基于IEC61850标准的牵引变电所备自投装置的建模研究

田 甜 张慧洁 古晓东

（西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031）

1 概述

数字化牵引变电所是在整个信息采集、传输、处理、输出的过程中实现完全数字化，并以IEC61850为通信标准的新型变电所。作为牵引供电系统中重要的一种安全自动电源投切装置，备自投装置对铁道电气化的安全稳定运行起着至关重要的作用，因此对数字化牵引变电所备自投装置的研究具有重要的价值。

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IEC61850是新一代的变电站自动化通信结构体系的一个国际标准，具有完全面向对象、抽象通信服务接口（ACSI）、配置语言、电力系统统一建模、面向实时的服务等特点。而为了达到网络传输无缝通信的要求，避免繁琐的各类协议转换，实现IED设备间的互操作性，IEC61850标准通信协议采用了对IED统一建模的方法。本文以牵引变电所备自投装置为例，依照IEC61850标准，对智能电子设备的建模过程和步骤进行了讨论。

2 IED数据模型分析

IED的分层信息模型自上而下分为4个层级：服务器、逻辑设备、逻辑节点和数据，上一层级的类模型由若干个下一层级的类模型“聚合”而成，位于最低层级的数据类由若干数据属性组成。IEC61850-7-2明确规定了这4个层级的类模型所封装的属性和服务。逻辑节点是IED模型内用于信息交换的最小功能单元。IEC61850把装置所有的功能分解成逻辑节点，这些节点可以分布在一个或者多个物理装置上。逻辑节点间以逻辑连接，用来进行逻辑节点间的数据交换。而每个逻辑节点都包含有一组数据对象，数据对象是最小的信息单元。每个数据对象又包含一组特殊的数据属性。数据和数据属性的信息可以通过抽象服务进行交换。逻辑节点和一些逻辑节点之外的信息就构成了逻辑设备，一个或者多个的逻辑设备就构成了IEC61850规定的服务器，而一个或者多个服务器就构成一个IED。用户通过抽象通讯服务接口访问IED上的服务器，与IED进行信息交换。

3 牵引变电所备自投装置的功能分析

对IED功能进行分解和定义，在本文中即对备自投建立功能模型。数字化牵引变电所备自投应具有测量功能、控制功能、遥信功能。

4 牵引变电所备自投装置建模实现

4.1 服务器和逻辑设备建模

服务器模型代表了IEC61850的所有应用数据模型与外部网络的联系；通过服务器模型利用SCSM能将IEC61850的模型与现实网络对应起来；它体现了通信网络的节点功能，并作为物理设备应用层的I/O接口；服务器模型和应用程序对应成为物理设备的资源。一个服务器模型包含有若干个逻辑设备，并且服务器模型是比逻辑设备更高一层的模型。本文设计的对数字化牵引变电所备自投的建模中，服务器模型包含了三个逻辑设备，其中LD1定义为测量功能，实现对主变进线电压、电流、功率、频率、低压侧电流等数据的计算；LD2定义为控制功能，实现对断路器和电动隔离开关的控制；LD3定义为遥信功能，共包括24个开入量。

逻辑设备由若干个逻辑节点和其它一些服务组成。其中一个逻辑设备至少包括3个逻辑节点：逻辑节点0（LLN0）、逻辑节点物理设备（LPHD）和功能逻辑节点。LLN0和LPHD都是唯一的，功能逻辑节点至少要有一个。本文中，将数字化牵引变电所备自投IED分解为3个逻辑设备，结合ICD编辑器，分别建立这3个逻辑设备模型，在此给出控制功能逻辑设备CTRL模型和测量功能逻辑设备MEAS模型，分别如下所示：

4.2 逻辑节点建模

基于IEC61850的数字化牵引变电所备自投功能的逻辑节点数量较多，在此对控制逻辑节点XCBR1进行建模举例，逻辑节点XCBR1（断路器）定义为主变高压侧断路器，XCBR1功能包括操作计数器功能、开关位置功能、闭锁跳闸功能、闭锁合闸功能。属性列表如下：

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表3 中M表示这个数据属性是必选的，O表示可选。LNName表示的是逻辑节点名，LNRef为逻辑节点的唯一路径。Mod说明了逻辑节点XCBR1的工作模式，Beh表述逻辑节点XCBR1的性能，Health描述逻辑节点相关的软硬件状态，NamePlt描述了逻辑节点PTOV的铭牌，其余数据描述如图表所示，不再赘述。

4.3 数据对象建模

以逻辑节点XCBR1的数据对象开关位置功能为例介绍数据对象的建模。其中数据Pos的类型是DPC，Pos定义如下表所示：

表中DataName是数据名，DataRef是数据路径。Presence属性为BOOLEAN它有两个参数：TURE和 FALSE，当公共数据类型或逻辑节点内数据是必选（M)时，Presence 为TURE，否则为FALSE。 Pos.ctl－Val，Pos.operTm 等都有不同的属性用以描述数据。

至此，从IED的服务器到数据属性的建模过程已经完成。

4.4 模型的验证

对于文中所设计的牵引变电所备自投模型，可以根据XMLSchema对其进行描述，它遵循XML的基本语法规则。IEC61850中的XML-Schema描述了变电站配置语言文档的结构，定义了文档中标记的语法规则，包括数据对象的嵌套关系、数据属性的约束条件、取值范围等，并且能够检验自描述文档的正确性和有效性。建模的最后，需要对建立起来的描述语言进行语法验证，整个装置模型进行应用功能的验证，检验其是否符合IEC61850标准。

结束语

面向对象的建模方法是IEC61850标准实现互操作性目标的重要技术，基于IEC 61850的IED数据建模的研究和实现具有重要意义。本文通过对牵引变电所备自投装置实际建模，阐明了备自投装置建模的步骤和方法，该方法具有一般性，对实际工程的建模具有很好的指导意义。

[1]IEC.IEC61850：Communication Networks and Systems in Substations[S].

[2]许振明等.基于IEC 61850标准的电力系统的两种建模方式 [J].继电器，2008，36（6）：55-58.

[3]吴在军，窦晓波，胡敏强.基于IEC61850标准的数字保护装置建模[J].电网技术，2005，29（21）：81-84.

[4]廖泽友，孙莉，贺岺，刘伟.IED遵循IEC61850标准的数据建模 [J].继电器，2006，34（20）：40-43.

[5]许继电气股份有限公司.WBT-820A系列微机备自投装置技术及使用说明书.2008.