一体化报文记录和故障录波装置的研究与应用*

陆永卫,唐 明,黄志华,沈 竹,刘 莹

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州 313000）

一体化报文记录和故障录波装置的研究与应用*

陆永卫,唐 明,黄志华,沈 竹,刘 莹

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州 313000）

通过剖析智能变电站对自动化数据监测、记录和分析所提出的新需求、新功能,阐述了在智能变电站中将网络报文记录分析装置和故障录波装置功能整合、一体化设计的必要性.提出一种应用于智能变电站的一体化报文记录和故障录波装置(简称一体化装置）,实现从采样点到原始报文的数据记录,支持记录数据逐层、综合分析和关联检索,进而为按需调阅、故障自动分析和保护动作评价等高级应用提供技术支撑.该一体化装置符合智能变电站发展新方向,技术经济效果显著,具有良好的应用前景和推广价值.

IEC 61850;智能变电站;网络报文;故障录波;按需调阅;COMTRADE;网络风暴;变电站自动化

智能变电站设备间信息交互和共享主要采用网络报文方式,在电力系统故障时,不仅需要对网络原始报文进行记录,还需要将网络报文解析、还原为电力系统一次设备故障波形和二次设备动作行为的记录,便于事故发生后进行故障原因分析和查找.因此设计一种基于相同数据源、统一时标、统一建模[1]、支持报文异常、故障扰动交叉启动数据记录,实现从采样点到原始报文的逐层、综合分析和关联检索,集报文记录和故障录波功能于一体的数据记录分析装置,是智能变电站建设提出的客观要求.

1 总体架构

考虑到工程的适应性和配置的灵活性,本文设计的一体化装置采用了一种分布式架构,包括一个管理单元和若干(1～4）前置采集单元,总体结构如图1所示.

图1 一体化装置总体架构示意图Fig. 1 The structure of integrated device

前置采集单元是一体化装置的前端处理设备,连接过程层、站控层网络实现原始报文采集、监视、记录、故障录波等功能.同时作为间隔层设备,前置采集单元还连接站控层网络,支持MMS协议,作为高级应用的服务器.

管理单元是一体化装置的管理分析设备,实现人机交互、装置配置、故障简报生成[2]、记录数据离线分析等功能,连接到站控层网络,采用MMS协议.管理单元相对于前置采集单元是客服端,同时相对于保信子站管理单元扮演服务器的角色.

2 实现大容量数据的快速、可靠存储

首先,对于长报文记录、异常报文记录和无故障启动

长录波采用FPGA直接写入前置采集单元的一级存储器,仅让CPU处理暂态录波数据的写入,这样就能有效避免CPU处理全部数据记录负载过重、来不及写入的问题,真正实现录波数据的无损记录.

另外,采用两极存储的方式,即前置采集单元采用大容量、无风扇、静态存储本装置的全部数据,实现原始数据的一级可靠存储;管理单元采用大容量、无风扇磁盘整列存储各个前置采集单元的暂态录波数据和异常报文[3],实现异常数据的二级存储.采用两级存储,一方面实现了重要数据的备份;另一方面可显著提高外部访问异常数据的速度.

3 基于IEC 61850规范的装置建模

信息交换机制主要依赖于准确定义的信息模型,信息模型和建模方法是IEC61850的核心.对IED模型进行确切、有效定义是对外提供标准服务的关键.

前置采集单元作为间隔层设备,其IEC 61850模型涉及G1和S1两个访问点.G1是面向过程层的模型访问点,如图2所示;S1是面向站控层的模型访问点,如图3所示.

图2 前置采集单元G1访问点模型示意图Fig. 2 The G1 unit access point model diagram

图3 前置采集单元S1访问点模型示意图Fig. 3 The S1 unit access point model diagram

在G1访问点下只有一个逻辑设备GOLD,其下包含逻辑节点LLIN0和描述各种虚端子的逻辑节点GGIO.通过G1访问点实现过程层SV、GOOSE信息的采集和传输.

在G1访问点下配置LD0和RCD两个逻辑设备.LD0用于描述装置告警信息,包含逻辑节点LLN0和告警逻辑节点GGIO.RCD用于实现录波装置的录波功能,包含逻辑节点LLN0、录波启动监视逻辑节点RDRE、模拟量监视监视逻辑节点RARD、开关量监视监视逻辑节点RBRD、网络连接监视监视逻辑节点LCCH、GOOSE监视监视逻辑节点LGOS和SV监视逻辑节点LSVS[4].通过S1访问点可实现前置采集单元网络监视、录波等功能[5].

