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基于IEC﹢61850﹢ED2的安全穩(wěn)定控制裝置建模方法

文檔作者：許高陽范騰王計(jì)林文檔來源：國(guó)電南瑞科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月04日
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技術(shù)前沿
2017.10 電力系統(tǒng)裝備丨193
Technology Frontier
2017年第10期
2017 No.10
電力系統(tǒng)裝備
Electric Power System Equipment
IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化
系統(tǒng)的唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的必
然產(chǎn)物。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)闡述分層的變電站通信體系結(jié)構(gòu)，采用
自定義的類和服務(wù)，來實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用和底層通信的解耦，為
不同變電自動(dòng)化廠商的智能電子設(shè)備（IED）之間實(shí)現(xiàn)互操作
性和系統(tǒng)無縫集成提供了接口標(biāo)準(zhǔn)。隨著該標(biāo)準(zhǔn)的推廣和應(yīng)
用，為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化和全數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)[1]。
本文在比較IEC61850 ED1 和ED2 的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)施
的技術(shù)規(guī)范，重點(diǎn)闡述安全穩(wěn)定控制裝置的MMS、SV 和
GOOSE 建模過程，最后總結(jié)了SSP-500 安全穩(wěn)定控制裝置在
TUV 南德IEC61850 ED2 一致性測(cè)試。
1 IEC61850 ED1與ED2比較
2009 年以后，IEC61850 ED2 陸續(xù)發(fā)布。在保留ED1 框架
的基礎(chǔ)上，對(duì)模糊的問題作了澄清，修正了筆誤，在網(wǎng)絡(luò)冗余、
服務(wù)跟蹤、電能質(zhì)量、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面作了補(bǔ)充，并對(duì)部分
內(nèi)容進(jìn)行了更新和調(diào)整。兩版本重要差別內(nèi)容見表1。
表1 IEC61850 ED1與ED2的比較
章節(jié)內(nèi)容
總體部分
刪除IEC61850-9-1 部分，增加IEC61850-7-410、IEC 61850-7-
420 系列特定領(lǐng)域邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)對(duì)象類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定了水
電廠、分布式能源等部分
IEC61850-6
增加對(duì)IEC62351-6 引用；增加了BDA、SDO、SED，刪除了
DTD ；補(bǔ)充完善工程實(shí)施中SCL 的使用；智能電子設(shè)備修改；
項(xiàng)目間數(shù)據(jù)交換；增加“數(shù)據(jù)流建模”內(nèi)容；增加IID、SED
描述文件類型
IEC61850-7-2
增加UML 類圖；刪除不需要的數(shù)據(jù)類型；將取代模型移入
DL/T860.73 ；增加控制塊服務(wù)跟蹤trace
IEC61850-7-3
基于DL/T 860 的其他領(lǐng)域的新的對(duì)象模型定義新的公用數(shù)據(jù)
類；定義了新的公用數(shù)據(jù)類表示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)
IEC61850-7-4
增加系統(tǒng)邏輯節(jié)點(diǎn)組LCCH、LGOS、LSVS、LTIM、LTMS、
LTRK 等邏輯節(jié)點(diǎn)；增加保護(hù)功能邏輯節(jié)點(diǎn)組PPTR、PTHF
邏輯節(jié)點(diǎn)；增加未來電力系統(tǒng)設(shè)備邏輯節(jié)點(diǎn)組ZRES、ZSCR、
ZSMC 邏輯節(jié)點(diǎn)
［摘 要］IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)不僅實(shí)現(xiàn)了智能變電站的工程運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)讓智能變電站的工程實(shí)施變得規(guī)范、透明和統(tǒng)一。
該標(biāo)準(zhǔn)從ED 1 發(fā)展到ED 2，從僅限變電站內(nèi)擴(kuò)展到電力企業(yè)自動(dòng)化，本文在比較IEC 61850 ED1 與ED2 的基礎(chǔ)上，給出了安
全穩(wěn)定控制裝置物理設(shè)備建模、服務(wù)器建模、邏輯設(shè)備建模、邏輯節(jié)點(diǎn)建模、定值建模、SV 建模和GOOSE 建模，最后介紹了
SSP-500 安全穩(wěn)定控制裝置IEC 61850 ED2 一致性測(cè)試。
［關(guān)鍵詞］IEC 61850 ；智能變電站；安全穩(wěn)定控制裝置；一致性測(cè)試
［中圖分類號(hào)］TM76 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］1001–523X（2017）10–0193–02
Modeling Method of Security &amp;amp; Stability Control
Equipment based on IEC 61850 ED2
Xu Gao-yang，F(xiàn)an Teng，Wang Ji-lin
［Abstract］The IEC61850 standard realizes the standardization of the engineering operation of the Smart Substation，and The
engineering implementation of the Smart Substation becomes standardized，unified and transparent.The standard evolved from ED 1 to
ED 2，Extending from substation only to power enterprise automation.On the basis of comparing IEC61850，ED1 and ED2，This paper
provides IED modeling，SERVER modeling，LD modeling，LN modeling，SETVAL modeling，SV modeling and GOOSE modeling
of security &amp;amp; stability control equipment.Finally The resolvent of SSP-500 is discussed in IEC61850 ED2 conformance testing.
