CN101478178B - 一种变电站两种标准之间的转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站两种标准之间的转换方法，包括IEC 61850的对象模型和IEC103的信息模型，它包括以下步骤：对逻辑节点和数据对象进行建模，按各CPU分别建模，CPU由第一CPU1、第二CPU2和第三CPU3组成；对逻辑设备进行建模，将一个保护设备建模为一个逻辑设备。本发明将传统的103装置模型转化为符合IEC 61850标准模型，解决了传统变电站中大批基于IEC 103的微机装置如何和61850系统进行兼容的问题，实现传统变电站到数字化变电站的过渡。
Description
技术领域
本发明涉及变电站领域，尤其涉及一种变电站中基于IEC 61850的对象模型和IEC103的信息模型之间的转换方法。
技术背景
IEC 60870-5-103远动设备及系统-继保设备信息接口配套标准(103规约)。IEC60870-5系列通信协议体系是国际电工委员会第57技术委员会第3工作组(IEC TC57 WG03)用了多年时间制定的一套用于变电站远动通信的协议体系。与传统的远动通信协议不同，IEC60870-5系列协议体系借鉴了网络通信协议的分层技术，将协议分为链路层和应用层两层：链路层由IEC60870-5-1 IEC60870-5-2描述；应用层的基础部分由IEC60870-5-3，IEC60870-5-4和IEC60870-5描述。网络层、传输层、会话层、表示层都为空层，应用层直接映射到链路层。传统的微机保护装置大多采用103协议对自身信息进行建模并进行信息的传输。信息以信息点的方式(103中的Group，Item)通过一系列报文和远方后台设备进行信息的交互。
面向对象的变电站通信网络与系统-IEC 61850是一套非常庞杂的标准体系，共分为10个部分，对变电站自动化通信网络和系统做出了全面、详细的描述和规范。IEC 61850的制订有其深刻的历史原因，并对今后的电力系统产生重大影响。国际电工委员会IEC TC57工作组负责电力系统自动化标准的制定工作。随着认识上的转变，以及计算机、集成电路、通信等相关技术的高速发展，IEC所制定的电力自动化系统标准经历了从面向数据到面向对象的几次大的发展变化。
1)面向数据和点。最初的电力系统通信标准都是基于协议(protocol)的。由于受到当时通信技术和手段的限制，标准中更多地关注数据是如何传输的问题。这使得早期的通信标准都是面向数据点(例如保护装置的某项定值或某个动作事件)，而非面向对象(如保护装置)。为描述和交换数据，标准中定义了一系列报文。当各子系统之间以报文为载体进行数据交换时，数据的语义并不同时传输。这样的标准包括远动通信协议体系IEC60870-5系列。
2)面向设备和对象。随着电力系统自动化技术的迅速发展和实施复杂度的不断提高，迫使我们跳出各个自动化子系统内部，站在更高的层次，考察和设计各信息子系统的边界。一旦站在系统边界的角度，从系统集成目的考虑，信息交换的内容实际上比数据如何在系统之间传输更为重要。基于这样的认识，新一代的、面向对象的电力自动化系统标准被先后制定出来，如针对变电站自动化
系统的IEC 61850。新一代的标准体系建立了涵盖电力系统一次系统、二次系统以及通信系统的对象模型、服务模型以及它们之间的关系。
3)面向统一对象模型。
4)实现“一个世界，一种标准，一种技术”。
变电站自动化系统中的继电保护应包括全变电站主要设备和输电线路的全套保护。具体包括：①高压输电线路的主、后备保护；②主变压器的主、后备保护；③母线保护；④无功补偿电容器组的保护；⑤配电线路的保护；⑥小电流接地选线等。继电保护是变电站自动化系统的关键环节，其功能和可靠性如何会在很大程度上影响整个系统的性能。
变电站自动化系统的功能除控制、监视和保护3大功能外，还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。
采用变电站自动化系统可以把原本分隔的控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备(IntelligentElectronic Device，IED)组成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化。这样既提高了系统的经济性，又改善了可靠性。因此，变电站集成和自动化已成为电力行业降低安装、维护和运行成本的有效途径。
