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基于IEC61850标准的智能配电终端建模.pdf

基于IEC61850标准的智能配电终端建模

whelly001
2012-08-03 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于IEC61850标准的智能配电终端建模pdf》,可适用于IT/计算机领域

第l卷第期电力自动化设备V.No.年月队一tricPowerAutomationEquipmentFd).I■●●■●●●■●■■■■●■■●●●●一II●●■●■■■■■■■■■●■■■■■■●●●基于IEC标准的智能配电终端建模韩国政.徐丙垠(.山东大学电气工程学院山东济南:.山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博:.山东科汇电力自动化有限公司.山东淄博)摘要:为了实现配电终端的即插即用。在分析配电终端功能的基础上应用IEC建模的技术和方法.使用IEC提供的数据模型和逻辑节占’完成了对馈线终端(FTU)和配电变压器终端(TrU)的信息建模。对配电终端与主站、配电终端与配电终端之间的通信进行了分析.给出了可以使用的IEC的信息交换模型。分析了IEC客户/服务器模型的MMS映射和IEC/映射。关键词:智能配电网IEC配电自动化智能配电终端建模中图分类号:TMl:TM文献标识码:A文章编号:()O弓'.FFrTUu完成配电线路的监测具有遥信、遥测、遥国际电工委员会(IEC)制定的{IEC变电站通信网络和系统标准》⋯在变电站自动化领域得到了广泛应用i引。它采用分层分布式的体系结构和面向对象的建模方法.实现了数据对象的自我描述.为不同厂商的智能电子设备(ED)实现互操作和系统无缝集成提供了有效的途径.随着IEC技术的逐渐成熟和广泛应用.其技术和方法逐渐推广至变电站自动化以外的其他应用领域j。在配电自动化中需要接人大量的、种类繁多的配电终端。由于应用环境不同、生产厂家不同配电终端完成的功能和采用的数据接口也不尽一致.一直是配电自动化亟待解决的一大技术难题L】。本文讨论采用IEC的技术和方法对配电终端通信进行建模.规范配电终端的数据接口和通信方式。配电终端功能分析.配电终端的分类配电自动化终端是用于配电网的各种远方监测、控制单元的总称.简称为配电终端。配电终端用于采集、监测和控制配电网的各种实时、准实时信息。根据监控对象不同分为馈线终端(FTU)、配电变压器终端(rI'U)、开闭所终端DTU(DistributionTerminalUnit)。FI'U主要是安装在kV配电网架空线路上的柱上开关和电缆线路上的环网柜、分支箱等处。TTU用于配电变压器低压侧出线的监测。DTU主要安装在配电线路的开闭所和配电所等处类似于变电站的RTU.本文不再进行详细讨论。收稿日期:修回日期:控和故障检测等功能。a.数据采集与监视控制(SCADA)功能。SCADA功能主要指常规的遥信、遥测、遥控功能。是盯U最基本的功能包括对配电线路开关状态、电流、电压、有功、无功等的监测接收遥控命令。控制开关分合等。b.故障检测功能。通过对过电流或故障指示器信号进行判断.产生线路故障告警信号.判别短路故障、小电流接地故障。c.电源管理功能。监视电池可用状态.对电池进行浮充具有过放电保护、电池活化、电池容量监测等功能.d.分布式智能。通过相关节点上的配电终端之间的实时数据交换.实现线路故障的快速自愈。e.通信功能。配置多种工业标准的数据通信规约实现配电终端与配电自动化主站、配电终端之间的数据通信。.fI'UTIU监测并记录配电变压器运行工况.能够采集电流、电压、电量。rITllU的构成与丌U类似只有遥测、遥信和通信功能。没有遥控功能。信息模型.柱上开关FⅢ模型柱上开关安装在kV配网架空线路的线杆上.一般为负荷开关或者断路器.通过FTIU监测柱上开关的运行状态。并对柱上开关进行遥控操作。为柱上开关兀TU进行信息建模如图l所示。图l中将柱上盯U分成个逻辑设备(LD)。万方数据第期韩同政.等:荩丁IEC标准的智能配电终端建横。柱上开关刑LD.(测控)圆圆团圆圆圆圆圃圃网LD:(保护)圆圃圆圆圆圃圃LD(电源)圆圆圆圆图I柱上开关兀U信息模型Fig.InformationmodeofpolemountedFⅢ即LD、LD和LD。LD。主要完成常规SCADA功能实现遥信、遥测、遥控LD:主要完成保护和故障检测功能:L队主要完成智能电源模块管理。每个逻辑设备都包含LLN和LPHD。LLNO包含物理装置lED的相关信息、控制IED自检等LPDH为物理装置的公共信息建模。如铭牌信息、装置自检结果等。.I.测控LDlLD为测控功能模块包括开关控制器(CSWI)、负荷开关(XSWI)、测量(MMXU)、谐波和间谐波(MHAI)、相序和不平衡(MSQI)、电流互感器(TCTR)、电压互感器(TVTR)、通用过程I/O(GGIO)等逻辑节点。a.CSWI通过XSWl控制柱上开关.采集开关的位置状态。XSWI为负荷开关.如果柱上开关采用断路器.使用断路器(XCBR)代替负荷开关(XSWI)。