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基于IEC 61850的变电站装置建模李光辉（深圳供电局，广东深圳518001）中图分类号：TN915.04；TM734文献标志码：B文章编号：1005-7641（2009）04-0022-030引言随着电力技术的不断发展，IED (IntelligentElectronic Device ，智能电子设备)在变电站自动化系统中得到了广泛应用。
由于各个厂家生产的IED 之间的接口与规约不一致，妨碍了设备之间的互操作，降低了系统的可靠性，增加了维护成本。
1995年国际电工委员会第57技术委员会（TC57）提出IEC 61850标准，并于2002年正式通过IEC 61850变电站通信网络和系统的国际标准草案。
IEC 61850能切实地支持变电站自动化相关设备的互操作性。
变电站自动化系统的通信标准中，IEC 61850最符合今后的发展趋势，规约体系也最为完善。
相对于基于报文结构的传统规约，IEC 61850有明显的优势，如应用面向对象技术、采用数据对象统一建模、提出系统的分层结构、将映射的方法和具体网络独立、提供基于SCL 的系统配置管理等。
它是一个开放式的变电站自动化体系，避免了繁琐的协议转换，实现了来自不同厂家的IED 之间的良好互操作性，从而提高了系统的稳定性，避免了重复投资，降低了系统维护成本。
1IEC 61850简介IEC 61850标准共分10个部分，由14个标准组成。
主要包括设备模型、变电站配置语言（SCL ，Substation Configuration Language ）、抽象通信接口（ASCI ，Abstract Comunication Service Interface ）、特定通信服务映射(SCSM ，Specific CommunicationService Mapping)、一致性测试与目标要求等内容。
IEC 61850首先将整个变电站自动化系统分为3层。
1）过程层：一次设备的接口，如开入开出。
基于IEC 61850的变电站电能量采集终端的建模与实现章坚民1,2,蒋世挺2,金乃正3,金 闪1,2,章立宗3(1.杭州电子科技大学自动化学院,浙江省杭州市310018;2.浙江创维自动化工程有限公司,浙江省杭州市310012;3.绍兴电力局,浙江省绍兴市312000)摘要:变电站电能量采集终端(ERTU )是用于变电站周期性数据采集的重要的厂站级设备,也是数字化变电站的组成部分之一。
作为数字化变电站基础的IEC 61850标准并没有完全覆盖变电站电能量采集的全部测量量,因此,文中基于IEC 61850标准的扩展原则,扩充定义了一个公共数据类FEE 、新的一组数据对象和一个逻辑节点MEEE,完整地建立了ERTU 的对象模型,并进行了实例化。
根据实际应用的需要,通过对ERTU 和数字式电能表的分析,详细说明了建模过程并建立了符合IEC 61850标准的信息模型以及合适的服务模型。
基于该设计的新型ERTU 已在浙江某110kV 变电站投入运行。
关键词:电能量采集终端;数字式电能表;IEC 61850;对象模型;模型扩充;周期数据;冻结数据收稿日期:2009-08-27;修回日期:2010-03-26。
0 引言近年来,基于IEC 61850标准、以太网、电子式互感器的数字化变电站技术成为发展趋势,并已取得了一系列的产品及系统开发、工程实践经验。
电能量采集与监视是数字化变电站的重要组成部分[1]。
基于电子式互感器的数字式电能表具有明显的优点[2],已开始得到试用[1-4],为数字化变电站提供间隔级的电能采集与监控智能装置。
变电站的电能量数据与变电站其他数据存在较大的差异,主要因为: 电能量数据用于交易计费,因此其采集的精度、准确度、稳定度、可靠性要求特别高; 电能量数据具有准实时性,即数据并不是用于实时应用,而主要是周期性记录,周期一般小至1m in,大至1个月,目前通常采用5m in 的采样周期。