在变电站自动化系统集成过程中面临的最大障碍是不同厂家的IED，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以实现无缝集成和互操作。因为需要额外的硬件(如规约转换器)和软件来实现IED互联，还要对用户进行培训，这在很大程度上削弱了变电站实现自动化的优点和意义。因此变电站自动化系统在实现功能之外，还应具备互操作性、可扩展性和高可靠性等性能。这在以往系统分析和设计过程中通常是被忽视的。
互操作性，即同一厂家或不同厂家的多个IED要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的能力。设备的互操作性可以最大限度地保护用户原来的软硬件投资，实现不同厂家产品集成。
可扩展性，这就要求系统在设计时，软件系统和硬件系统都尽可能采用模块化设计方法，方便未来的系统扩展，同时要求通信接口标准化，系统具有开放性。
高可靠性，系统应具有冗余结构，特别是作为系统数据通道的通信系统和人机界面的监控主站应具有互相独立的冗余配置。在故障情况下，冗余的通信系统和监控主站应该可以在系统不停止工作的情况下进行热切换，以保证系统执行相应的保护和自动控制任务。
IEC在充分考虑上述变电站自动化系统的功能和要求，特别是互操作性要求的基础上，制定了变电站内通信网络与系统的通信标准体系IEC 61850标准。它采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数据对象的自描述成为可能，为不同厂商的IED实现互操作和系统无缝集成提供了途径。
随着IEC61850标准的制订和数字化变电站的加速实施，未来基于IEC61850标准设备必将在电力系统中占居主导地位。但在61850标准大规模推广的时候，不得不面对的一个问题是传统变电站中大批基于IEC 103的微机装置如何和61850系统进行兼容的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种变电站两种标准之间的转换方法，它解决了传统变电站基于IEC 103微机保护装置模型到IEC 61850模型的映射，实现传统变电站到数字化变电站的过渡。
实现上述目的的技术方案是：一种变电站两种标准之间的转换方法，包括IEC 61850的对象模型和IEC103的信息模型，其中，它包括以下步骤：
对逻辑节点和数据对象进行建模，按各CPU分别建模，CPU由第一CPU1、第二CPU2和第三CPU3组成；
对逻辑设备进行建模，将一个保护设备建模为一个逻辑设备。
上述的变电站两种标准之间的转换方法，其中，所述的对逻辑节点和数据对象进行建模步骤中，包括保护功能建模步骤，即：
首先针对实现高频保护功能的第一CPU1，在IEC 61850中，兼容逻辑节点PSCH用于在多个线路保护之间交换动作信息，利用PSCH与其他保护逻辑节点配合共同构成高频保护系统；
第二CPU2作为后备保护及重合闸逻辑，采用三段式相间和接地距离保护，相间和接地的每一段都应该建模为距离保护逻辑节点类PDIS的一个实例，接地距离可在对象名前增加前缀“Gnd”以作区分，而I、II、III段用后缀序号“1”、“2”、“3”扩展，最后，各保护的动作命令都输出至保护跳闸条件逻辑节点PTRC，并最终由其向断路器XCBR发送跳闸“Trip”命令。
上述的变电站两种标准之间的转换方法，其中，所述的对逻辑节点和数据对象进行建模步骤中，还包括保护相关功能建模步骤，即：
首先，自检告警信息，采用通用输入输出逻辑节点GGIO表示；
其次，模拟量采样、开关量采样功能模拟量采样按照IEC 61850-7-4建模为测量单元逻辑节点MMXU，开关量采样采用通用I/O逻辑节点GGIO描述；
再次，将扰动数据上送功能看作是一个小型的录波器，利用基本录波信息逻辑节点RDRE，以及代表各模拟量录波通道的逻辑节点RADR、代表各开关量录波通道的逻辑节点RBDR联合起来进行建模；
然后，故障测距，即第三CPU3中具有故障测距功能，相对应的逻辑节点为RFLO；
