CN102708279A

CN102708279A - 雷电定位系统子站的建模方法与装置

Info

Publication number: CN102708279A
Application number: CN2012101018588A
Authority: CN
Inventors: 黄缙华; 周伊琳; 陈炯聪; 孙建伟; 胡亚平; 刘菲; 顾博川
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN102708279B

Abstract

本发明雷电定位系统子站的建模方法与装置，按照IEC61850定义的对象层析模型，依次对逻辑节点、逻辑设备和通信服务进行建模，从而完成对整个雷电定位系统子站的建模。由于IEC61850没有规定雷电定位系统子站专用的逻辑节点，因此，本发明中的逻辑节点雷电探测器是扩展得来的。按照本发明的方法与装置建模后，雷电定位系统子站可无缝地接入智能变电站和EMS系统，实现实时自动的雷击故障点快速定位、雷击事故鉴别等功能；而且，雷电定位系统子站统一建模后，可提供一致、标准的数据集，减轻现场施工和后续维护的工作量；另外，因为基于IEC61850标准建模，所生成的是面向对象的信息模型，可方便地与其他系统进行信息交互。

Description

雷电定位系统子站的建模方法与装置

技术领域

本发明涉及变电站数据通信技术领域，特别是涉及一种雷电定位系统子站的建模方法与装置。

背景技术

IEC61850是国际电工委员会第57技术委员会制定的关于变电站自动化系统通信网络和系统的标准，目的是为了实现变电站内部不同厂商之间的设备的互操作。该协议采用自上而下的方式对变电站自动化系统进行系统分层、功能定义和对象建模。IEC61850包括面向对象的标准、通信网络性能要求、接口和映射、系统和项目管理、一致性测试等多方面详细内容，是迄今为止最为完善的变电站通信网络与系统的标准，与以往的变电站通信标准相比，它具有如下突出的技术特点：

(1)分层、分布的体系结构；

(2)面向对象的信息模型；

(3)抽象通信服务接口和特定通信服务映射；

(4)变电站配置语言及面向对象的数据自描述。

与以往的远动通信协议采用面向点的信息描述方式不同，IEC 61850标准的一个显著特点是采用面向对象的方法描述变电站及设备信息，它为变电站设备、通信体系及服务建立了基于对象的数据模型，这些模型描述和定义了大多数公共实际设备和设备组件的公共数据标识、格式、行为、控制以及设备之间进行信息交换所需要的服务。面向对象的信息模型和建模方法是IEC 61850的核心。

雷电是自然界频繁发生的一种强电磁现象，影响区域广泛。电网是一个具有广域分布特征的超大规模系统，其最大几何尺度达数千km，极易遭受雷电的冲击。每年由于雷击造成的输电线路绝缘闪络和损坏而影响电网正常运行的故障频繁发生。据统计，由于雷击引起的高压线路跳闸次数占线路总跳闸次数的40％～70％，雷害已成为与自然灾害、外力破坏并列的严重影响电网运行安全的三大因素之一。加强电网的雷电监测与防护，减少雷害事故，保证电网安全供电，为建设坚强电网提供有力保障，具有极其重要的意义。

雷电定位系统(Light Location System，LLS)是一种全自动、大面积、高精度、实时的雷电监测网络，能实时遥测并显示云对地放电(地闪)的时间、位置、雷电流幅值和极性、回击次数以及每次回击的参数。雷电定位系统能在全国范围内实时监测雷电活动，掌握和记录雷电活动特征。雷电定位系统主要由雷电定位系统子站、数据处理及系统控制中心(或中心站)、用户工作站或雷电信息系统3部分构成。由于雷电定位系统数据对电网防雷设计和线路事故跳闸分析工作具有重要的指导意义，雷电定位系统子站产品正逐步成为变电站的必要设备。

雷电定位系统子站由电磁场天线、雷电波形识别及处理单元、高精度晶振及GPS时钟单元、通信、电源及保护单元构成。雷电定位系统子站测定地闪波的特征量并输出：每次回击达到的时间、方向、相对信号强度等参数，并将原始测量数据和计算数据实时发送至雷电定位系统中心站。

现有雷电定位系统子站存在的问题为：雷电定位系统子站设备生产厂家在实现数据通信的时候，还是按照厂家专用的通信协议完成从子站到中心站的数据上传。在实际应用中，在不同的雷电定位系统子站中，往往使用的是多个厂家的雷电定位系统子站监测设备，且监测设备与对应的分析软件有很强的互赖性，这些设备由于以上原因，往往互不兼容，难以实现各种系统资源的共享，系统监测成本较高。

