基于IEC61850标准的保护设备重构方案.pdf

第 3 6卷第 2 3期 2 0 1 2年 1 2月 1 0日 电力系统自动化 Aut 0 ma t i O n o f El e c Wi c Powe r Sy s t e ms Vo 1 3 6 No 23 De c 1 0，2 O1 2 基于 I E C 6 1 8 5 0标准的保护设备重构方案 苗 斌 ，童晓 阳 ( 1 西南交通 大学 电气 工程学院 ，四J I I 省成都市 6 1 0 0 3 1 ； 2 西安铁路职业技 术学院 ， 陕西省西安市 7 1 0 0 1 4 ) 摘 要 ： 提 出一种基 于 I E C 6 1 8 5 0标 准 的保护 设备 重 构方案 。借 鉴 I E C 6 l 1 3 1 3标 准 ， 对 I E C 6 1 8 5 0 标 准 中保 护逻 辑 节点 ( L N) 进 行 组件 化封 装 。将传 统 的保护 逻辑 模块 设计 为 L N 内部 的功 能块 ， 为 L N 组件 定 义 多种信 号接 口， 对保护 L N 组件 内部 的保护逻 辑 、 各 L N 之 间的 配合 、 分 布式 功 能下各 设 备之 间的虚 拟 交互 关 系加 以刻 画 ， 增加 了各 设备 之 间的 虚连 接 ， 构 造 了保 护 设备 的虚 拟 输入 输 出信 息 。采 用 可扩展 置标 语 言( X MI ) 表 达保 护 设备 重构后 的配置 与 虚拟 交 互信 息 ， 并给 出 实例 说 明其可行性。该方案可促进保护设备的开发与管理 ， 并且是对系统配置的有益补充。 关 键词 ： I E C 6 1 8 5 0 ； I E C 6 1 l 3 1 3 ； 保 护 逻辑 ；组件化 ；虚拟 输入 输 出；虚连接 0 引言 针对数 字化变 电站 系 统分 布 式功 能 和要求 ， I E C 6 1 8 5 0标准运用面向对象 的建模技术建立统一 的对象模型与接 口D - 8 。 目前符合 I E C 6 1 8 5 0标准 的保护智能电子设备( I E D) 标准化设计还有一些难 度 。首先 ， 传统保护的设计主要 由人工根据保 护逻 辑编写程序 ， 工作量大 ； 其 次 ， 人们对保护 l E D内部 如何利用传统的保护逻辑、 各逻辑节点之间的配合 关系不太清晰 ； 再 次 ， 分布 于不 同 l E D 中各逻辑节 点( L N) 之间 的信息交 互 现 阶段多 以虚 端子 表达 L N 的虚拟输入 输 出信 号I 5 ， 但 这种表达不够规 范 ， 难 以体现出这些输入信号具体来 自哪些设备 、 提 供给哪一个 L N使用 。在 I E C 6 1 8 5 0标准指导下 ， 本文为各 L N 定 义外部 接 口， 描 述一个 I E D 中各 L N 之 间 的配 合 、 各 设 备 之 间 的虚 拟 消 息 交 互 等 逻 辑关系 ， 采用可扩展置标语言 ( XML) 表达它们并文 档化 ， 这样便于保护设备设计的规范化与文档管理 。 文献E 1 提 出了一种构建保护内部逻辑的方法， 描述了保护 的输 入 输 出信号 。文献 2 研究基 于 I E C 6 1 8 5 0标 准 的 I E D 的 图 形 化 编 程 组 态 设 计 方 法 ， 根据保护设备功能将不同保护 L N组 件进 行逻 辑组合 ， 最后 编译 形成 保护 设备 的程 序代 码 。文 献 3 借 鉴 可 编 程 组 态 的 功 能 实 现 方 法 ， 基 于 I E C 6 1 1 3 1 - 3标准对保护 L N和逻辑 门进行功 能建 模 。但已有文献 尚未对保护设备内部各 L N 的虚拟 输入 输 出信号及各设备之 间的虚拟交 互进行 明确 的表 达 。 收 稿 日期 ：2 0 1 2 0 1 - 1 0；修 回 日期 ：2 0 1 2 0 4 0 1 。 