CN102123045A - 基于iec61850的高压设备在线监测的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于IEC61850的高压设备在线监测系统的建模方法，该建模方法是将各高压设备在线监测系统的所有对象看作一个整体，并基于国际IEC61850标准采用分层分类方式进行一体化建模，其中逻辑节点层的继电保护模型是采用变电站继电保护通用模型；本发明的建模方法一方面减少了传统方案的冗繁的建模过程，提高了准确性和可靠性，另一方面，由于采用成熟的建模方案，所以更易于工程实施。

Description

基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法

技术领域

本发明涉及一种基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，属于高压设备监测技术领域。

背景技术

2009年5月，国家电网公司提出了立足自主创新，以统一规划、统一标准、统一建设为原则，建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网的发展目标。智能变电站作为统一坚强智能电网的重要基础和节点支撑，是必不可少的内容。高压电气设备主要是指变压器、断路器、避雷器等。高压智能设备作为智能变电站的重要组成部分，它的可靠性直接关系到电网能否正常、高效、经济的运行。随着 《智能化变电站技术导则》（Q/GWD383-2009）的推出，国家电网公司明确部署了智能变电站的工作。目前已基本完成智能变电站相关标准研究与制定，国家电网公司系统首批三个智能变电站试点工程2010年底已经完成，试点工程中的最大成功就是高压设备智能化关键技术的重大突破（我公司负责完成高压设备智能化的研究与应用）。2011年开始，国家电网公司对枢纽及中心变电站按智能化建设或者对其进行智能化改造。

高压设备智能化作为智能电网的重要组成部分，是变电站主要设备与智能电网进行信息互动的基础，也是区别传统电网的主要标志之一。根据国家电网公司智能变电站高压设备智能化的基本思想，智能化变电站在线监测系统要完成设备状态监测参量的统一采集、就地存储、综合分析评估、标准化接口输出，并实现在变电站自动化系统中的可视化显示，通过自动化系统实现变电站关键设备与上级电网间的数据互通以及信息协同互动，为优化设备状态检修策略及基于设备实时状态信息的全寿命资产管理提供支持。这就要求在国际变电站通信网络和系统标准IEC 61850模型基础上进行统一信息建模和服务建模，对所建立的信息模型作扩展，对具体的逻辑节点、数据节点进行分析研究，创建合适的LN类。在国内继电保护建模技术相对成熟，但是高压设备在线监测建模领域还处于研究和探索阶段，尚无国家标准发布，而在线监测厂家由于技术限制和对标准理解不同，其在线监测输出与变电站监控系统站控层通过国际IEC 61850标准通信存在很大困难。

传统的在线监测建模方案是采用国际IEC 61850标准中的传感器和监视逻辑节点组建模，绝缘介质监视（气体）采用SIMG模型；绝缘介质监视（液体）采用SIML模型；局放监视和诊断采用SPDC模型，一方面在线监测厂家由于技术限制和对标准理解不同，与变电站监控系统厂家通过IEC 61850标准通信存在很多困难；另一方面，国际IEC 61850标准对在线监测建模未进行规范，在线监测的数据输出通信还需要扩展数据集成员；另外，国内也没有相关建模标准，导致在国内的高压设备智能化（高压设备智能状态监测）改造中，包括在线监测在内的设备厂家纷纷进行五花八门的扩展，更增加了在线监测与变电站监控系统等其它系统进行标准互联的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，以解决由于各厂家对IEC61850标准的理解不同或不具备61850标准通信而导致互连困难和高压设备在线监测数据结果无法直接以国际IEC61850标准通信规约实现在智能化变电站监控系统中的可视化显示的问题。

为实现上述目的，本发明的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法技术方案为：该建模方法是将各高压设备在线监测系统的所有对象看作一个整体，并基于国际IEC61850标准采用分层分类方式进行一体化建模，其中逻辑节点层的继电保护模型是采用变电站继电保护通用模型。

进一步的，所述继电保护模型整体采用一个名为PROT的逻辑设备LD模型，其中逻辑节点遥信量采用GGIO类通用过程I/O模型的逻辑节点建模，遥测量采用MMXN类相别无关量通用模型的逻辑节点建模，录波量采用RDRE类扰动记录模型的逻辑节点建模，逻辑节点LLNO和逻辑节点LPHD均采用IEC61850标准通用模型建模。

进一步的，所述采用分层分类方式建模是建立基本信息模型和对基本信息模型进行操作的服务模型，基本信息模型包括：服务器SERVER、逻辑设备LOGICAL-DEVIEC、逻辑节点LOGICAL-NODE、数据DATA和数据属性DataAttribute，每个基本信息模型被定义成类，这些类由属性和服务组成；服务模型包括：数据集、取代、定值组控制块、报告控制块、日志控制块、通用变电站事件控制块、采样值传输控制块、控制、时间和时间同步、文件传输。

