邢旭佳
广东电网有限责任公司揭阳供电局 522000
摘要：为了适应智能变电站对在线监测装置数据共享与信息交互的要求，该文研究了变电站智能电子设备的信息模型与通信方案。研究结果表明:提出的IED信息模型与通信方案实现了物理设备与逻辑设备的动态映射关系，以及设备的互联互通及数据信息的协同共享功能，基于动态建模可少量地应用服务实现对模型信息的获取，适应变电站系统中IED更替较多且信息模型频繁变更的工况。
关键词：变电站；智能电子设备；信息模型；通信方案
1引言
变电站是输变电系统的信息来源与执行终端，随着电力物联网及泛在电力物联网建设的提速发展，对变电站提供的数据信息处理方式也提出了新的要求。亟需建立一个具有信息共享、数据高效处理并带有智能功能的系统，以满足泛在电力物联网建设的需求。IEC61850对变电站自动化系统通信的体系结构进行了规定，为实现不同智能电子设备间的互操作性及统一通信规约奠定了基础。IED是变电站数据信息交互的重要支撑，IEC61850将变电站划分为3层次结构，即站控层、间隔层与过程层，其中间隔层中的智能组件监测IED是变电站的核心。当前已有大量文献对IEC61850及其相关的信息与通信模型进行了研究，但建立的信息模型普遍存在模型对象单一、模型不全面等问题，难以满足通信功能集成及变电站智能化的推进。因此，有必要针对变电站的在线监测装置IED建立整体信息模型，同时建立IED间的通信，满足变电站不同设备不同监测装置的监测数据的信息共享。基于上述分析，本文以变电站一次设备为对象，建立了在线监测装置IED的信息模型，并在此基础上，设计了IED间的通信方案，为后续各IED的监测数据信息共享与变电站设备的故障智能诊断提供了物理基础。
2基于IEC61850的在线监测装置信息模型
2.1面向对象模型
IEC61850信息模型包含了模型中承载信息的部分:逻辑设备、逻辑节点、数据、数据属性等，该模型层次结构清晰，由上至下其各部分组成分为:服务、逻辑设备、逻辑节点、数据及数据属性。为了更好地搭建信息模型，IEC61850规定了多种信息元素与通信服务元素，且常采用面向对象的建模方法。根据设备的功能，IEC61850将变电站中一次设备抽象为逻辑节点，每一个逻辑节点意味着包含一定数据(对象)的数据模型，数据的构成涉及到相应的属性。不同层次间对应关系为一对多的关系，即一个物理设备可包含多个逻辑设备，一个逻辑设备也可包含多个逻辑节点。IED作为一个完整的物理主体，由逻辑设备构成，而逻辑设备对应抽象的逻辑节点。逻辑节点是基于IEC61850信息模型的基础，且是最小的通信单位。变电站内的一次设备主要包括变压器、断路器、套管、分接开关、电容器与避雷器等，上述一次设备对应的逻辑节点位于过程层。此外，过程层还含有若干智能传感器，如监测电气设备状态的传感器。在间隔层部署SPDC,SLTC等逻辑节点，主要功能是实现对变压器的状态监测，监测的状态量包含绕组温度、铁芯温度与局部放电信息等。同样，断路器逻辑节点有SLMG，SPDC，SCBＲ，SOPM等，其作用是完成对断路器的状态监测，监测对象包含SF6气体的密度与压力、断路器的分合闸时间、分合闸速度及分合闸线圈的电流等信息。
在变电站层部署操作员接口(IHMI)，远方监测接口(ITMI)与存档(IAＲC)等逻辑节点，其主要作用是分别为:操作员接口节点实现站层与间隔层的配置与控制；远方监测接口方便与省网监测中心的对接；存档用于对长期历史数据的归档与调用查询。通过建立该信息模型，可基本满足对设备状态监测的功能需求。如果IED功能受限，需要进一步完善与扩充，则可通过GGIO(输入输出)逻辑节点在原有基础上新增节点，以扩充功能。该信息建模方法，消除了传统建模方法中“一个设备对应一个功能”的限制，实现了“一个虚拟设备对应多个功能、多个物理设备对应一个虚拟设备”的功能转变，满足了电力物联网与泛在电力物联网对在线监测设备的升级要求，从使其更加符合智能化的方向与要求，也为IED间信息交互与共享提供了物理与通信基础。