b.MMXU通过TCTR、TVTR采集配电线路的电流、电压信息。MHAI完成谐波测量MSQI用来测量不平衡电流。GGIO为通用过程I/O逻辑节点。可以将一些不方便建模的模拟量或者状态量接入.如开关控制的软压板信息等。..保护LD.LD为保护、故障检测功能模块包括瞬时过流(PIOC)、时限过电流(PTOC)、灵敏方向接地故障(PSDE)、方向元件(RDIR)、故障定位(RFLO)等逻辑节点。a.PIOC瞬时过流保护短路故障的瞬时过流信号检测.为过流I段保护。b.PTOC时限过流保护.作为短路故障的过流Ⅱ段保护。c.PSDE用于小电流接地故障检测。d.RDIR为方向元件检测故障的方向。在不对称故障时通过检测负序电压、电流之间的相位差判断故障方向:而在发生三相对称故障时.通过比较相电压、相电流的相位差判断故障方向。e.RFLO为故障定位原件.发生短路故障时.可以通过故障时线路的电流值和电压值计算得到母线到故障点的电抗值.利用输入的线路单位长度的电抗值计算故障距离。..电源管理L从LD为电源管理模块.包括ZBAT(电池)和ZBTC(电池充电管理)等逻辑节点。ZBAT和ZBTC在IEC里定义得比较明确⋯.可以参照执行。.环网柜丌U模型户外型环网开关柜.用于配电网电缆网线路中.起分支、分段、联络的作用一般由路开关箱组成。柱上开关仅有路开关.对柱上开关FTU信息模型进行扩展得到环网柜丌U的信息模型.以路开关为例采集l路电压(母线电压)、路电流(开关电流)信息模型如图所示。IED·Ring丌ULD.(测控).nj丽订网CSWIa||XSWIal『GGIOaMMXUalMHAIa||MSQIalTCTRaCSWIbJ|XSWIbjGGIOb.rrvTRI.MMXUbI丛望皇!!fMSbTCTRbLD:(保护)同网PIOCa||PTOCaIfPSDEaIlRDIRa||RFLOalIPIOCb||PTOCbIIPSDEbl|RDIRbIlRFI,ObIL玑(电源)圆圃网网图环网柜刑信忌模型Fig.InformationmodeofFruforRMU图中.对含有路开关的环网柜刑进行了建模.虚线框起的部分代表一路开关信息。实际应用中可能包含~路开关信息.可以进行相应的扩展。另外.信息模型中开关以负荷开关为例如果实际中采用的是断路器.则需要将相应的XSWI替换为XCBR。..测控LDlLD。中的测量量包含路电压信息。路开关电流、位置、控制信息。a.电压信息.TVTR。b.a路开关信息包括位置、控制信息CSWIa、XSWIa电流信息MMXUa(测量相关电流信息)、MHAIa、MSQIa、TCTRa.压板信息GGIOa。c.b路开关信息包括位置、控制信息CSWIb、XSWIb电流信息MMXUb(测量相关电流信息)、万方数据MHAIb、MSQIb、TCTRb压板信息GGIOb。..保护LDLD中包括对路开关的保护。a.a路开关保护PIOCa、胛OCa、PSDEa、RDIRa、RFLOa。b.b路开关保护PIOCb、PTOCb、PSDEb、RDIRb、RFLOb。.TTU模型TrU用于采集配电变压器的电流、电压、电量信息模型如图所示。I,D。(测控)圆回圃圃圆圆圃圆圆·图配挛rru信息模型Fig.Informationmodeof刑图中对包含路电压、路电流的配电终端rrI’U进行建模。若包含多路信息可做相应的扩展。信息交换配电终端的信息交换包括主站与终端、终端与终端、终端与过程层设备电流互感器、电压互感器、开关、配变等的信息交换如图所示。在IEC中.主要由客户/服务器模型、面向变电站事件的通用对象(GOOSE)模型、采用值传输模型、时间同步模型等实现配电终端的信息交换。.终端与主站的信息交换。图中①表示终端与主站之间的信息交I电流、电压互感电流、电压互感l器。开关.配变器。开关配变图终端相关的信息交换Fig.Informationexchangeofterminal换.包括保护信息和控制命令实时性要求不是很高(≤s).采用客户/服务器模型就可以满足要求。由于主站需要接人大量的终端.采用GOOSE容易造成网络负载过重.此处的信息交换建议不采用GOOSE模型.b.终端与终端的信息交换。图中②表示终端与终端之间的信息交换包括保护信息和控制命令。可以采用客户/服务器模型。对于快速报文(≤I'lls)。如快速故障切除等可采用GOOSE模型。采用GOOSE模型时尽量将GOOSE信息控制在终端与终端的子网内部避免加重全网的网络负担。c.终端与过程层设备的信息交换。图中③表示终端与过程层设备之间的信息交换.使用采样值传输模型和GOOSE模型.d.时间同步。直接采用IEC中的时间同步模型保持所有终端的时间与主站一致。服务映射按照IEC的标准.将配电终端用到的信息交换服务映射到具体的通信方式。a.客户/服务器模型.映射到制造业报文规范MMS(ManufacturingMessageSpecification)或者IEC/上实现。b.GOOSE报文.参照IEC直接映射到ISO/IEC以太网数据链路层。c.采用值传输.参照IEC进行映射。‘d.时间同步采用简单网络时间协议进行映射。其中b、c、d在IEC中的定义已比较明确直接使用IEC、IEC中相关的实现方式.