最后，对每个物理设备所必须的两个逻辑节点LPHD和LLN0建模，在建模中将一个间隔单元看成是一个物理设备，LPHD用来描述微机保护设备所在间隔的信息，LLN0用来描述微机保护设备本身的信息，以区别同一间隔中的其它保护设备。
上述的变电站两种标准之间的转换方法，其中，所述的对逻辑设备进行建模步骤包括创建映射表步骤以及信息转化步骤，其中：
创建映射表步骤，采用映射表的方式将IEC103信息点和相应的IEC61850对象索引进行映射，采用该映射表使IEC103通过GROUP和Item确定的点信息和对应的IEC61850对象相关联，起到一一对应关系，并且采用映射表的方式将IEC103命令报文和IEC61850 ACSI服务进行映射，通过该映射表即可将IEC103的命令报文转换为对应的抽象通讯服务接口；
信息转化步骤，当相应的IEC103命令报文需要转化为IEC61850标准服务时，只须查找相关的映射表，找出对应的服务和信息点的映射关系，转换为IEC61850模型，以便和远方61850设备进行信息的交互。
本发明的有益效果是：本发明将传统的103装置模型转化为符合IEC61850标准模型，将103信息点转换为61850对象索引，将103命令报文转换为对应的抽象通信服务，解决了传统变电站中大批基于IEC 103的微机装置如何和61850系统进行兼容的问题。
附图说明
图1a是IEC61850面向对象模型的概念性面向对象模型；
图1b是IEC61850面向对象模型的实际的面向对象模型；
图2是高压输电线高频保护模型。
具体实施方式
下面将结合附图以LFP901A微机保护装置为例对本发明作进一步说明。
本发明的一种变电站两种标准之间的转换方法，包括IEC 61850的对象模型和IEC103的信息模型，它包括以下步骤：
对逻辑节点和数据对象进行建模，按各CPU分别建模，CPU包括第一CPU1组成的，第一CPU1一般为装置的主保护，第二CPU2一般为后备保护即三阶段式相间距离和接地距离保护，第三CPU3一般为处理全局功能的起动和管理机，该步骤中，包括保护功能建模步骤，即：
首先针对实现高频保护功能的第一CPU1，在IEC 61850中，兼容逻辑节点PSCH用于在多个线路保护之间交换动作信息，利用PSCH与其他保护逻辑节点配合共同构成高频保护系统；
第二CPU2作为后备保护及重合闸逻辑，采用三段式相间和接地距离保护，相间和接地的每一段都应该建模为距离保护逻辑节点类PDIS的一个实例，接地距离可在对象名前增加前缀“Gnd”以作区分，而I、II、III段用后缀序号“1”、“2”、“3”扩展，最后，各保护的动作命令都输出至保护跳闸条件逻辑节点PTRC，并最终由其向断路器XCBR发送跳闸“Trip”命令。
还包括保护相关功能建模步骤，即：
首先，自检告警信息，采用通用输入输出逻辑节点GGIO表示；
其次，模拟量采样、开关量采样功能模拟量采样按照IEC 61850-7-4建模为测量单元逻辑节点MMXU，开关量采样采用通用I/O逻辑节点GGIO描述；
再次，将扰动数据上送功能看作是一个小型的录波器，利用基本录波信息逻辑节点RDRE，以及代表各模拟量录波通道的逻辑节点RADR、代表各开关量录波通道的逻辑节点RBDR联合起来进行建模；
然后，故障测距，即第三CPU3中具有故障测距功能，相对应的逻辑节点为RFLO；
最后，对每个物理设备所必须的两个逻辑节点LPHD和LLN0建模，在建模中将一个间隔单元看成是一个物理设备，LPHD用来描述微机保护设备所在间隔的信息，LLN0用来描述微机保护设备本身的信息，以区别同一间隔中的其它保护设备。
对逻辑设备进行建模，将一个保护设备建模为一个逻辑设备，该步骤包括创建映射表步骤以及信息转化步骤，其中：
创建映射表步骤，采用映射表的方式将IEC103信息点和相应的IEC61850对象索引进行映射，采用该映射表使IEC103通过GROUP和Item确定的点信息和对应的IEC61850对象相关联，起到一一对应关系，并且采用映射表的方式将IEC103命令报文和IEC61850 ACSI服务进行映射，通过该映射表即可将IEC103的命令报文转换为对应的抽象通讯服务接口；
信息转化步骤，当相应的IEC103命令报文需要转化为IEC61850标准服务时，只须查找相关的映射表，找出对应的服务和信息点的映射关系，转换为IEC61850模型，以便和远方61850设备进行信息的交互。