进一步的，所述服务器SERVER用于表示外部可视化设备，包含了智能电子设备IED的所有通信网络可见信息。

进一步的，所述逻辑设备LOGICAL-DEVIEC包含一组特定应用及功能信息的虚拟设备。

进一步的，所述逻辑节点LOGICAL-NODE由数据和方法构成对象，包含特定应用功能，其中每个逻辑设备中至少包含3个逻辑节点对象，即LLNO、LPHD和至少1个其他逻辑节点，属于同一测量对象的数据应建立在同一逻辑节点中。

进一步的，所述数据DATA提供各种包含在逻辑节点内的不同类型的信息，若不够可以扩展。

进一步的，所述数据属性DataAttribute定义用来传输的数值名称、格式、范围或允许值及表示法。

本发明的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法将各高压设备在线监测系统的所有对象看作一个整体，逻辑节点层的继电保护模型采用变电站继电保护通用模型，与现有基于国际IEC61850标准的数字化监控系统完全兼容的建模方法，与国内外主要监控系统完成了一致性规约测试，攻克了由于各厂家对IEC61850标准的理解不同或不具备IEC61850标准通信而导致互联困难和高压设备在线监测数据结果无法直接以国际IEC61850标准通信规约实现在智能化变电站监控系统中的可视化显示的缺点，本发明按照智能电网的需要，将高压设备状态结果上传至电网调度主站，实现调度主站与变电站主要设备的智能化控制和协同互动。采用本发明的建模方法，一方面减少了传统方案的冗繁的建模过程，提高了准确性和可靠性，另一方面，由于采用成熟的建模方案，所以更易于工程实施。

附图说明

图1变压器在线监测各功能单元示意图；

图2变压器在线监测逻辑建模图。

具体实施方式

以图1、图2所示的变压器在线监测所有监测对象的一体化建模方法为例，高压设备中的断路器、避雷器等的建模方法与变压器相同，下面对本发明详细说明。

根据国际IEC61850 标准统一规定，采用面向对象的建模方法对整个电力系统进行统一建模，包括采用分层分类思想建立的基本信息模型和对基本信息模型进行操作的其它服务模型。其中基本信息模型包括：服务器SERVER、逻辑设备LOGICAL-DEVICE（简写为LD）、逻辑节点LOGICAL-NODE（简写为LN）、数据DATA和数据属性DataAttribute（简写为DA）。每个信息模型都被定义成类，这些类有属性和服务组成。其它服务模型包括：数据集、取代、定值组控制块、报告控制块、日志控制块、通用变电站事件控制块、采样值传输控制块、控制、时间和时间同步、文件传输。利用这些模型就可以建立起整个变电站系统模型。

变压器在线监测整体采用一个名为PROT的LD模型，其中逻辑节点层的继电保护模型采用变电站继电保护通用模型，即遥信量采用GGIO类通用过程I/O模型，遥测量采用MMXN类相别无关量通用模型，录波量采用RDRE类扰动记录模型的逻辑节点建模，逻辑节点LLNO和逻辑节点LPHD均采用IEC61850标准通用模型建模，符合变电站继电保护通用模型，能够与现有基于国际IEC 61850标准的数字化监控系统实现无缝连接。

一、系统配置

如图1所示为变压器在线监测各功能对象示意图，本建模方法即基于把左边“变压器在线监测智能柜”内所有的分IED和在线监测主IED这些对象看作一个整体，并基于国际IEC61850标准采用分层分类方式进行一体化建模。

二、建模方法行为分析

具体建模过程

基于分层分类和面向对象的建模的总体原则，进行在线监测的一体化建模。即同一个功能对象相关的数据以及数据属性，建模在该功能对象中(包括对该对象的扩展)；多个功能相关或全系统功能相关的数据，建模在公共的逻辑节点或者逻辑设备中。在此原则下，建立如图2所示的变压器在线监测逻辑建模图。下面分两部分介绍图2的建模过程。

（一） 对象建模

分层结构的数据对象包括的五大部分：

1.服务器（Server）：用来表示外部可视化设备，包含了智能电子设备IED的所有通信网络可见信息。本变压器在线监测模型只包含一个名为S1的服务器对象，这符合一个IED建模为一个服务器的通用规范。