［Keywords］IEC61850 ；Smart Substation ；Security &amp;amp; Stability Control Equipment ；Conformance Testing
基于IEC 61850 ED2的安全穩(wěn)定控制裝置建模方法
許高陽，范 騰，王計(jì)林
（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210003）
單獨(dú)配備的尾繩盤不會(huì)同時(shí)工作，因此不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的換向
信號(hào)影響擺線換向的正常工作。擺線控制回路共用的好處是：
控制回路簡(jiǎn)單，接線節(jié)點(diǎn)少，工作可靠故障少。
注意事項(xiàng)：最后構(gòu)成的線路環(huán)路很多，比較復(fù)雜，如果
出現(xiàn)錯(cuò)誤，檢查困難，維修困難。確定合理的接線改造點(diǎn)，
方便查找測(cè)量，便于檢查維修。另外，單獨(dú)配備的尾繩盤距
離牽引機(jī)有幾米的距離，考慮到露天使用和場(chǎng)地布置時(shí)會(huì)踩
踏損傷導(dǎo)線，考慮配線使用柔韌性和耐磨性較好的聚氨酯護(hù)
套線。
3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及研制意義
在發(fā)往新疆之前試驗(yàn)場(chǎng)地試機(jī)時(shí)，展放短距離的導(dǎo)線，
自動(dòng)擺線和旋轉(zhuǎn)方向都達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。
2017 年9 月7 日在新疆昌吉- 古泉±1 100 kV 特高壓直流
輸電線路工程（甘3 標(biāo)段）進(jìn)行實(shí)際使用。Q250 牽引機(jī)外接
φ2.0 m的尾繩盤與其對(duì)應(yīng)的尾繩盤架，該創(chuàng)新改造容繩量比
之前增加了1倍，自動(dòng)擺線功能良好，旋轉(zhuǎn)速度及展放速度與
牽引機(jī)同步，牽引機(jī)最大速度時(shí)尾繩卷線速度能夠跟上，進(jìn)
行8 km放線，2 500 m的鋼絲繩展放用時(shí)40 min，滿繩盤重量可
達(dá)到8 t左右。不用頻繁更換尾繩盤，達(dá)到設(shè)計(jì)的理想的設(shè)計(jì)效
果。
萬方數(shù)據(jù)
技術(shù)前沿
194丨電力系統(tǒng)裝備 2017.10
Technology Frontier
2017年第10期
2017 No.10
電力系統(tǒng)裝備
Electric Power System Equipment
章節(jié)內(nèi)容
IEC61850-8-1
支持千兆以太網(wǎng)；冗余鏈路層；擴(kuò)展復(fù)雜日志包含類型原因；
追蹤服務(wù)的映射；擴(kuò)展額外原因枚舉；GOOSE 報(bào)文的模擬；
固定長(zhǎng)度編碼GOOSE
IEC61850-9-2
增加可選的鏈路冗余層；擴(kuò)展USVCB 和MSVCB ；擴(kuò)展采樣
值緩沖區(qū)傳輸編碼規(guī)則
2 安全穩(wěn)定控制裝置建模
變電站自動(dòng)化系統(tǒng)由IED（智能電子設(shè)備，如安全穩(wěn)定控
制裝置）組成，通過IED 中的LD（邏輯設(shè)備）的LN（邏輯
節(jié)點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。IEC61850-7 部分使用面向?qū)ο蟮慕?