发明内容

本发明提出了一种雷电定位系统子站的建模方法与装置，用以统一雷电定位系统子站与其他系统或设备的数据交互方式，减少中间环节和人员参与，提高数据交互的效率。

一种雷电定位系统子站的建模方法，以IEC61850定义的对象层次模型为基础，进行以下步骤：

构建雷电定位系统子站中用于测量的逻辑节点和数据对象，逻辑节点为根据IEC61850扩展得来；

对雷电定位系统子站的逻辑设备进行建模；

选用IEC61850定义的抽象通信服务实现接口功能。

一种雷电定位系统子站的建模装置，包括以IEC61850定义的对象层次模型为基础，分别进行相应建模的逻辑节点建模单元、逻辑设备建模单元和通信服务建模单元：

逻辑节点建模单元，用于构建雷电定位系统子站中用于测量的逻辑节点和数据对象，逻辑节点为根据IEC61850扩展得来；

逻辑设备建模单元，用于对雷电定位系统子站的逻辑设备进行建模；

通信服务建模单元，用于选用IEC61850定义的抽象通信服务实现接口功能。

附图说明

图1为IEC61850定义的对象层次模型示意图；

图2为本发明雷电定位系统子站建模方法的流程示意图；

图3为雷电定位系统子站逻辑设备及逻辑节点之间的关系示意图；

图4为雷电定位系统子站IED的变电站层接口示意图；

图5为本发明雷电定位系统子站的建模装置的结构示意图。

具体实施方式

设计完整的雷电定位系统子站模型要求对雷电定位系统子站IED(IntelligentElectronic Device，智能电子设备)进行信息建模和通信服务建模。

建模之前首先使用IEC 61850标准对雷电定位系统子站进行描述。IEC 61850标准的显著特点是采用面向对象的方法描述变电站及设备信息。基于IEC 61850标准，如图1所示，可将雷电定位系统子站对象划分为：Sever(服务器)、LD(LogicDevice，逻辑设备)、LN(Logic Node，逻辑节点)、Data(数据)、DA(Data Atrribute，数据属性)五个层次。一个服务器由一个或多个逻辑设备组成；逻辑设备中的功能模块分为若干个相关子功能，对应为各种逻辑节点；一个逻辑节点又包含一个或多个数据对象，其中数据对象是公共数据类的对象实例；一个数据对象具有多个数据属性，数据属性含有各种数据类型、值和功能约束FC(FunctionConstraint)等。

Sever用来表示雷电定位系统子站外部可见的行为，在通信网络中，它能够提供数据，或者允许其他功能节点访问它的资源。它包含服务访问点、若干逻辑设备、文件和应用关联。

LD是一种虚拟设备，为了通信目的聚集了相关的逻辑节点。它包含1个LLN0、1个LPHD(逻辑节点物理设备)和1个以上其他兼容逻辑节点。LLN0说明有关逻辑设备的具体信息；LPHD用来表示有关该逻辑设备所在的物理设备信息其余的兼容逻辑节点LN则用来表示该逻辑设备所要实现的一些具体功能。

LN是用来交换数据的功能的最小单元，表示一个物理设备内的某个具体功能(如测量)或者是作为一次设备的代理。

Data是服务访问的基本元素，代表位于物理设备中应用的有用信息，它是由1个或多个数据项构成的结构，用以描述设备信息，内含数据属性。

DA定义了用来传输的数值的名字(语法)、格式、范围或允许值以及表示法。

建模的过程，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1、构建雷电定位系统子站中用于测量的逻辑节点和数据对象，逻辑节点为根据IEC61850扩展得来；

步骤S2、对雷电定位系统子站的逻辑设备进行建模；

步骤S3、选用IEC61850定义的抽象通信服务实现接口功能。

雷电定位系统子站测量雷电低频/甚低频(LF/VLF)电磁辐射场，剔除云闪信号，对地闪定位。雷电定位系统子站IED的主要测量参数包括：地闪时间，地闪位置，地闪雷电流峰值，地闪雷电流极性，地闪后续回击次数等。

根据测量功能的设计要求，需要从IEC61850-7-4中选取对应基本功能的逻辑节点。IEC 61850标准规定了13个逻辑节点组，包括保护功能逻辑节点组、计量和测量逻辑节点组等。该标准没有规定雷电定位监测功能专用的逻辑节点，但由于标准的开放性，可以通过扩展逻辑节点来解决建模问题。扩展的逻辑节点为雷电探测器SLAR。

逻辑节点雷电探测器SLAR的具体结构如下表所示：

雷电探测器类名为“SLAR”。数据类中的雷电探测器属性分为四组(公共逻辑节点信息、信号量/状态量、测量量、设定值)，其中公共逻辑节点信息是逻辑节点雷电探测器中和专用功能无关的信息；信号量/状态量代表位于逻辑节点雷电探测器的过程或功能的状态信息；测量量是从过程或功能中计算的模拟测量数据；设定值代表触发逻辑节点雷电探测器功能所需的信息。每一组雷电探测器属性由若干数据类组成，例如“模式(Mode)”、“全电流”，这些数据类由数据名例如“Mod”和“TotCur”所引用。更进一步说，每一个数据类有一个公用数据类，它详细定义这个数据类的属性。例如表中“Mod”的公用数据类为“可控整数状态(INC)”：M/O列规定数据类是强制必选(M)或是选项(O)。