由于数据用于交易计费结算,其作用和地位至关重要,因此一般各省均建有独立的电能量采集系统,在变电站通常采用电子式电能表,并配置专门的电能量采集终端(ERTU ),在调度侧建立专门的电能量采集与监视系统[5-6]。
基于IEC-61850的220kV变电站监控系统建模与实现刁冠勋（上海超高压输变电公司，上海，200063）摘要：本文介绍了IEC-61850标准体系结构和特点，提出了基于IEC-61850的变电站监控系统建模原则，并以220kV拜耳变电站为例介绍了基于IEC-61850的变电站自动化监控系统结构和基本功能，从实例的角度总结了IEC-61850特点及优势，并提出了未来发展方向。
关键词：变电站综合自动化IEC-61850建模实现1 前言变电站综合自动化系统指应用自动控制技术、信息处理和传输技术、计算机技术实现对于变电所运行监视、协调、控制和管理任务的综合自动监控系统。
随着计算机、网络技术、通讯技术的高速进步，变电站综合自动化技术得到了迅速的发展[1]。
本文主要介绍了IEC-61850基本内容和主要特点，提出了基于IEC-61850变电站自动化系统建模原则。
通过220kV拜耳变电站自动化监控系统结构原理与基本功能的介绍，总结了IEC-61850自动化系统的优势及发展方向。
2 监控系统建模2.1 IEC-61850简介IEC-61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统新一代国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)的3个工作组10，11，12(WG10/11/12)负责制定的。
此标准参考和吸收了已有的许多相关标准，其中主要有：IEC-870-5-101远动通信协议标准；IEC-870-5-103继电保护信息接口标准；UCA2.0(Utility Communication Architecture2.0)(由美国电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系)；ISO/IEC-9506制造商信息规范MMS(Manufacturing Message Specification)[2]。
IEC-61850的主要特点是: 1)面向对象建模；2)抽象通信服务接口；3)面向实时的服务；4)配置语言；5)整个电力系统统一建模。
０引言随着网络技术的发展，采用同步数字系列（ＳＤＨ）光纤以太网传输远动信息的应用越来越广泛。
它具有传输速度快、传输信息量大、节省信道资源等优点。
这使得远动信息的网络化传输成为发展的必然趋势。
２００２年ＩＥＣＴＣ５７制定的ＩＥＣ６１８５０是关于变电站自动化系统计算机通信网络和系统的标准，该标准提出了变电站信息分层、面向对象建模技术、应用与通信分离、变电站配置语言等概念，奠定了其成为今后电力系统无缝通信体系基础的地位。
ＩＥＣ６１８５０的核心内容包括：采用面向对象建模技术对变电站功能和智能电子设备建模；为实现应用与通信分离，采用抽象通信服务接口映射到具体通信协议栈；基于扩展标识语言（ＸＭＬ）的变电站配置语言（ＳＣＬ）对系统和智能设备进行配置。
其中，采用面向对象技术建模数据对象是实现这一标准的关键。
未来的电力远动系统通信标准肯定要基于ＩＥＣ６１８５０，这才能实现整个系统的无缝连接。
目前，国内外有关这种远动系统较深层次的研究还很少，在此背景下，本文认真研究了ＩＥＣ６１８５０的建模理论，创建了具体的变电站信息模型和远动通信服务模型，并用ＸＭＬ语言说明其配置性能［１］。
１建模原理［２－３］ＩＥＣ６１８５０标准在定义变电站通信体系、通信数据模型等方面采用了面向对象的方法，使系统模型具有继承性、可复用性等特点。
对象相互关联形成一个抽象系统。
整个变电站是一个对象，变电站中的设备对变电站也是个抽象子对象（即“逻辑设备对象”），每个对象封装了该对象所具有的属性和操作方法，并通过外部接口供其他对象访问。
逻辑设备中的各个功能模块又由若干个相关子功能块组成，规约中把它们称为“逻辑节点对象”。
逻辑节点可实现完整的功能。
规约对逻辑节点本身作了很好的封装，逻辑节点之间通过逻辑连接进行信息交互。
