楊小磊，曾曉璞，童 鐳

0 引言

數(shù)字化牽引變電所是未來變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的方向，錄波裝置也要適應(yīng)數(shù)字化要求。牽引所的數(shù)字錄波裝置能夠準(zhǔn)確地記錄系統(tǒng)在故障或非正常運(yùn)行狀態(tài)下變電所高壓側(cè)和低壓側(cè)各相電壓、電流等電氣量信息以及開關(guān)設(shè)備和繼電保護(hù)的動(dòng)作信息，完整地反映系統(tǒng)故障的發(fā)展過程。近年來，隨著高速鐵路的發(fā)展，各種短路故障的發(fā)生較以前變得日益嚴(yán)重和復(fù)雜，也使得對牽引所數(shù)字錄波裝置的研究具有重要的價(jià)值[1]。

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)對象對系統(tǒng)進(jìn)行建模，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)傳輸無縫通信的要求，避免了繁瑣的各類協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了IED 設(shè)備間的互操作[2]。對整個(gè)錄波裝置統(tǒng)一建模，保證了符合標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家的IED 工作于同一語義空間下，可以增強(qiáng)裝置的互操作性，達(dá)到信息交換的目的；另一方面通過整個(gè)錄波裝置統(tǒng)一建模，闡述IED 裝置之間和IED 裝置內(nèi)部LN 之間的邏輯和時(shí)序關(guān)系，為下一步裝置硬件設(shè)計(jì)奠定良好基礎(chǔ)。因此，本文以牽引所數(shù)字錄波裝置為例，對如何在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)建立該模型進(jìn)行了研究，具有重大的研究意義。

1 數(shù)據(jù)模型分析

信息模型的屬性從上至下包括邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性等4 個(gè)層次，采用客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，如圖1 所示。

圖1 客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型框圖

邏輯設(shè)備主要由邏輯節(jié)點(diǎn)和附加服務(wù)組成一個(gè)虛擬設(shè)備，它主要用于一組特定功能的產(chǎn)生及相關(guān)使用信息。邏輯節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性及屬性列表組成，它是交換數(shù)據(jù)的最小單元，一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)表示服務(wù)器一個(gè)基本功能或一組設(shè)備信息。數(shù)據(jù)對象從公用數(shù)據(jù)類繼承，是一個(gè)公用數(shù)據(jù)類的命名實(shí)例，它包含邏輯節(jié)點(diǎn)所具有的全部信息。數(shù)據(jù)屬性描述數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容，是信息模型中的最終承載者。數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性的信息可以通過抽象服務(wù)進(jìn)行交換。邏輯節(jié)點(diǎn)和一些邏輯節(jié)點(diǎn)之外的信息就構(gòu)成了邏輯設(shè)備，一個(gè)或者多個(gè)邏輯設(shè)備構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，而一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)器就是構(gòu)成整個(gè)設(shè)備的模型。

2 數(shù)字錄波裝置的功能分析

錄波裝置模型按功能設(shè)有告警LD0、實(shí)時(shí)量Meas 和錄波Red 邏輯裝置，分別實(shí)現(xiàn)裝置自檢告警、各通道實(shí)時(shí)測量、錄波啟動(dòng)與定值3 項(xiàng)功能。

3 錄波裝置建模方法

3.1 服務(wù)器和邏輯設(shè)備建模

完成錄波裝置功能分析后，就可以進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)建模了。首先將整個(gè)IED 建模成一個(gè)服務(wù)器，它至少包含一個(gè)邏輯設(shè)備。除了邏輯設(shè)備外，服務(wù)器還包括由通信系統(tǒng)提供的其他一些公共的基本組成部件，如應(yīng)用關(guān)聯(lián)，時(shí)間同步，文件傳輸?shù)?。另外，服?wù)器還具有服務(wù)器訪問點(diǎn)屬性，它是地址的抽象，用于在底層的特殊通信服務(wù)（SCSM）標(biāo)識服務(wù)器。在IEC 61850 建模中，故障錄波裝置建模成3 個(gè)邏輯設(shè)備，一個(gè)通道對應(yīng)一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，如圖2 所示。

圖2 設(shè)備模型結(jié)構(gòu)圖

其中一個(gè)邏輯設(shè)備至少包括3 個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)：邏輯節(jié)點(diǎn)0（LLN0）、邏輯節(jié)點(diǎn)物理設(shè)備（LPHD）和功能邏輯節(jié)點(diǎn)。LLN0 和LPHD 都是唯一的，功能邏輯節(jié)點(diǎn)至少要有一個(gè)。邏輯節(jié)點(diǎn)內(nèi)的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性可采用IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)定義的邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)屬性，只是根據(jù)實(shí)際需要，確定邏輯節(jié)點(diǎn)中可選數(shù)據(jù)屬性的取舍。如果標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)不能滿足需要，就需依照IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)對兼容數(shù)據(jù)類擴(kuò)展的規(guī)定創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)。

