秦 凱，高志勇

（國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211153）

基于lEC61850的配電終端級(jí)聯(lián)研究及實(shí)現(xiàn)

秦 凱，高志勇

（國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211153）

本文提出了一種基于lEC61850建模思想的配網(wǎng)終端級(jí)聯(lián)方案，對(duì)級(jí)聯(lián)模型進(jìn)行了分析和研究，并給出了級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)方案?？紤]到lEC61850的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源要求，對(duì)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉?，使之只需傳遞必要的信息，進(jìn)而能夠?qū)MS報(bào)文映射至低速通信口上進(jìn)行交互，最終實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)終端的“互操作”。該方案可以輕松完成終端的級(jí)聯(lián)帶電調(diào)試工作，大大減少了配網(wǎng)終端在改擴(kuò)建過程中的調(diào)試工作量，提高了終端運(yùn)行的安全可靠性。

lEC61850；級(jí)聯(lián)；服務(wù)裁剪；帶電調(diào)試

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)配網(wǎng)供電的安全可靠性提出了越來越高的要求，要求通過級(jí)聯(lián)通信的場(chǎng)合越來越多，級(jí)聯(lián)時(shí)，由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各廠家的DTU、FTU使用的網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議互不兼容，為了保證設(shè)備之間的互操作性，級(jí)聯(lián)時(shí)就必須花很大的代價(jià)做通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，這樣一方面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性降低了可靠性，另一方面增加了系統(tǒng)成本和維護(hù)的復(fù)雜性。在某些擴(kuò)建的工程中，因?yàn)椴糠衷O(shè)備已經(jīng)帶電運(yùn)行，按照傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)方法甚至無法完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作就上電運(yùn)行，這給配電運(yùn)行帶來極大的安全隱患。該方法借用IEC61850的建模思想［1］，對(duì)終端級(jí)聯(lián)模型進(jìn)行了分析研究后，對(duì)模型對(duì)應(yīng)的服務(wù)進(jìn)行適當(dāng)裁剪，降低其對(duì)硬件資源的需求，使其最終能將MMS報(bào)文映射至低速的通信口上進(jìn)行運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)終端利用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行級(jí)聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的帶電調(diào)試，提高配網(wǎng)自動(dòng)化的安全可靠運(yùn)行。

1 級(jí)聯(lián)模型的分析及實(shí)現(xiàn)

IEC61850的數(shù)據(jù)訪問通過“引用路徑”來實(shí)現(xiàn)，引用路徑的定義如下。

域名=IEDName+LDName （1）

變量名=LNName+DoName+DaName （2）

引用路徑=域名+變量名 （3）

例如，一個(gè)“引用路徑”為“FTU1LD1. MMXU1$MX$TotW$mag$f”的字符串表示設(shè)備FTU1的邏輯設(shè)備LD1下的有功量測(cè)的值。一個(gè)“引用路徑”為“FTU2LD1.MMXU1$MX$TotW$mag$f”的字符串表示設(shè)備FTU2的邏輯設(shè)備LD1下的有功量測(cè)的值。從例子可以看出，“變量名”確定了在某一邏輯設(shè)備內(nèi)的最小功能單位中的某一確定的對(duì)象值，不隨物理設(shè)備的變化而變化，故在級(jí)聯(lián)過程中將被原封不動(dòng)的傳遞。因而假如將上述示例的有功值部署至FTU3中的LD1時(shí)，其引用路徑名將變?yōu)椤癋TU3LD1.MMXU1$MX$TotW$mag$f”。所以，當(dāng)進(jìn)行級(jí)聯(lián)通信時(shí)，我們只需改變模型文件中的相應(yīng)“域名”即可。圖2以兩個(gè)FTU級(jí)聯(lián)至一個(gè)DTU為例來說明級(jí)聯(lián)時(shí)模型文件的合并過程。

假如FTU1的模型文件示例為：

…

FTU2的模型文件示例為：

…

圖2 模型文件級(jí)聯(lián)過程

DTU的模型文件示例為：

…

那么根據(jù)上述的合并過程，將原FTU1的域名“FTU1LD1”作為級(jí)聯(lián)后模型文件的某個(gè)LD的Name，將原FTU2的域名“FTU2LD1”作為級(jí)聯(lián)后模型文件的某個(gè)LD的Name，級(jí)聯(lián)后的模型文件的IED名置空，那么接入FTU1、FTU2信息，加上自身的DTU信息的模型文件將如下所示：