本文从利用 I E C 6 1 8 5 0标准对保护逻辑及其设 备重构角度 出发 ， 研究保 护设备 内部 L N 的组件化 封装和逻辑配合关系的刻画、 L N 的虚拟输入 输出 信息表达方式。采用 XML文件表述保护设备重构 后 的配 置模 型 ， 给 出了相关 的 X ML S c h e ma 定 义 。 1 基 于 I E C 6 1 1 3 1 - 3标 准 的保 护功 能 组件 化表达 1 1 组 件化 L N I E C 6 1 8 5 0标准规定一个保护 L N对应一种保 护功能 ， 以面向对象定义 L N 的数据及其属性和访 问接 口， 但是对一个 L N 的输入信号 、 I E D 内部各 L N 之 间 的配合 关 系 、 多个 I E D 中各 相 关 L N 之 间 的交互信息、 分布式保护功能在相关设备上分配等 并未定义 。I E C 6 1 1 3 1 3标准规范了可编程控制器 的 编 程 语 言 及 其 基 本 元 素 ， 支 持 模 块 化 设 计 g 。 本文描述了 3 类逻辑关 系， 即保护模块的 内部逻辑 和外部接 口、 一个保护设备 内各 L N 之间的配合关 系、 分布于不同保护设备 的各 L N 之问的消息交互 关 系 。 本文采用 I E C 6 1 1 3 1 - 3 标准的功能块按照组件 来设计 L N， 为组件化 L N定义类似元器件引脚的接 口。参照文献 2 将 L N组件 的接 口分 为 4个 区域 ( 1区为输入接 口， 2区为输 出接 口， 3区为保护定值 数据的输人接 口， 4区为保护 L N铭 牌信息输入接 口) ， 将 I E C 6 1 8 5 0标准中 L N的数据及其属性 映射 到各接 口。本文与文献 2 不 同之处是 在组件化保 护 L N内部用计算 N 断、 时间等功能块、 逻辑门组 合表达保护的逻辑构成， 能够使设计人员清晰地了 一 87 万方数据 电 力 秦 统 匀 动 代 解保护 L N 内部 的逻辑处理过程及其 产生的输 出 信息 。 以距离保护 工段 P D I S 1组件为例 ， 其 内部逻辑 和外部接 口如图 1 所示 。 1 区 图 1 距 离保护 P D I S 1 组件 内部逻辑和外部接 口 Fi g 1 I nt e r na l l o g i c a l a n d e xt e r n a l i nt e r f a c e s o f t he c o mpo ne nt o f di s t a nc e pr o t e c t i o n PDI S1 1区接 口中 I n p u t 0 为 P D I S 1的投入 退出软 压板信号输入接口( 值班员直接进行保护 的投入 和 退出) 。I n p u t - 1 一I n p u t 3 为保护 L N 的三相 电 流采样值输 入接 口， I n p u t 4 一I n p u t 6 为 P D I S 1 的三相电压采样值输入接 口， I n p u t 7 为 P DI S 1的 振荡闭锁 解锁信号输入接 口。2区接 口包括启 动 信号 ( S t r ) 和动作信号 ( Op ) 。3区接 口由站控层通 过定值、 取代等服务进行设置。4区接 口的输人数 据 由设 备开 发人 员设置 。 同理， 过流保护 P TO C组件 内部逻辑和外部接 口如 图 2所示 。 I n p u t 2 】 I n p u t 4 I n p u t 5 I n p u t 6 I n p u t 7 振荡 闭锁 f a 锁 I n p u t 8 b 。 b 。 & & & T V ( 电压互感器) 断线 S t r状态 ： 二 二 二 二 ： 二 殴 s 仃 V a l 定 值：一 ： O p DI T mms j i M o d公共逻辑； !i j w3 g ff 爷 话 置 i ： H e a l血 I lH 一 I ! 