逻辑连接是一种虚连接，被称作“关联对象”，主要用于交换逻辑节点之间的通信信息块。
系统传输的单元也是一个对象即“数据对象”。
变电站自动化抽象对象模型如图１所示。
基于IEC61850的数字化变电站智能模型研究摘要基于IEC61850标准的数字化变电站综合自动化系统，采用了GOOSE跳闸服务技术和现地智能服务终端等先进技术手段，引起了变电站自动化系统在测控、保护、故障录波等功能实现方面的巨大变革。
在分析了基于IEC618550标准数字化变电站逻辑组成结构后，以变压器保护功能的实现为例对数字化变电站智能模型进行了详细分析研究。
最后讨论了数字化变电站自动化系统中的GOOSE智能服务模型。
关键词IEC61850；数字化变电站；GOOSE随着结构复杂、大参数、高电压等级复杂智能电网建设步伐的不断加快，区域大电网对变电站远程集中调度自动化基础系统运行可靠新、精确性、以及智能自动化水平等均提出了更高的要求。
目前我国变电站自动化系统中广泛使用IEC60870系列的变电站通信规约标准，但是由于IEC60870标准中还有许多需要完善的地方，在实际使用过程中还存在很大不足，不能很好解决好变电站自动化系统中各智能服务IED电子设备间的互操作性和开放兼容性，已成为了变电站自动化系统发展的重要瓶颈。
IEC61850是国际电工组织颁布的系统统一的变电站自动化系统标准，为变电站自动化提供了统一的标准，实现了变电站自动化系统中不同智能IED电子设备间的数据信息共享、互操作、以及即插即用的等功能，解决了变电站自动化系统升级和扩容等改造过程中大量自动化设备接入通信转换问题。
1 智能数字化变电站结构体系常规变电站的保护、测控、以及其他装置等与感应式电压（电流）互感器、电气一次设备间的联接主要通过控制或信号二次电缆。
由于整个变电站自动化系统调度运行过程中所需的数据、信号、命令等信息十分繁多，采用二次电缆连接方式大大增大了变电站自动化系统的接线复杂性。
智能数字化变电站自动化系统采用智能化一次设备（电子式互感器、智能化终端开关控制设备等）和网络化的二次系统设备分层（将变电站系统划分为过程层、间隔层、和站层三层结构），从而实现了变电站自动化系统系统化、集成化、网络化等功能特性，大大优化了变电站逻辑接线结构。
基于IEC61850平台的国网专变采集终端系统测试方案V1.1一、概述本系统测试方案包括终端功能和性能两大部分，测试范围上争取覆盖《国网电力用户用电信息采集系统设计原则第二部分终端应用软件设计导则》、《专变采集终端技术规范》和《专变采集终端检验技术规范》以及《需求分析》。
根据国网送检的新要求且由于嵌软平台第一次用于负控产品，本方案功能测试部分，像精度等更适合在科陆台体上测试的项目将只在科陆台体测试，其余测试项目应尽量不依赖于科陆台体，进行全方位的测试包括规范要求功能、稳定性、健壮性以及人机界面可操作性等，测试的最后才上台体自动测试。
性能测试包括终端软件各种响应指标检测以及硬件EMC、环境可靠性测试等。
二、引用规范1.《国网电力用户用电信息采集系统设计原则第二部分终端应用软件设计导则》和《电力用户用电信息采集系统功能规范》此规范详细描述了系统功能需求，并在《电力用户用电信息采集系统功能规范》附录B 中详细描述了系统测试项目和测试方法。
本方案基本在此规范所描述的测试项目和测试方法修改而成。
2.《电力用户用电信息采集系统检验技术规范第二部分：专变采集终端检验技术规范》此规范描述了系统性能部分测试要求，本方案性能部分测试据此设计。
3.《电力用户用电信息采集系统型式规范第一部分：专变采集终端型式规范》此部分规范描述了液晶界面需求，本方案将据此检测液晶界面和相关功能。
4.《电力用户用电信息采集系统通信协议第一部分:主站与采集终端通信协议》此协议描述了主站与终端的通讯交互协议，并基本体现出了系统总体功能概要。
本方案据此协议补充功能测试方案内容。
三、环境和工具1.测试环境和工具2.软件版本信息四、检测项目概要五、功能测试用例1.参数设置和查询2.数据采集3.数据处理。
