服务

“服务器类”、“逻辑设备类”、“逻辑节点类”相关服务可以通过静态的模型文件解析来实现，故可以裁剪掉。在配网终端时间同步功能通过远传通信或SNTP协议来实现，故也可以裁剪。“通用变电站事件类”，“采样测量值传输类”属于过程层模型，不做分析。

3 带电调试方案

当我们不具备现场加量或开关传动的场合［2］，但又需要进行信息核对时，我们可以通过“取代”的“写数据值”功能将服务器端的对外通信数据修改掉，然后修改后的数据将带上“取代”的品质因数上送给上级客户端，客户端收到该信息后，通过检查品质因数，发现该值为“取代”后，将做出相应的处理，比如界面变色，不如历史库等等。信息核对完成后，再进行“取代”撤销操作。这样通过取代服务就可以实现带电情况下的信息联调及测试，大大节省了下场调试工作量。共分4个步骤。第一步，由第3方客户端写服务器中需测试的数据属性“subEna”为真；第二步，由第3方客户端写服务器中需测试的数据属性的“subVal”；第三步，服务内部任务检查是否有取代发生；第4步，当有取代发生时，通过报告服务将取代值上送至上级（级联后的）客户端。

4 结束语

本方法分析了IEC61850模型用于配网终端级联时的模型合并，通过简单的域名组合，即可实现将下一级终端信息“原封不动”的传递给上级，考虑到配网终端的硬件资源有限，终端在通过IEC61850进行级联通信时，对相关不需要的服务进行适当的裁剪。最后利用IEC61850的取代服务来解决配网终端在级联过程的带电通信调试问题。本方案经过验证，不仅降低了调试维护的工作量，而且增加了配网终端的安全可靠运行，为配网自动化的稳定运行打下坚实的基础。

［1］郑文彬，周立秋. 基于lEC61850信息的建模方法分析［J］. 工业控制计算机，25（8）：36-38.

［2］王永辉. 基于lEC61850的配网自动化系统研究［J］. 自动化应用，7：109-111.

表1 8½″扭冲钻头总体特点

第i+1齿圆心横坐标（即轴向半径）计算公式：

B类双锥形冠部的切削齿轴向高度计算如下：

内锥段：

冠顶圆弧段：

外锥段：

所有保径齿的轴向半径差别不是很大，在设计中统一为：

式中—第颗保径齿打磨量最终确定以下的布齿方式（见图5、图6）。

通过改进的8½″扭冲钻头具有以下特点：①通过调整后的主切削齿前角较大，适应抗压强度高且带有一定研磨性能的薄夹层的中等地层，如泥灰岩、页岩，硬石膏、钙质砂岩等；②在软到中硬地层具有较高的攻击性能，配合扭力冲击器使用，减轻对PDC齿的磨损，适应高抗压强度的研磨性地层；③7个喷嘴直径可以根据需要进行调整；④保径结构可以进行调整。

图5 垂直于井底平面的钻头模型

图6 竖直方向上钻头模型

3 结束语

采用Geomagic Design X软件对配合扭力冲击器使用的钻头进行逆向设计，并进行参数反求，可以提高PDC钻头的设计制造速度，并可以将逆向产品进行个性化更改，最终得到适应于特定地层的具有很好冲击性、耐磨性的井下工具。

参考文献：

［1］张瑞，李建华.逆向工程的关键技术及其最新发展［A］.先进制造技术高层论坛暨第六届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集［C］.2007.

［2］鞠华.逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究［D］.浙江大学，2003.

U224.3+1

A

1671-3818（2016）10-0010-03

秦 凯（1983-），男，汉族，江苏启东人，工程师，研究生，从事配电网馈线自动化终端的设计和研发工作。

高志勇（1979-），男，汉族，江苏涟水人，高级工程师，本科，从事配电网馈线自动化终端的设计和研发工作。