技術(shù)，ACSI 類圖如圖1 所示[2]。
邏輯設(shè)備
邏輯節(jié)點(diǎn)
服務(wù)器
數(shù)據(jù)對(duì)象
包含1...n
包含1...n
包含1...n
圖1 ACSI基礎(chǔ)概念性類模型
2.1 安全穩(wěn)定控制裝置物理設(shè)備建模
安全穩(wěn)定控制裝置首先建模為IED 對(duì)象。該對(duì)象包含1 個(gè)
容器SERVER，SERVER 對(duì)象中必須至少包含1 個(gè)LD 對(duì)象，
每個(gè)LD 對(duì)象中至少包含3 個(gè)LN 對(duì)象：LPHD、LLN0、以及
其他應(yīng)用邏輯接點(diǎn)（如PTUF 低頻功能邏輯節(jié)點(diǎn)）。
2.2 服務(wù)器（SERVER）建模
安全穩(wěn)定控制裝置服務(wù)器描述了1 個(gè)設(shè)備外部可見的
行為（ 安全穩(wěn)定控制功能）， 服務(wù)器至少包含1 個(gè)訪問點(diǎn)
（AccessPoint）。訪問點(diǎn)與通信服務(wù)有關(guān)，與具體物理網(wǎng)絡(luò)無
關(guān)。安全穩(wěn)定控制裝置對(duì)上和站控層的設(shè)備通信，對(duì)下和過
程層的設(shè)備通信，使用3 個(gè)訪問點(diǎn)分別與站控層MMS、過程
層GOOSE、過程層SV 通信，所有訪問點(diǎn)必須在同1 個(gè)ICD
文件中體現(xiàn)。
2.3 邏輯設(shè)備（LD）建模
邏輯設(shè)備是依據(jù)功能來劃分，按以下幾種類型劃分。
（1）公用LD，inst 名“LD0”
（2）保護(hù)LD，inst 名“PROT”（現(xiàn)階段安全穩(wěn)定控制裝
置均使用保護(hù)裝置的做法）
（3）錄波LD，inst 名“RCD”
2.4 邏輯節(jié)點(diǎn)建模
每個(gè)最小功能單元建模為1 個(gè)LN 對(duì)象，屬于同一功能對(duì)
象的數(shù)據(jù)（FCD）和數(shù)據(jù)屬性（FCDA）應(yīng)放在同1 個(gè)LN 對(duì)象中。
標(biāo)準(zhǔn)定義的LN 類，并且是IED 自身完成的最小功能單元，
則按照標(biāo)準(zhǔn)來建立LN 模型；若自定義LN 類，則按照功能需
要進(jìn)行擴(kuò)充，也可以選用通用LN 模型（GGIO 或GAPC）。
2.5 定值建模
采用固定名稱的定值數(shù)據(jù)集的方式。裝置ICD 文件
中，裝置參數(shù)數(shù)據(jù)集名稱采用dsParameter，參數(shù)數(shù)據(jù)集不受
SGCB 影響；裝置定值數(shù)據(jù)集名稱采用dsSetting。客戶端通過
getDataSetValue 服務(wù)顯示裝置定值單和SetDataSetValue 整定
裝置定值。定值數(shù)據(jù)集必須是FC=SG 的定值集合；參數(shù)數(shù)據(jù)
集必須是FC=SP 的定值集合。
2.6 SV建模
裝置在ICD 文件中定義SV 訪問點(diǎn)M1，通信地址參數(shù)由
系統(tǒng)組態(tài)統(tǒng)一配置，裝置根據(jù)SCD 文件的通信配置具體SV
功能，數(shù)據(jù)集支持DO，F(xiàn)CD 中包含instMag.i 和q 屬性。
2.7 GOOSE建模
裝置在ICD 文件中定義GOOSE 訪問點(diǎn)G1，通信地址參
數(shù)由系統(tǒng)組態(tài)統(tǒng)一配置，裝置根據(jù)SCD 文件的通信配置具體
實(shí)現(xiàn)GOOSE 功能，GOOSE 數(shù)據(jù)集支持DA（數(shù)據(jù)屬性）。
3 安全穩(wěn)定控制裝置一致性測(cè)試
IEC61850 ED2 標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)端一致性測(cè)試的仿真試驗(yàn)環(huán)境基
于TUV 南德的一致性測(cè)試仿真系統(tǒng)搭建，該系統(tǒng)由IEC61850
客戶端監(jiān)控軟件、IEC 配置和分析工具、協(xié)議分析工具等部分
構(gòu)成[3]。
IEC61850 ED2 服務(wù)端一致性測(cè)試流程見圖2。