…

…

從上述模型可知，級(jí)聯(lián)前的FTU1的LD1下的有功值訪問路徑為“FTU1FTU1.MMXU$MX$TotW$mag$f”，級(jí)聯(lián)后的FTU1的LD1下的有功值訪問路徑仍然為“FTU1FTU1.MMXU$MX$TotW$mag$f”，也就是說級(jí)聯(lián)時(shí)通過簡(jiǎn)單的域名組合，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問的唯一性。理論上講，級(jí)聯(lián)前后可以保證信息在傳輸過程中的正確性。

2 lEC61850服務(wù)分析及裁剪

上節(jié)描述了級(jí)聯(lián)時(shí)的模型如何合并，級(jí)聯(lián)后的模型文件生成后，需要通過IEC61850協(xié)議進(jìn)行通信最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。各種文獻(xiàn)［x］對(duì)IEC61850的協(xié)議均有了詳細(xì)的闡述，本文的重點(diǎn)為模型的分析及服務(wù)的裁剪，故下面對(duì)各種服務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，其余部分不做介紹。在IEC61850第7-2部分：變電站和線路（饋線）設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)-抽象通信服務(wù)接口（ACSI）中對(duì)各種對(duì)象需實(shí)現(xiàn)的服務(wù)有具體的描述，整理如表1。

在終端進(jìn)行級(jí)聯(lián)通信時(shí)，需要完成遙測(cè)、遙信、脈沖、壓板、定值、文件等信息的上送，完成遙控命令、壓板修改、定值設(shè)置等命令的下發(fā)。開始通信之前需要用到“應(yīng)用關(guān)聯(lián)”的相關(guān)服務(wù)來建立雙方的通信連接；遙測(cè)、遙信、脈沖、壓板值的上送使用“報(bào)告控制類（緩存/非緩存）”的“報(bào)告”服務(wù)來實(shí)現(xiàn)；定值的值上送使用“數(shù)據(jù)類”的“讀數(shù)據(jù)”服務(wù)來實(shí)現(xiàn)；文件的上送用“文件傳輸”的“讀文件”服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。遙控命令用“控制類”的相關(guān)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)；壓板的修改用“數(shù)據(jù)類”的“寫數(shù)據(jù)”服務(wù)來實(shí)現(xiàn)；定值設(shè)置用“設(shè)置控制塊類”的相關(guān)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。

表1 lEC61850的常用模型及對(duì)應(yīng)服務(wù)

“服務(wù)器類”、“邏輯設(shè)備類”、“邏輯節(jié)點(diǎn)類”相關(guān)服務(wù)可以通過靜態(tài)的模型文件解析來實(shí)現(xiàn)，故可以裁剪掉。在配網(wǎng)終端時(shí)間同步功能通過遠(yuǎn)傳通信或SNTP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，故也可以裁剪。“通用變電站事件類”，“采樣測(cè)量值傳輸類”屬于過程層模型，不做分析。

3 帶電調(diào)試方案

當(dāng)我們不具備現(xiàn)場(chǎng)加量或開關(guān)傳動(dòng)的場(chǎng)合［2］，但又需要進(jìn)行信息核對(duì)時(shí)，我們可以通過“取代”的“寫數(shù)據(jù)值”功能將服務(wù)器端的對(duì)外通信數(shù)據(jù)修改掉，然后修改后的數(shù)據(jù)將帶上“取代”的品質(zhì)因數(shù)上送給上級(jí)客戶端，客戶端收到該信息后，通過檢查品質(zhì)因數(shù)，發(fā)現(xiàn)該值為“取代”后，將做出相應(yīng)的處理，比如界面變色，不如歷史庫(kù)等等。信息核對(duì)完成后，再進(jìn)行“取代”撤銷操作。這樣通過取代服務(wù)就可以實(shí)現(xiàn)帶電情況下的信息聯(lián)調(diào)及測(cè)試，大大節(jié)省了下場(chǎng)調(diào)試工作量。共分4個(gè)步驟。第一步，由第3方客戶端寫服務(wù)器中需測(cè)試的數(shù)據(jù)屬性“subEna”為真；第二步，由第3方客戶端寫服務(wù)器中需測(cè)試的數(shù)據(jù)屬性的“subVal”；第三步，服務(wù)內(nèi)部任務(wù)檢查是否有取代發(fā)生；第4步，當(dāng)有取代發(fā)生時(shí)，通過報(bào)告服務(wù)將取代值上送至上級(jí)（級(jí)聯(lián)后的）客戶端。