图4 管理单元S1访问点模型示意图Fig. 4 The m anagem ent S1 unit access point m odel diagram

管理单元相对于前置采集单元是用户,通过前置采集单元提供的IEC 61850通信服务实现对前置采集单元的管理、获取录波文件等.管理单元相对于站控层监控、保护信息子站是服务器,其IEC 61850模型配置了1个访问点G1,如图4所示.

在S1访问点下配置了LD0和RCD两个逻辑设备.LD0用于描述装置告警信息,包含逻辑节点LLN0和告警逻辑节点GGIO.RCD用于实现装置录波功能,包含逻辑节点LLN0和录波启动监视逻辑节点RDRE.

4 通用化的录波数据分析模型设计

传统录波装置数据记录是面向通道的,其输出的数据记录文件(COMTRADE格式）[6]仅包含录波通道信息和录波数据信息,记录数据语义不完整,机器不可读,因此不能支持面向对象的按需调阅、面向应用的故障自动分析、保护动作行为评价等高级应用的要求.本文的装置设计引入了录波数据分析模型,该模型具体包括：设备信息模型和故障简报模型.设备信息模型面向变电站中与数据记录有关的所有设备,包括一次设备的模拟量、开关量与录波通道的关联关系、二次设备联闭锁信号、动作信号等开关量与录波通道的关联关系.故障简报模型以设备信息模型为基础,为故障分析结果的故障简报信息赋予语义.

5 结语

按需调阅、综合分析等高级应用是智能变电站对录波数据记录装置提出的必然要求.本装置设计从三个方面对上述高级应用的要求实现技术支撑.

首先,实现了基于相同时标的异常报文和暂态录波的交叉启动,这就使对于记录的任何反映异常情况的数据都可以很容易找到对应的录波数据和原始报文;其次,装置对记录数据和故障分析结果信息进行了统一建模,模型详细描述了一次设备、二次设备和数据信息之间的关联关系[7];最后,装置采用扩展的COMTRADE分文件形成最终的录波数据记录文件,包含完整的模型信息和数据.因此,本文的设计装置对外输出的COMTRADE文件和原始报文记录文件包含了基于相同时标、统一模型、从原始报文到采样点的完整数据信息,为面向对象的按需调阅、应用的综合分析提供了有力的技术支撑.

[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社,2008.

[2]李俊刚,王皖豫,崔岱,等.故障录波装置中IEC61850标准的研究与应用[J].电力系统保护与控制,2010,38(8）：25-28.

[3]杨永标,丁孝华,黄国方,等.基于IEC 61850的数字化故障录波器的研制[J].电力系统自动化,2008,32(13）：58-61.

[4]许勇,王慧铮,李倩,等.智能变电站同步相量测量装置研制[J].电网技术,2010,34(11）：34-37.

[5]钱玉春,袁敬中,赵琳,等.唐山郭家屯220k V数字化变电站建设及应用[J].电力系统自动化,2009,33(24）：107111.

[6]李强,窦晓波,吴在军,等.数字化变电站通信网络规划与实时特性改进[J].电力系统自动化,2007,31(5）：7377.

[7]张沛超,胡炎,侯伟宏.IEC61850全数字化保护系统的分层马尔科夫模型[J].电力自动化设备,2010,30(2）：28-32.

Research and Application of the Installation of Integrative Message Recording and Fault Recording Device

LU Yongwei,TANG Ming,HUANG Zhihua,LIU Ying,SHEN Zhu
(Huzhou Power Company,Zhejiang Electric Power Company of the State Grid,Huzhou 313000,China）

Through analyzing the new requirements and functions to automatic data monitoring,recording and analyzing in smart substation,this paper elaborates the necessity of the combining functions and integrative designing in the message recording device and fault recorder in smart substation and concludes that the main functions should be achieved by the integrative device The paper aims at putting forward and designing an integrative message recording and fault recording device(briefly called integrative device hereafter）applying to smart substation.The integrative device realizes the integrative analysis and connected retrieval on recording data,and then provides technical support of such advanced applications as on-demand retrieval and automatic fault analysis and act evaluation of relay protection.It indicates that the device conformed to the developmental direction of smart substation.It also indicates that the device has prominent economic and technical effects,excellent application prospects and popularization values.

IEC 61850;smart substation;network message;fault recording;on-demand retrieval;COMTRADE;cyber storm;substation automation

TM771

A

1009-1734(2014）02-0054-03

2013-10-20

陆永卫,工程师,研究方向：继电保护及自动化.E-mail：13511220761@139.com