3.2 邏輯節(jié)點(diǎn)的確定

邏輯節(jié)點(diǎn)是一個(gè)具有交換數(shù)據(jù)功能的最小單位。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，故障錄波裝置對電力參數(shù)進(jìn)行記錄，主要包括以下指標(biāo)：電壓、電流、組實(shí)時(shí)量及開關(guān)量的測量；電壓、電流、變壓器、組的錄波；裝置告警記錄。這些故障信息就構(gòu)成了模型的邏輯節(jié)點(diǎn)。IEC 61850-7-4 中共定義了88 個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，描述錄波裝置故障信息主要有以下節(jié)點(diǎn)：

（1）MMXN 表示測量邏輯節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)用于描述基本的監(jiān)測線路信息，如電壓、電流、頻率。

（2）GGIO 表示通用邏輯節(jié)點(diǎn)，用于描述開關(guān)量的實(shí)時(shí)測量記錄。

（3）RADR 表示模擬量錄波節(jié)點(diǎn)，用于描述模擬量擾動(dòng)的記錄。

（4）RBDR 表示開關(guān)量錄波節(jié)點(diǎn)，用于描述開關(guān)量擾動(dòng)的記錄。

（5）RDRE 表示通用錄波節(jié)點(diǎn)，用于描述通用擾動(dòng)的記錄邏輯節(jié)點(diǎn)。

在確定邏輯節(jié)點(diǎn)后，裝置的測量、錄波信息、參數(shù)定值就可以一一對應(yīng)到相應(yīng)邏輯節(jié)點(diǎn)下的數(shù)據(jù)對象中。每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)由具有特定數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)構(gòu)成，數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)和已定義的相關(guān)語義，它包含在具有特定數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)表中。

3.3 確定數(shù)據(jù)屬性

確定數(shù)據(jù)屬性需要數(shù)據(jù)表，下面給出牽引變壓器低壓電流值A(chǔ)mp 數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)Amp 的類型是MV(Measured Value)，Amp 定義如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)Amp 包含的數(shù)據(jù)表

DataName 是數(shù)據(jù)名，DataRef 是數(shù)據(jù)路徑。 Presence 屬性為BOOLEAN，它有2 個(gè)參數(shù)：TURE和FALSE，當(dāng)公共數(shù)據(jù)類型或邏輯節(jié)點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)是必選（M）時(shí)，Presence 為TURE，否則為FALSE。Amp.mag ,Amp.q，Amp.t，Amp.units，Amp.d 都有不同的屬性用以描述數(shù)據(jù)，如表2 所示。

至此，從IED 的服務(wù)器到數(shù)據(jù)屬性的建模過程都已經(jīng)完成。

表2 MV 對應(yīng)的數(shù)據(jù)屬性表

3.4 模型的驗(yàn)證

模型建立以后，需要使用XML-Schema 對其進(jìn)行描述。XML-Schema 遵循XML 的基本語法規(guī)則，包括數(shù)據(jù)對象的嵌套關(guān)系、數(shù)據(jù)屬性的約束條件、取值范圍等，并且能夠檢驗(yàn)自描述文檔的正確性和有效性。因此，對于文中所設(shè)計(jì)的牽引所數(shù)字錄波裝置模型，可以根據(jù)XML-Schema 進(jìn)行定義。建模的最后，需要對建立起來的描述語言進(jìn)行語法驗(yàn)證，對整個(gè)裝置模型進(jìn)行應(yīng)用功能的驗(yàn)證，看它是否符合IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

基于IEC 61850 的錄波裝置數(shù)據(jù)建模的研究和實(shí)現(xiàn)具有重要意義，是IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)用于應(yīng)用的核心內(nèi)容。本文通過對數(shù)字錄波裝置實(shí)際建模，闡明了錄波裝置建模的步驟和方法，該方法具有一般性，對建模具有很好的指導(dǎo)意義。

[1] 黨曉勇，曹毅峰.非常規(guī)互感器在數(shù)字化牽引變電所的應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2010.

[2] 許振明，等.基于IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)的兩種建模方式[J].繼電器，2008，36（6）：55-58.

[3] 李俊剛，等.故障錄波裝置中IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010.

[4] 廖澤友，孫莉，等.IED 遵循IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)建模[J].繼電器，2006，34（20）：40-43.

[5] 陳麗華.基于IEC61850 的變壓器保護(hù)IED 的研究[D].西南交通大學(xué)碩士論文，2006.