本文主要对a中客户/服务器模型映射在实际应用中的一些问题进行讨论。.映射到MMSIEC一l中详细定义了映射到MMS实现方式。MMS编码格式采用抽象语法表示法ASN.(AbstractSyntaxNotatiord)底层采用TCP/IP。MMSTCP/IP以太网是一种比较叮行的实现方式.已在变电站自动化领域得到了广泛的应用。将MMS映射扩展到配电自动化中.配电自动化对通信的时间性比变电站自动化要低.但设备比变电站自动化要多.采用MMS通信需要降低对单个设备的访问次数。以保证在规定的时间内完成对所有设备的轮询。.映射到IEC/IECTC制订了IEC与IEC/之间信息交换的导则IEC。使用IEC一l可以完成数据模型的映射.用于变电站与控制中心的通信。终端与主站之间的通信也可以参照使用。但IEC对服务模型的支持不够好.比如Server的GetServerDirectory、LogicalDevice的GetLogicalDevieeDirectory等偏重于信息模型自描述的部分在IEC/中没有相应实现。这主要是由于种标准所采用的模型不一致造成的.对于这些不能映射的部分可以采用WebServices文件传输.或者对IEC进行扩展.添加相关的应用来实现。通过采用IEC对配电终端进行建模。信息表可以采用面向对象的数据描述方法.遵循统一的数据命名规范用变电站配置描述语言(SCL)进行描述.在主站端可以很好地实现数据解析.如图所示。图中将开关位置信息CSWIa.Pos.stVa采用IEC中的类型标识(带CPTimea万方数据图信息映射SCLFig.InformationmappingSCL时标的双点信息)来实现地址。结语使用IEC的技术和方法.对配电终端进行统一建模.规范了设备接.可以方便地实现配电终端设备的互联操作.将IEC应用到配电终端与配电自动化主站之间的通信.目前仍处于探索和实验阶段.信息模型的建立和服务的映射还需要不断完善。参考文献:『IEC.IECCommunicationnetworksandsystemsinsubsta.tions『S.GenevaSwitzerland:IEC.孙一民.陈远生.母线保护装置的IEC信息模型J.电力系统自动化..():.SUNYimin.CHENYuansheng.AnIECstandardemnlnuni.cationmodelforbusprotectionJ.AutomationofElectricPowerSystems.l():..王玲崔琪负保记等.基于IEC的高压线路间隔的建模研究J.继电器.():..WANGLingCUiQiYUNBaojieta.AnalysisonhishvoltagelihebaybaredonIECJ.Relay。():.王俊生吴林平王振曦等.高压直流控制保护系统EC建模J.电力系统自动化():埘.WANGJunshengWULinping。WANGZhenxieta.ModellingofHVDCcontrolandprotectionsystembasedonIECJ.AutomationofElectricPowerSystems():.徐宁朱永利邸剑等.基于IEC的变电站自动化对象建模J.电力自动化设备():.XUNingZHUYongli.DIJianeta.SubstationautomationobjectmodelingbasedonIECJ.ElectricPowerAutomationEquipment():陆岩胡道徐马文龙.IEC信息建模的反思与变通J.电力自动化设备():..LUYah.HUDaoxuMAWenlong.Reconsiderationandcompromi∞ofIECinformationmodelingJ】.ElectricPowerAutomationEquipment.。():.f秦立军刘麟石峻峰.等.IEC体系下的配电网自动化系统J.电力设备():..QINLijan.LIULinSHIJunfengeta.DistributionautomationsystemunderIECsystemJ.ElectricalEquipment。():.徐斌刘子英.基于IEC的配电线路保护lED设计J.电力自动化设备():..XUBinLIUZiying.DesignofIEDbasedonIECstandardfordistributionsystemlineprotectionJ.ElectricPowerAutomationEquipment.():·.MOHAGHEGHISMOUSAVIMSTOUPISJeta.ModelingdistributionautomationsystemcomponentsusingIECC∥Power&EnergySocietyGeneralMeeting.CalgaryCanada:IEEE:.徐丙垠李天友薛永端.智能配电网与配电自动化j.电力系统自动化():.XUBingyinLTianyouXUEYongduan.Smartdistribution鲥danddistritmtionautomationJ.AutomationofElectricPowerSystems():.】