请参阅图1a，是IEC 61850采用分层的对象模型，由图可见，一个服务器内可以包含多个逻辑设备；一个逻辑设备由多个逻辑节点组成；一个逻辑节点包含多个数据对象；一个数据对象具有多个数据属性。下面以应用较广的南瑞继保LFP-901A为例，说明如何对现有保护设备进行对象建模，
一、建模第一步：逻辑节点和数据对象
IEC 61850将应用功能分解为最小的实体即逻辑节点LN，而目前保护设备所提供的这些信息是分散的，这就要求设计者清楚继电保护原理和设备组成原理，将密切相关的信息组合在一起组成LN。保护设备一般都是由多个功能独立的保护模块及CPU组成，为了降低功能分解的难度，在建模过程中可以先按各CPU分别建模。LFP-901A是由三个CPU组成的，CPU1为装置的主保护；CPU2为后备保护(三阶段式相间距离和接地距离保护)；CPU3为起动和管理机，主要处理一些全局功能，如总起动、测距等。
保护功能建模
首先考虑CPU1。CPU1实现高频保护功能。高频保护是与线路对侧相应的保护经高频通道配合实现的一种保护。在IEC 61850中，兼容逻辑节点PSCH用于在多个线路保护之间交换动作信息以构成新的保护方案，故可利用PSCH与其他保护逻辑节点配合共同构成高频保护系统。
LFP-901A中有两种原理的高频保护：
四边形特性距离继电器和工频变化量距离继电器结合经通道交换信号构成快速跳闸的高频距离保护，该保护功能由PDIS1-PSCH1两个逻辑节点共同实现；
零序功率方向比较继电器经通道交换信号构成快速跳闸的高频零序保护，该功能由PIOC0-PSCH2两个逻辑节点共同实现。在IEC 61850中，过电流保护抽象为两个逻辑节点类PIOC(瞬时过流保护)和PTOC(带时限过流保护)。
CPU2作为后备保护及重合闸逻辑，采用三段式相间和接地距离保护，相间和接地的每一段都应该建模为距离保护逻辑节点类PDIS的一个实例，接地距离可在对象名前增加前缀“Gnd”以作区分，而I、II、III段用后缀序号“1”、“2”、“3”扩展。最后，各保护的动作命令都输出至保护跳闸条件逻辑节点PTRC，并最终由其向断路器XCBR发送跳闸“Trip”命令。
保护相关功能建模
自检(告警)信息
由于各厂家所提供的告警信息往往存在着很大的差异，有一些信息包含在相应的保护功能逻辑节点中，因此，很难也没有必要用一个特定的逻辑节点来表示告警信息，可以采用通用输入输出逻辑节点GGIO表示。
模拟量采样(遥测)、开关量采样(遥信测)功能模拟量采样(遥测)按照IEC 61850-7-4建模为测量单元逻辑节点MMXU。开关量采样(遥信测)采用通用I/O逻辑节点GGIO描述。
扰动数据
扰动数据上送功能看作是一个小型的录波器，可以利用基本录波信息逻辑节点RDRE，以及代表各模拟量录波通道的逻辑节点RADR、代表各开关量录波通道的逻辑节点RBDR联合起来进行建模。
故障测距
CPU3中具有故障测距功能，相对应的逻辑节点为RFLO。
物理设备
最后，就是对每个物理设备所必须的两个逻辑节点LPHD和LLN0建模，在一个设备内它们是唯一的。在实际的变电站中，高压线路的每个间隔一般都有两台不同的保护，因此在建模中将一个间隔单元看成是一个物理设备，LPHD主要用来描述微机保护设备所在间隔的信息，而LLN0用来描述微机保护设备本身的信息，以区别同一间隔中的其它保护设备。
二、建模第二步：逻辑设备
在建模中一般不需要处理保护设备内部各CPU之间的数据交换，因此在实际中可将一个保护设备建模为一个逻辑设备。按照如上分析，高压输电线路高频保护的对象模型如图2所示。请注意，根据统一建模语言的规定，应给对象名加下划线，以区别于类名。
创建映射表：
采用映射表的方式将103信息点和相应的61850对象索引进行映射，如图3所示。采用该映射表使103通过GROUP和Item确定的点信息和对应的61850对象相关联，起到一一对应关系。
采用映射表的方式将103命令报文和61850 ACSI服务进行映射，如图4所示.通过该映射表即可将103的命令报文转换为对应的抽象通讯服务接口。
信息转化：
当相应的103命令报文需要转化为61850标准服务，只须查找相关的映射表，找出对应的服务和信息点的映射关系，转换为61850模型，以便和远方61850设备进行信息的交互.