图 2过流保护 P T O C组件内部逻辑和外部接口 F i g 2 I n t e r n a l l o g i c a l a n d e x t e r n a l i n t e r f a c e s o f t h e c o mp o ne n t o f o ve r c ur r e nt pr o t e c t i o n PTOC 1 2 保护 I E D内部各 L N之间的配合 保护装置设计人员根据保护设备的功能需求， 用逻辑门将一个保护 内各组件化 L N进行组合 ， 清 晰地表达各保护 L N 的输出信号之 间的配合关系 。 一 个保 护 I E D 内各 L N 之 间 的 配合 关 系 如 图 3 所 示 。 一 8 8一 图 3一个保护 l E D内各 L N之间配合逻辑 图 Fi g 3 Co mbi ni ng l og i c a l o f t h e LN o f a pr o t e c t i o n l ED 距离保护 I段 P D I s 1 ( 距离保护 段和 段略) 和过流保护 P TO C的输 出信号通 过 2个逻辑或 门 的处理后 ， 将新产生的保护启动信号和动作信号传 到 P TR C 的输 入接 口 ， 通 过 P TR C 内部 的处 理形 成 跳闸输出信号 ( Tr ) 和保护启动信号( S t r ) ， 将跳闸信 号以通用面 向对象变 电站事件 ( GOO S E) 报文通过 GOO S E网传送给智能操作箱 ， 由后 者产生真正 的 跳闸命令给断路器。 根据 I E C 6 l 1 3 1 - 3标准定 义的标准 P L C可编 程模块设计逻辑 门， 从标 准基类 C P l c B a s e 继 承， 具 有参 数 ： 逻 辑 门 组 件 编 号 I D、 逻 辑 门 组 件 名 称 n a me 、 逻辑门组件类型 ( 与、 或 、 非等 ) 、 输入 量数 目 I n p u t Nu m、 输入信息 I n p u t s - n 、 输入信息来源 L N 名称 、 逻 辑输 出量 Ou t p u t 、 输 出信 息 目标 L N 名称 。 2 分布式功 能下各 I E D之间虚 拟输入 输出 交互关 系的表达 2 1 各 I E D之 间虚拟 输入 输 出交互 信息 的表 达 I E D之间虚拟输人 输出信息的类 型可分 为报 告 、 日志 、 GOOS E 通 用 变 电站 状 态 事 件 ( G S S E) 报 文 、 采 样测 量值 ( S MV) 报 文 4类 ， 其 中 G OOS E G S S E报文通过 G OOS E网络传输 ， S MV报文通过 采样值 ( S V) 网络传 输， 网络 的配置在 系统配置 时 完成 。 保护 I E D 的虚拟输入信息包括从 过程层合并 单元传送的 S MV 报文、 智能操作箱发送 的断路器 状态 变位 GOOS E 报 文 、 站 控 层 发 送 的 解 锁 闭 锁 G OOs E报文 ， 其虚拟输 出信息包括 向智能操 作箱 发送跳闸 G0OS E报文、 向站控层主机发送保护启 动报告 、 向故障录波 I E D发送故障记录等 。 叵 万方数据 研制 与开发 苗斌 ， 等基于 I E C 6 1 8 5 0标准 的保护设备 重构 方案 当虚拟交互信息类型为报告 和 日志时， 包括编 号、 信息类型、 信息描述、 传输的数据集引用 Re f 、 数 据集 中的数据及其属性 、 虚连接信息 。当虚 拟交互 信息类 型为 GOO s E GS S E和 S MV 时， 还 需要增 加 VL ANI D、 VL AN优先级 、 组播地址、 报文应用标 识 AP P I D等信息。 设备 软压板 启动信号 本文增加 了虚连接的定义 ， 它表示各设备之间 的虚拟连接关 系。虚连接 的描述包括虚连接编号、 源 I E D路径 、 源 L N路径、 目地 I E D路径 、 目标 L N 路径 、 目标 L N接收时具体