徐丙垠李天友.配电自动化若干问题的探讨J.电力系统自动化():卜.XUBingyinLITianyou.InvestigationstOmedistributionautomationissuesJ.AutomationofElectricPowerSystems。():l.李天友。金文龙.徐丙垠.配电技术M.北京:中国电力出版社。:..(编辑:汪仪珍)作者简介:韩国政(一)男山东昌邑人高级工程师博士研究生。主要研究方向为配电网自动化(Email:han.guozheng.corn)徐丙垠(一)男。山东滕州人教授博士研究生导师博士主要研究方向为电力系统故障检测、配电网自动化和智能电网.ModelingofintelligentdistributionterminalaccordingtoIECHANGuozhen.XUBingyin·(.ShandongUniversityJi’nanlChina.ShandongUniversitvofTechnologyZiboChina.KehuiPowerAutomationCo.。Zibo.China)Abstract:Basedontheanalysisofdistributionterminalfunctions.the丌Uinformationmodelandr’UinformationmodelsarebuiltwiththemodelingmethodstechniquesdatamodelsandlogicnodessuppliedbyIECltorealizetheplug.and.playofdistributionterminal.Thecommunicationsbetweendistributionterminalandmasterstationandbetweendistributionterminalsareanalyzed.theapplicableIEClinformationexchangemodelispresentedandthemappingofclient/servermodeltoMMSortoIEC../isintroduced.Keywords:smartdistribution加dIECdistributionautomationintelligentdistributionterminalmodeling万方数据基于IEC标准的智能配电终端建模作者:韩国政徐丙垠HANGuozhengXUBingyin作者单位:韩国政,HANGuozheng(山东大学,电气工程学院,山东,济南,)徐丙垠,XUBingyin(山东理工大学,电气与电子工程学院,山东,淄博,山东科汇电力自动化有限公司,山东,淄博,)刊名:电力自动化设备英文刊名:ELECTRICPOWERAUTOMATIONEQUIPMENT年卷(期):,()参考文献(条)MOHAGHEGHISMOUSAVIMSTOUPISJModelingdistributionautomationsystemcomponentsusingIECIECIECCommunicationnetworksandsystemsinsubstations徐丙垠李天友配电自动化若干问题的探讨期刊论文电力系统自动化()孙一民陈远生母线保护装置的IEC信息模型()李天友金文龙徐丙垠配电技术王玲崔琪贠保记薛强基于IEC的高压线路间隔的建模研究()徐丙垠李天友薛永端智能配电网与配电自动化期刊论文电力系统自动化()王俊生吴林平王振曦张少波高压直流控制保护系统IEC建模()徐斌刘子英基于IEC的配电线路保护IED设计期刊论文电力自动化设备()徐宁朱永利邸剑于成洋谢庆基于IEC的变电站自动化对象建模()秦立军刘麟石峻峰IEC体系下的配电网自动化系统期刊论文电力设备()陆岩胡道徐马文龙IEC信息建模的反思与变通()陆岩胡道徐马文龙IEC信息建模的反思与变通期刊论文电力自动化设备()秦立军刘麟石峻峰赵文广任小勇IEC体系下的配电网自动化系统()徐宁朱永利邸剑基于IEC的变电站自动化对象建模期刊论文电力自动化设备()徐斌刘子英基于IEC的配电线路保护IED设计()王俊生吴林平王振曦高压直流控制保护系统IEC建模期刊论文电力系统自动化()MOHAGHEGHISMOUSAVIMSTOUPISJModelingdistributionautomationsystemcomponentsusingIEC王玲崔琪负保记基于IEC的高压线路间隔的建模研究期刊论文继电器()徐丙垠李天友薛永端智能配电网与配电自动化()孙一民陈远生母线保护装置的IEC信息模型期刊论文电力系统自动化()李天友金文龙徐丙垠配电技术IECIECCommunicationnetworksandsystemsinsubstations徐丙垠李天友配电自动化若干问题的探讨()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaldlzdhsbaspx

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