| 61850Ref | 103Group | 103I tem | desc |
| /LD1/GndPDIS1.GndStr | 3 | 1 | 距离1段(相间，接地) |
| /LD1/GndPDIS2.GndStr | 3 | 2 | 接地距离II段 |
| /LD1/GndPDIS3.GndStr | 3 | 3 | 接地距离III段 |
| /LD1/GndPDIS4.GndStr | 3 | 4 | 相间距离II段 |
| /LD1/GndPDIS5.GndStr | 3 | 5 | 相间距离III段 |
上表为IEC103信息点与IEC61850对象索引映射表，其中：
61850Ref：61850对象索引；
103Group：IEC-103规约通用分类服务组号；
103Item：IEC-103规约通用分类服务条目号；
Desc：对应组号，条目号的信息描述；
| ASCI服务 | ASDU | 103Group | 103COT | Desc |
| RequestDataSetValues | ASDU10 | 4 | 42 | 召唤软压板 |
| RequestDataSetValues | ASDU10 | 5 | 42 | 召唤模拟量 |
| SetDataSetValues | ASDU10 | 4 | 40 | 投退软压板 |
上表为IEC103 ASDU命令报文与IEC61850 ACSI服务映射表，其中：ACSI服务：IEC-61850 ASCI服务；
ASDU：IEC-103规约应用服务单元类型；
103Group：IEC-103规约通用分类服务组号；
103COT：IEC-103信息传输原因；
Desc：ASDU服务描述。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种变电站两种标准之间的转换方法，包括IEC61850的对象模型和IEC103的信息模型，其特征在于，它包括以下步骤：
对逻辑节点和数据对象进行建模，按各CPU分别建模，CPU由第一CPU1、第二CPU2和第三CPU3组成；
对逻辑设备进行建模，将一个保护设备建模为一个逻辑设备，
所述的对逻辑节点和数据对象进行建模步骤中，包括保护功能建模步骤，即：
首先针对实现高频保护功能的第一CPU1，在IEC61850中，兼容逻辑节点PSCH用于在多个线路保护之间交换动作信息，利用PSCH与其他保护逻辑节点配合共同构成高频保护系统；
第二CPU2作为后备保护及重合闸逻辑，采用三段式相间和接地距离保护，相间和接地的每一段都应该建模为距离保护逻辑节点类PDIS的一个实例，接地距离在对象名前增加前缀“Gnd”以作区分，而I、II、III段用后缀序号“1”、“2”、“3”扩展，最后，各保护的动作命令都输出至保护跳闸条件逻辑节点PTRC，并最终由其向断路器XCBR发送跳闸“Trip”命令。
2.根据权利要求1所述的变电站两种标准之间的转换方法，其特征在于，所述的对逻辑节点和数据对象进行建模步骤中，还包括保护相关功能建模步骤，即：
首先，自检告警信息，采用通用输入输出逻辑节点GGIO表示；
其次，模拟量采样、开关量采样功能模拟量采样按照IEC61850-7-4建模为测量单元逻辑节点MMXU，开关量采样采用通用输入输出逻辑节点GGIO描述；
再次，将扰动数据上送功能看作是一个小型的录波器，利用基本录波信息逻辑节点RDRE，以及代表各模拟量录波通道的逻辑节点RADR、代表各开关量录波通道的逻辑节点RBDR联合起来进行建模；
然后，故障测距，即第三CPU3中具有故障测距功能，相对应的逻辑节点为RFLO；
最后，对每个物理设备所必须的两个逻辑节点LPHD和LLNO建模，在建模中将一个间隔单元看成是一个物理设备，LPHD用来描述微机保护设备所在间隔的信息，LLNO用来描述微机保护设备本身的信息，以区别同一间隔中的其它保护设备。
3.根据权利要求1所述的变电站两种标准之间的转换方法，其特征在于，所述的对逻辑设备进行建模步骤包括创建映射表步骤以及信息转化步骤，其中：
创建映射表步骤，采用映射表的方式将IEC103信息点和相应的IEC61850对象索引进行映射，采用该映射表使IEC103通过GROUP和Item确定的点信息和对应的IEC61850对象相关联，起到一一对应关系，并且采用映射表的方式将IEC103命令报文和IEC61850ACSI服务进行映射，通过该映射表即将IEC103的命令报文转换为对应的ACSI；
信息转化步骤，当相应的IEC103命令报文需要转化为IEC61850标准服务时，只须查找相关的映射表，找出对应的服务和信息点的映射关系，转换为IEC61850模型，以便和远方IEC61850设备进行信息的交互。
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