2.逻辑设备（LD）包含一组特定应用及功能信息的虚拟设备。为了简化模型和增加通用性，本变压器在线监测模型采用一体化建模思想，只包含一个名为PROT的LD对象，如下表1所示。这样做使得模型具有简单和通用性，而且LD越少，出错的几率越少，兼容性也越强。PROT模型是继电保护通用模型，主流监控和保护厂家都能完美支持和兼容，而且也可以完成在线监测所需要的各种功能。

3.逻辑节点（LN）由数据和方法构成的对象，包含特定应用功能。根据IEC61850标准，每个LD对象中应至少包含3个LN对象（LLN0、LPHD和至少1个其他逻辑节点）。属于同一测量对象的数据宜建立在同一LN中。本变压器在线监测模型包含以下逻辑节点：

1）LLN0，代表逻辑设备的公共数据(例如设备运行状况、健康状态等)，主要包含①在线监测的告警注意值、分析周期等定值信息，完成定值读取和修改的功能；②告警事件数据集（dsAlarm）、遥测数据集（dsAin）、录波数据集（dsRelayRec）和定值数据集（dsSetting）；③告警事件报告控制块（brcbAlarm）、遥测报告控制块（brcbAin）和录波报告控制块（brcbRelayRec）。

2）LPHD1，代表拥有逻辑节点的物理设备的公共数据，主要包括物理设备制造商信息（vendor）、版本号（swRev）、模型（model）等。

3）AlmGGIO1，代表设备的告警数据，它采用的是GGIO类通用过程I/O模型。包含的告警数据下面详述。

4）MMXN1，代表设备的遥测量数据，它采用的是MMXN类相别无关量通用模型。包含的遥测量数据下面详述。

5）RDRE1，代表设备的录波数据，它采用的是RDRE类录波量通用模型。主要包括铭牌（NamPlt）、录波状态（RcdMade）、故障序号（FltNum）和电网故障序号（GriFltNum）。

4.数据（Data）提供各种包含在逻辑节点内的不同类型的信息，如果不够，可以扩展。

1）LLN0包含的具体数据成员有：Period代表分析周期；NextTime代表下次分析时间；CH₄代表CH₄报警注意值；C₂H₄代表C₂H₄报警注意值；C₂H₆代表C₂H₆报警注意值；C₂H₂ 代表C₂H₂报警注意值；H₂代表H₂报警注意值；CO代表CO报警注意值；CO₂代表CO₂报警注意值；Qiang代表总烃报警注意值；WaterStr1代表变压器微水报警注意值；IG代表铁心接地电流报警注意值；TempStr1代表变压器温度报警注意值；PressStr1代表变压器压力报警注意值，具体如下表2所示。以上数据成员除了分析周期和下次分析时间采用ING的整形定值数据对象类型建模外，其他均采用ASG的浮点型定值数据对象类型建模，具体规定见国际IEC61850-7-3标准。

2）AlmGGIO1包含的具体数据成员有：Alm1代表油色谱异常；Alm2代表微水异常；Alm3代表铁心接地异常；Alm4代表顶层油温异常；Alm5代表主油箱气体压力异常，上述Alm是alarm的简写，AlmGGIO1所包含的具体数据成员量可根据需要进行扩展。如下表3所示，以上数据成员均采用SPS的遥测数据对象类型建模，SPS的具体规定见国际IEC61850标准的7-3部分。

3）MMXN1包含的具体数据成员有：Vol1代表CH₄；Vol2代表C₂H₄；Vol3代表C₂H₆；Vol4代表C₂H₂；Vol5代表H₂；Vol6代表CO；Vol7代表CO₂；Vol8代表微水；Vol9代表铁心接地电流；Vol10代表顶层油温；Vol11代表主油箱气体压力；Vol12代表主油箱气体体积。如下表4所示，以上数据成员均采用MV的遥信数据对象类型建模，MV的具体规定见国际IEC61850标准的7-3部分。

5.数据属性（DA），定义用来传输的数值名称、格式、范围或允许值及表示法。本方法都严格按照国际IEC61850标准的公共数据类通用模型的规定，完全按照标准的7-3部分进行建模，由于该数据属性内容与本发明的发明点无关，相关数据属性内容就不再赘述。

（一） 服务建模

服务模型包括：数据、数据集、取代、定值组控制块、报告控制块、日志控制块、时间和时间同步、文件传输，均满足国际IEC61850-7-2标准的规定。

1.数据（DATA）服务 ，它包含GetDataValues、SetDataValues、GetDataDirectory和GetDataDefinition服务。本服务主要用于数据的读写操作。