4 結(jié)束語

本方法分析了IEC61850模型用于配網(wǎng)終端級(jí)聯(lián)時(shí)的模型合并，通過簡(jiǎn)單的域名組合，即可實(shí)現(xiàn)將下一級(jí)終端信息“原封不動(dòng)”的傳遞給上級(jí)，考慮到配網(wǎng)終端的硬件資源有限，終端在通過IEC61850進(jìn)行級(jí)聯(lián)通信時(shí)，對(duì)相關(guān)不需要的服務(wù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?。最后利用IEC61850的取代服務(wù)來解決配網(wǎng)終端在級(jí)聯(lián)過程的帶電通信調(diào)試問題。本方案經(jīng)過驗(yàn)證，不僅降低了調(diào)試維護(hù)的工作量，而且增加了配網(wǎng)終端的安全可靠運(yùn)行，為配網(wǎng)自動(dòng)化的穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］鄭文彬，周立秋. 基于lEC61850信息的建模方法分析［J］. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，25（8）：36-38.

［2］王永輝. 基于lEC61850的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)研究［J］. 自動(dòng)化應(yīng)用，7：109-111.

表1 8?″扭沖鉆頭總體特點(diǎn)

第i+1齒圓心橫坐標(biāo)（即軸向半徑）計(jì)算公式：

B類雙錐形冠部的切削齒軸向高度計(jì)算如下：

內(nèi)錐段：

冠頂圓弧段：

外錐段：

所有保徑齒的軸向半徑差別不是很大，在設(shè)計(jì)中統(tǒng)一為：

式中—第顆保徑齒打磨量最終確定以下的布齒方式（見圖5、圖6）。

通過改進(jìn)的8?″扭沖鉆頭具有以下特點(diǎn)：①通過調(diào)整后的主切削齒前角較大，適應(yīng)抗壓強(qiáng)度高且?guī)в幸欢ㄑ心バ阅艿谋A層的中等地層，如泥灰?guī)r、頁(yè)巖，硬石膏、鈣質(zhì)砂巖等；②在軟到中硬地層具有較高的攻擊性能，配合扭力沖擊器使用，減輕對(duì)PDC齒的磨損，適應(yīng)高抗壓強(qiáng)度的研磨性地層；③7個(gè)噴嘴直徑可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；④保徑結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行調(diào)整。

圖5 垂直于井底平面的鉆頭模型

圖6 豎直方向上鉆頭模型

3 結(jié)束語

采用Geomagic Design X軟件對(duì)配合扭力沖擊器使用的鉆頭進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，并進(jìn)行參數(shù)反求，可以提高PDC鉆頭的設(shè)計(jì)制造速度，并可以將逆向產(chǎn)品進(jìn)行個(gè)性化更改，最終得到適應(yīng)于特定地層的具有很好沖擊性、耐磨性的井下工具。

參考文獻(xiàn)：

［1］張瑞，李建華.逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)及其最新發(fā)展［A］.先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第六屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集［C］.2007.

［2］鞠華.逆向工程中自由曲面的數(shù)據(jù)處理與誤差補(bǔ)償研究［D］.浙江大學(xué)，2003.

U224.3+1

A

1671-3818（2016）10-0010-03

秦 凱（1983-），男，漢族，江蘇啟東人，工程師，研究生，從事配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端的設(shè)計(jì)和研發(fā)工作。

高志勇（1979-），男，漢族，江蘇漣水人，高級(jí)工程師，本科，從事配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端的設(shè)計(jì)和研發(fā)工作。