完成逻辑节点和数据对象建模后，下一步就是对上一层的逻辑设备(LD)建模。逻辑设备概念的引入是为了满足逻辑节点范畴以外的通讯需要。逻辑设备主要由一系列逻辑节点以及一些额外的服务(例如采样值，数据集)组成。在逻辑设备中对逻辑节点分组是按照其公共特性进行的。逻辑设备还提供其宿主-物理设备或者被其控制的外部设备的信息。图3中逻辑设备“LLMR1”包含以下逻辑节点：逻辑节点0(LLN0)包含LD的公共数据；物理设备逻辑节点(LPHD)包含承载逻辑设备的物理设备的公共数据；其它为测量类相关逻辑节点。

通信服务建模的目的在于选用相关的抽象服务将可视的自动化功能对外表现出来。通信服务建模的方法为选用IEC 61850-7-2定义的抽象通信服务(ACSI)实现该接口功能。通信服务建模建立了用于操作、访问信息模型属性的方法。通信实体间的数据交换是通过对应的通信服务实现的。雷电定位系统子站IED的变电站层接口如图4所示。

雷电定位系统子站的核心功能就是如何将雷电定位系统子站IED的雷电定位数据上传至站级计算机，实现在线地统一监测.站级计算机在通信时作为61850客户，雷电定位系统子站IED作为61850服务器。选用IEC61850-7-2中定义多种抽象通信服务，包括应用关联服务、目录服务、数据服务、数据集服务、报告和日志服务。站级计算机通过应用关联服务与雷电定位系统子站IED建立应用关联：通过目录服务获得雷电定位探测IED的信息模型；通过数据服务和数据集服务读取和设置与雷电定位相关的信息数据；通过报告和日志服务当雷电定位系统子站IED检测到雷电事件后自动上传报告和在本地记录日志。

本发明雷电定位系统子站的建模装置是与上述方法对应的装置，如图5所示，包括以IEC61850定义的对象层次模型为基础，分别进行相应建模的逻辑节点建模单元、逻辑设备建模单元和通信服务建模单元：

所述逻辑节点建模单元、逻辑设备建模单元和通信服务建模单元依次相连，构成了本装置。

作为一个优选的实施例，本装置还包括功能分解单元，用于将雷电定位系统子站可视的自动功能分解成基本功能。

作为一个优选的实施例，所扩展的逻辑节点为雷电探测器。

作为一个优选的实施例，所述抽象通信服务包括应用关联服务、目录服务、数据服务、数据集服务、报告和日志服务。

传统应用于电网的雷电定位系统，进行雷击故障点快速定位，雷击事故鉴别等工作时，需要人工参与，其分析结果也是相对滞后的，对故障点的查找只能提供有限的帮助。雷电定位系统子站基于IEC61850标准建模后，可无缝地接入智能变电站和EMS系统，实现实时、自动的雷击故障点快速定位，雷击事故鉴别等功能，解决目前雷电定位系统存在的缺陷。而且，雷电定位系统子站统一建模后，可提供一致、标准的数据集，减轻现场施工和后续维护的工作量；另外，因为基于IEC61850标准建模，所生成的是面向对象的信息模型，可方便地与其他系统进行信息交互。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种雷电定位系统子站的建模方法，其特征在于，以IEC61850定义的对象层次模型为基础，进行以下步骤：

对雷电定位系统子站的逻辑设备进行建模；

选用IEC61850定义的抽象通信服务实现接口功能。

2.根据权利要求1所述的雷电定位系统子站的建模方法，其特征在于，在构建雷电定位系统子站用于测量的逻辑节点和数据对象之前，还包括步骤：

将雷电定位系统子站可视的自动化功能分解成基本功能。

3.根据权利要求1或2所述的雷电定位系统子站的建模方法，其特征在于，所扩展的逻辑节点为雷电探测器。

4.根据权利要求1或2所述的雷电定位系统子站的建模方法，其特征在于，所述抽象通信服务包括应用关联服务、目录服务、数据服务、数据集服务、报告和日志服务。

5.一种雷电定位系统子站的建模装置，其特征在于，包括以IEC61850定义的对象层次模型为基础，分别进行相应建模的逻辑节点建模单元、逻辑设备建模单元和通信服务建模单元：

6.根据权利要求5所述的雷电定位系统子站的建模装置，其特征在于，还包括功能分解单元，用于将雷电定位系统子站可视的自动功能分解成基本功能。

7.根据权利要求5或6所述的雷电定位系统子站的建模装置，其特征在于，所扩展的逻辑节点为雷电探测器。

8.根据权利要求5或6所述的雷电定位系统子站的建模装置，其特征在于，所述抽象通信服务包括应用关联服务、目录服务、数据服务、数据集服务、报告和日志服务。