2.数据集（DATA-SET）服务，它包含GetDataSetDirectory和GetDataSetValues服务。本服务主要用于数据集的读写操作。

3.取代（Substitution）服务，它包含SetDataValues服务。

4.定值组控制（Setting Group Control）服务，它包含GetSGCBValues、SelectEditSG、SelectActiveSG、SetSGValues、ConfirmEditSGValues和GetSGValues服务。本服务主要用于定值的读写操作。

5.报告（Reporting）服务，它包含Report、data-change、quality-change、data-update、GI、IntgPd、GetBRCBValues、SetBRCBValues、GetURCBValues和SetURCBValues服务。本服务主要用于报告发送的控制操作。

6.日志（Loging）服务，它包含GetLCBValues和SetLCBValues服务。本服务主要用于日志的读写操作。

7.时间（Time）服务，它采用SNTP的网络对时模式，可用于向变电站IED的服务器和客户应用提供UTC的时间同步服务。

8.文件传输（File Transfer）服务，它包含GetFile和GetFileAttributeValues服务。本服务可用于向主站传输断路器分合闸及储能的波形文件。

传统的在线监测建模方案是采用国际IEC 61850标准中的传感器和监视逻辑节点组建模，绝缘介质监视（气体）采用SIMG模型；绝缘介质监视（液体）采用SIML模型；局放监视和诊断采用SPDC模型，一方面在线监测厂家由于技术限制和对标准理解不同，与变电站监控系统厂家通过IEC 61850标准通信存在很多困难；另一方面，国际IEC 61850标准对在线监测建模未进行规范，在线监测的数据输出通信还需要扩展数据集成员；另外，国内也没有相关建模标准，导致，在国内的高压设备智能化（高压设备智能状态监测）改造中，包括在线监测在内的设备厂家纷纷进行五花八门的扩展，更增加了在线监测与变电站监控系统等其它系统进行标准互联的难度。本发明首次尝试采用变电站继电保护通用模型建模方法（对此模型，国内主流厂家已经经过多次互操作实验，并且国内也出台了相应的建模标准，已经非常完善，在通信上已不存在问题），采用此建模方法，一方面减少了传统方案的冗繁的建模过程，提高了准确性和可靠性，另一方面，由于采用成熟的建模方案，所以更易于工程实施。本发明中，所采集的监测数据采用国际IEC 61850标准MMS服务报文传输，可以直接应用于以国际IEC 61850标准为基础建立起来的智能化变电站中。

Claims (8)

1. 一种基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于，该建模方法是将各高压设备在线监测系统的所有对象看作一个整体，并基于国际IEC61850标准采用分层分类方式进行一体化建模，其中逻辑节点层的继电保护模型是采用变电站继电保护通用模型。

2. 根据权利要求1所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于：所述继电保护模型整体采用一个名为PROT的逻辑设备LD模型，其中逻辑节点遥信量采用GGIO类通用过程I/O模型的逻辑节点建模，遥测量采用MMXN类相别无关量通用模型的逻辑节点建模，录波量采用RDRE类扰动记录模型的逻辑节点建模，逻辑节点LLNO和逻辑节点LPHD均采用IEC61850标准通用模型建模。

3. 根据权利要求2所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于，所述采用分层分类方式建模是建立基本信息模型和对基本信息模型进行操作的服务模型，基本信息模型包括：服务器SERVER、逻辑设备LOGICAL-DEVIEC、逻辑节点LOGICAL-NODE、数据DATA和数据属性DataAttribute，每个基本信息模型被定义成类，这些类由属性和服务组成；服务模型包括：数据集、取代、定值组控制块、报告控制块、日志控制块、通用变电站事件控制块、采样值传输控制块、控制、时间和时间同步、文件传输。

4. 根据权利要求3所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于：所述服务器SERVER用于表示外部可视化设备，包含了智能电子设备IED的所有通信网络可见信息。

5. 根据权利要求4所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于：所述逻辑设备LOGICAL-DEVIEC包含一组特定应用及功能信息的虚拟设备。

6. 根据权利要求5所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于：所述逻辑节点LOGICAL-NODE由数据和方法构成对象，包含特定应用功能，其中每个逻辑设备中至少包含3个逻辑节点对象，即LLNO、LPHD和至少1个其他逻辑节点，属于同一测量对象的数据应建立在同一逻辑节点中。

7. 根据权利要求6所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于：所述数据DATA提供各种包含在逻辑节点内的不同类型的信息，若不够可以扩展。

8. 根据权利要求1-7中任一项所述的基于IEC61850的高压设备在线监测的建模方法，其特征在于：所述数据属性DataAttribute定义用来传输的数值名称、格式、范围或允许值及表示法。

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