基于IEC 61850标准的智能配电终端建模韩国政1，徐丙垠2,3（1. 山东大学电气工程学院，山东省济南市250061；2. 山东理工大学，山东省淄博市2550122；3. 山东科汇电力自动化有限公司，山东省淄博市2550871．）摘要：配电终端是用于配电网远方监测、控制的智能单元，包括FTU、TTU等。
在分析了配电终端功能的基础上，采用IEC 61850的建模方法和技术，对FTU和TTU进行信息建模。
对配电终端的通信服务进行了分类，给出了相应的IEC 61850的信息交换模型，并对客户/服务器模型的映射结合实际应用进行了分析。
采用IEC 61850为实现配电终端之间的互联互通、方便接入主站系统奠定了基础。
关键词：智能配电网；IEC 61850；配网自动化；智能配电终端；建模中图分类号：TM 76 文献标志码：A0 引言国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的IEC 61850变电站通信网络和系统标准[1]在变电站自动化领域得到了广泛的应用[2]-[5]。
它采用分层分布式的体系结构和面向对象的建模技术，实现了数据对象的自我描述，为不同厂商的IED（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）实现互操作和系统无缝集成提供了有效的途径。
随着IEC 61850技术的逐渐成熟和广泛应用，其技术和方法逐渐推广至变电站自动化以外的其它应用领域[6]-[8]。
在配网自动化中需要接入大量的、种类繁多的配电终端。
由于应用环境不同、生产厂家不同，配电终端完成的功能和采用的数据接口也不尽一致。
如何有效地接入配电终端，方便的实现互操作，一直是制约配网自动化发展的一大难题[9][10]。
采用IEC 61850的技术和方法对配电终端进行建模，规范智能配电终端数据接口和通信方式，方便的实现设备之间的互联互通和信息共享，已成为一个十分必要的课题。
基于IEC 61850的变电站电能量采集终端的建模与实现章坚民1,2,蒋世挺2,金乃正3,金 闪1,2,章立宗3(1.杭州电子科技大学自动化学院,浙江省杭州市310018;2.浙江创维自动化工程有限公司,浙江省杭州市310012;3.绍兴电力局,浙江省绍兴市312000)摘要:变电站电能量采集终端(ERTU )是用于变电站周期性数据采集的重要的厂站级设备,也是数字化变电站的组成部分之一。
作为数字化变电站基础的IEC 61850标准并没有完全覆盖变电站电能量采集的全部测量量,因此,文中基于IEC 61850标准的扩展原则,扩充定义了一个公共数据类FEE 、新的一组数据对象和一个逻辑节点MEEE,完整地建立了ERTU 的对象模型,并进行了实例化。
根据实际应用的需要,通过对ERTU 和数字式电能表的分析,详细说明了建模过程并建立了符合IEC 61850标准的信息模型以及合适的服务模型。
基于该设计的新型ERTU 已在浙江某110kV 变电站投入运行。
关键词:电能量采集终端;数字式电能表;IEC 61850;对象模型;模型扩充;周期数据;冻结数据收稿日期:2009-08-27;修回日期:2010-03-26。
0 引言近年来,基于IEC 61850标准、以太网、电子式互感器的数字化变电站技术成为发展趋势,并已取得了一系列的产品及系统开发、工程实践经验。
电能量采集与监视是数字化变电站的重要组成部分[1]。
基于电子式互感器的数字式电能表具有明显的优点[2],已开始得到试用[1-4],为数字化变电站提供间隔级的电能采集与监控智能装置。
变电站的电能量数据与变电站其他数据存在较大的差异,主要因为: 电能量数据用于交易计费,因此其采集的精度、准确度、稳定度、可靠性要求特别高; 电能量数据具有准实时性,即数据并不是用于实时应用,而主要是周期性记录,周期一般小至1m in,大至1个月,目前通常采用5m in 的采样周期。
由于数据用于交易计费结算,其作用和地位至关重要,因此一般各省均建有独立的电能量采集系统,在变电站通常采用电子式电能表,并配置专门的电能量采集终端(ERTU ),在调度侧建立专门的电能量采集与监视系统[5-6]。
本文研究基于IEC 61850标准或数字化变电站环境下的新型ERT U 建模和产品研制。