2.2IED动态信息模型
变电站的设备时长更新，如设备的新增与退役等，此时将导致原有的信息模型不再完全适用。因此，为了更加真实地反映这种变化，还须动态配置IED信息。目前变电站应用较为典型的为基于SCL的静态模型，其主要原理是通过SCL文件对IED模型进行自描述，从而建立相应的信息模型，但该方法存在设备繁多，解析内容复杂、耗时等问题，无法满足信息的实时更新。为了解决基于SCL的静态模型的不足，该文采用基于ACSI的动态信息建模。基于ACSI的动态信息建模主要是通过调用ACSI服务来获取IED模型信息，并在此基础上重新组建完整的信息模型。这些ACSI服务主要包括读目录或读定义服务，上述服务在IEC61850规约中有详细规定，并且主要与服务器、逻辑设备、逻辑节点以及数据模型配套。根据上述ACSI服务建立的模型信息可利用动态类型创建功能反映出设备的变化情况，并创建IED信息变化后的信息模型，从而实现对信息模型的动态管控。
3IED间的通信方案
3.1变电站监测装置的通信结构
变电站设备种类繁多，在线监测装置复杂。为了避免传感器直接接入站控服务器而造成服务器不堪重负的后果，拟将传感器采集到的数据信息先从发送至间隔层的IED，经过初步处理后再将数据信息上传至站控服务器。此外，为了实现IED间数据共享与互联通信的要求，间隔层中的IED一方面应能够与应用层服务器通信，另一方面也应能够与同层中的其他IED进行通信。同时，若某个IED出现故障而退出运行，则应由同层中的其他IED填补故障IED的功能缺失，即要求间隔层中的IED能够互相备用，以保证更加可靠、安全、稳定的数据传输与信息通信。2个IED之间要实现通信，则必然存在客户端与服务器端。为了实现基于IEC61850标准的IED间的相互通信，则应该在IED信息模型的基础上将信息模型映射到MMS上，并依次经过表示层与会话层，从而转变为数据流，将数据流发送到服务器端，IED服务器对数据流进行处理，然后将结果反馈给客户端。
3.2ACSI与MMS的映射关系
将IEC61850中的对象与服务映射到MMS中的对象与服务，根据MMS协议实现IED间的通信。ACSI表示概念性接口且定义了各种实际通信协议应用，如通信服务、通信对象、参数；MMS则定义与规范多样化的信息模型及服务，如虚拟制造设备、程序、域与信号等。IEC61850对于服务的定义是抽象的，要实现实际应用中的信息交换过程，抽象服务必须映射到具体的服务，并且对携带编码规则与报文格式及网络传输的方式加以定义。MMS具备一套统一的服务，任何一个MMS用户均可使用同种服务进行通信，实现信息与数据流的互通。ACSI服务与MMS服务的映射分为3类:单个ACSI服务映射到单个MMS服务；单个ACSI服务映射多个MMS服务；多个ACSI服务映射单个MMS服务。由于IEC61850中的体系结构中各层之间具有独立性，因此模型的建立与服务定义都具有层次结构。
4结束语
该文基于IEC61850对变电站智能电子设备的信息模型与通信方案进行了研究，得到如下结论:基于IEC61850建立的在线监测装置IED信息模型满足互联互通的功能要求；通过IED信息建模，实现了物理设备与逻辑设备映射转化，建立了物理设备与逻辑设备之间的动态映射关系，并具备物理设备之间信息共享与数据协同的功能；基于ACSI的动态建模可以少量地应用服务实现对模型信息的获取，适用于变电站系统中IED更替较多且信息模型频繁变更的工况。
参考文献
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