文件檢查靜態(tài)測(cè)試動(dòng)態(tài)測(cè)試
PICS
MICS
TICS
PIXIT
制定測(cè)試計(jì)劃
驗(yàn)證強(qiáng)制性的
特點(diǎn)
正反測(cè)試
ICD文件
SCL檢查REQ-RESP測(cè)試
UCA測(cè)試用例
圖2 一致性測(cè)試流程圖
本文在頻率電壓緊急控制裝置IEC 61850 ED1 一致性測(cè)試
的基礎(chǔ)上，針對(duì)南瑞穩(wěn)定公司SSP-500 安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行
IEC61850 ED2 一致性測(cè)試，下面是測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問題和解決方
法：
（1）模型方面
問題1 ：CID 文件中stVal 值為中文
解決方法：CID 文件和裝置全英文
問題2 ：DatatypeTemplates 缺少必要的EnumType
解決方法：IEC61850-7-3 定義枚舉類型EnumType
問題3 ：自定義邏輯節(jié)點(diǎn)未在PIXIT 中明確，且定義不規(guī)
范
解決方法：IEC61850-7-3 使用邏輯節(jié)點(diǎn)，宜不使用自定義
問題4 ：DOName 不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，且名稱過長(zhǎng)
解決方法：IEC61850-7-3 中公用數(shù)據(jù)類規(guī)范定義
問題5 ：自定義CDC，使用了ED1 中的STG
觖決方法：IEC61850-7-4 中CDC 數(shù)據(jù)定義
問題6 ：數(shù)據(jù)集只能在BRCB、URCB 使用
解決方法：URCB、BRCB、SGCB、GOCB 均可
（2）其它方面
問題1 ：讀取定值組服務(wù)時(shí)，GetEditSGValue 服務(wù)無響應(yīng)
解決方法：ED1 的GetSGValues 替換成ED2 的GetEditSGValue
問題2 ：遠(yuǎn)方修改定值失敗原因回復(fù)不正確
解決方法：按照IEC61850-7-2 中SGCB 定值模型確認(rèn)
問題3 ：不支持讀文件通配符（*）
解決方法：增加支持文件通配符（*）
問題4 ：設(shè)置BUFTIME 后，變位未到BUGTIME，且使
能報(bào)告控制塊不應(yīng)上送dchg 報(bào)文
解決方法：IEC61850-7-2 URCB 類服務(wù)，修改程序中URCB
的BUFTIME 機(jī)制
4 結(jié)束語
本文基于IEC61850 ED2 安全穩(wěn)定控制裝置建模研究，在
比較IEC61850 ED1 與ED2 的基礎(chǔ)上，分析安全穩(wěn)定控制裝置
在變電站自動(dòng)系統(tǒng)中體現(xiàn)的特性，并對(duì)其建模，最后再完成
SSP-500 安全穩(wěn)定控制裝置IEC61850 ED2 一致性測(cè)試，通過
測(cè)試驗(yàn)證本文中提到的安全穩(wěn)定控制裝置建模方法的可行性。
參考文獻(xiàn)
[1] 曹楠，李剛，王冬青. 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討[J].
電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（5）：63-68.
[2] Q/GDW 1396-2012 IEC 61850 工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型[S]. 北京：國(guó)
家電網(wǎng)公司，2014.
[3] 張燕濤，黃倫，王慶平.IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試的方案和現(xiàn)場(chǎng)
應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（4）：98-102.
續(xù)表
萬方數(shù)據(jù)

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