由于IEC 61850标准未能完全覆盖电能量和电能质量的数据要求,因此,本文首先针对电能量和电能质量的数据特点,研究基于IEC 61850标准的扩展原则,通过一定的扩展,实现其信息模型的建立;其次根据目前的电能量和电能质量的数据使用特点,研究其通信模型。
1 数字化电能量采集与监控1.1 常规电子式电能表一般变电站用常规电子式电能表多为复费率多功能电能表,提供基于串口方式的统一通信协议。
1.2 数字式电能表作为间隔级智能装置的数字式电能表,应覆盖电能量和电能质量的数据采集与监控需求,其基本功能有: 测量电压、电流、频率、功率和功率因数; 分时计量正反向有功电能和四象限无功电能; 分相计量正反向有功及输入、输出无功电能; 分时计量正反向有功,输入、输出无功最大需量及发生时间; 多费率及时间设置。
同时,应具备以下记录功能: 记录失压、全失压、失流、全失流、电压合格率; 记录负荷曲线; 记录清零、清需量、编程、校时、调表、设置初始底度、上电、过压、逆相序、开盖等事件记录。
另外,数字式电能表应具备装置自身故障告警功能,如时钟故障、内部数据存储器故障、电压逆相序以及电池欠压、失压、过压、失流报警等。
数字式电能表应提供以太网接口,符合数字化变电站间隔级智能装置的通信协议规范。
1.3 数字化ERTU作为厂站级装置,数字化ERT U 应满足: 能无缝接入数字式电能表,并能兼容常规电子式电能表的接入; 能作为接入间隔层电能表的智能代理装置与变电站其他间隔级或厂站级的数字化智能装置的通信,其通信协议应基于IEC 61850标准; 能实现与调度侧各类主站的数据通信,尤其是兼容现67第34卷 第11期2010年6月10日V o l.34 No.11June 10,2010有电能量采集与监控系统; 能实现对接入的电能表及自身进行运行监视与故障告警信息上报。
数字化ERTU 应具备变电站子站[7]的功能,其在数字化变电站的位置及与其他子系统的关系如图1所示。
图1 数字化ERTU 在数字化变电站中的位置Fig.1 Position of digital ERTU in digital substation图1中的数字化站控单元是变电站主控单元,承担了站内监控和与调度SCADA/EM S 的通信;圆圈内的数字为变电站电能量相关系统与其他子系统的信息交互接口序号: 为数字化ERTU 与电子式电能表的交互,采用的是非IEC 61850协议,通信接口多为串口; 为ERTU 与数字式电能表的交互; 为数字式电能表与其他数字化间隔智能装置的交互,它们将共享合并单元; 为数字式电能表与站控单元的信息交互; 为数字化ERTU 与站内其他数字化间隔智能装置的交互; 为数字化ERT U 与站控单元的交互; 为ERTU 与远方电能量及电能质量主站的交互。
~ 均应基于IEC 61850的通信;而 则需要执行与电能量主站通信的标准协议。
常规ERT U 只能接入电子式电能表,电能表按照传统电力通信协议DL/645问答式上送电能数据,主站根据IEC 60870-5-102协议召唤电能数据。
数字化ERTU 接入电子式电能表和数字式电能表,其与常规ERT U 在变电站内通信的区别在于:1)数字化ERT U 能无缝接入数字式电能表,并能兼容常规电子式电能表的接入。
其中,电子式电能表按照DL/645等传统串口通信协议问答式上送电能数据,数字式电能表按照IEC 61850标准主动上送数据。
2)能作为接入间隔层电能表的智能代理装置,与变电站其他间隔级或厂站级的数字化智能装置通信,其通信协议应基于IEC 61850标准。
3)能实现与调度侧各类主站的数据通信,尤其是兼容现有电能量采集与监控系统。
常规ERT U 按照IEC 60870-5-102协议实现与电能量主站之间的数据通信;数字化ERT U 目前仍然是根据IEC 60870-5-102协议来实现数据通信,随着数字化变电站的改造完成,IEC 61850标准或增扩版本未来有可能代替IEC 60870-5-102协议。
很明显,数字化ERTU 是一个特殊的站控单元。
在电能表未全部数字化情况下,它具有接口及协议转换的功能,同时作为电能表的智能代理装置,实现与其他间隔级数字化装置及站控主单元的信息交互;在电能表全数字化后,图1中交互 自然消失,交互 、交互 作用消退,ERTU 只作为数字式电能表的智能代理装置,实现与电能量专业主站的通信及信息交互。
2 IEC 61850标准的应用及其在电能专业中的扩展IEC 61850标准除了广泛应用于变电站不同专业领域[7],也在发电厂包括风电[8]等领域得到了应用。
IEC 61850标准本身主要为变电站监控和保护专业服务,在其他专业或领域应用时,可以依据其变电站信息的对象分层建模核心理念,按照一定的原则进行扩展,即主要对逻辑节点(LN)、数据及数据属性(DA)进行扩充,以满足实际信息建模的需要。
文献[9]给出了IEC 61850在电能质量监视专业的应用,提出3个新的LN ,即电压骤降(QV SG)、电压骤升(QVSW )、电压中断(QVIT ),并建议在IEC 61850标准原有的13个LN 组外增加一个电能质量事件相关LN 组Q,使得IEC 61850标准的应用能覆盖到电能质量监视专业。
3 信息模型的实现本文只讨论变电站电能量数据应用,对于电能质量应用可以参考文献[10]。
下面对ERT U 的信息模型进行分析,并按照IEC 61850标准建模。
3.1 ERTU 逻辑节点建模IEC 61850-7-4[11]中规范了13个LN 组,共计89种LN,包括系统组(L)、保护功能组(P)、自动控制组(A)、监控组(C)及计量和测量组(M )等;IEC61850-5[10]详细说明了保护功能组和监控组的LN 。
对于标准没有规范且实现某种功能专用的LN,根据标准的开放性、扩展性原则配合实际应用需求,可自定义LN 。
ERT U 在电能量计费系统中是介于计量主站与费率装置(电能表)之间的中间设备,随着智能化的发展其功能不断增加,主要完成电能量数据采集、处理、存储和转发等功能。
ERT U 通信传送的数据包括固定周期计算四象限电能、不同时间的四费率电能、电能需量、过电压和过电流事件等功能。
因682010,34(11)此,从IEC61850-7-4中选出实现上述功能的LN,分别是:测量单元M M XU,通过测量电压、电流和功率等基本量计算出电压和电流的有效值以及功率;计量单元M M TR,可以向主站提供电能表的测量数据来计算电能,用于计费;过流保护PT OC和过压保护PTOV单元,分别记录电能表的事件信息(过流和过压)。
3.2 数据对象建模根据IEC61850-7-3进行数据对象(DO)建模时,用于描述LN的每个数据类都抽象为一个DO。
因此,表征某个具体功能的LN必须首先继承公共LN的强制性DO,其他任意性DO视情况选择,这充分表现出面向对象技术的继承性。
强制性继承的DO分别是M od,Beh,H ealth和NamePlt,描述了LN的工作模式、性能、状态和铭牌。
其次,添加外部设备数据对象EEH ealth和EENam e。
再选择LN的M MT R类中4个表示有功或无功电能的需求和供给的数据对象SupW h,SupVArh,Dm dWh, DmdVArh。
另外,ERTU的计量功能还包括计算四象限电能、四费率电能、电能需量等,自定义DO 分别是Lim1VArh,Lim2VArh,Lim3VArh, Lim4VArh,SupWhFee,SupVArhFee,DmdWhFee, DmdVArhFee,SupWhNeed,SupVArhNeed, DmdWhN eed,Dm dVArhNeed,把上述DO组合起来形成一个新的LN,按照IEC61850-7-4中自定义LN规则命名为M EEE(measurem ent electric energy ex tended),它继承了M MT R类中的DO, MEEE类定义见附录A表A1。
如前所述,DataAttribute定义DO,而每一类DO的属性和服务分别在IEC61850-7-3的公共数据类(CDC)部分和IEC61850-7-2抽象通信服务接口(ACSI)部分详细定义。
以SupWh为例,其属性由公共数据类BCR定义,包括品质、时标、启动值和冻结值等。
