水电厂监控系统IEC61850信息建模技术研究及应用探讨

黄 威

大唐广源水力发电有限公司，广西南宁 530022

0 引言

我国的水电厂已经开始进入智能化与数字化的发展阶段，这种发展的一个关键环节就是智能监控系统的应用，因此针对其信息建模技术进行研究有其必要性。对监控系统进行信息建模需要以IEC61850 标准作为基础，通过被明确规定了的语法与结构建立起能令不同设备彼此操作、访问的信息模型。本文将以某发电厂为例，讨论IEC61850 标准下的信息模型建立技术与建立方法。

1 水电站监控系统中的IEC61850 标准特性

将对象的具体功能通过虚拟化转变为抽象服务即为信息模型，以IEC61850 标准为基准建立这种信息模型的手段就是信息建模技术，以上二者作为核心支撑起了IEC61850 标准的应用化。水电站需要建立的信息模型具有结构化特征，包括设备、服务、通信系统等不同类型，这些信息模型都要以面向对象这一方法来建立，而IEC61850 标准对该过程做出了专门的规定，尤其是有关水电站监控用的通信系统与通信网络方面，IEC61850 标准的规定是相当详细的。这种规定的细化主要体现在兼容逻辑节点类上，以本文当作例子的水电站来说，其在建立信息模型时需要的兼容逻辑节点类有26 个，以下将对较为重要的几种节点进行分析说明。

1.1 通用过程的输入节点或输出节点（GGIO）

该类逻辑节点能够为装置过程（未定义）建模，建模方法选择通用方法即可，适用的逻辑节点组类别包括S、T、X、Y、Z。具体来说，故障录波装置与技术供水系统都适用于这种逻辑节点。

1.2 水力发电机组在轴承部位的节点（HBRG）

这类逻辑节点能实现对轴承类的物理设备的描述，包括推力轴承、水导轴承与上导轴承。

1.3 进水口闸门处的节点（HITG）

该类逻辑节点同样用于物理设备的描述，适用的物理设备类型为进水口闸门及其相关设备，最典型的例子是快速闸门。

1.4 机械制动用节点（HMBR）

此类逻辑节点所描述的物理设备仅限以机械方式进行制动的设备，典型例子为风闸。

1.5 水电机组的节点（HUNT）

该种逻辑节点可以描述水电厂中的最主要设备——水力发电的生产设备，水轮机和发电机都属于此列。

1.6 油槽节点、油罐节点、气罐节点（KTNK）

如字面所说，可以描述油槽、油罐与气罐这三种设备，值得注意的是，与这三种罐相关的各种设备也包括在内。

1.7 物理装置信息的节点（LPHD）

该种逻辑节点为建模用，针对的建模对象为物理装置相关的公用信息。

1.8 机组转子电气的测量用节点（MMXN）

因为单相系统自身具备一定的特征——电压与电流不和相别发生关系，所以该类节点需要用于计算电压、电流、阻抗、功率四种参数。以功能性来说，这类逻辑节点的功能体现在运行使用上。

1.9 机组定子电气的测量节点（MMXU）

与上述用于转子的逻辑节点不同，这类节点的计算是针对三相系统的，计算的参数同样为电压、电流、阻抗、功率四种。功能性也与其相同，主用途集中在运行使用的供给上，具体来说，线电压、相电流、相电压都包括在里面。

1.10 断路器的节点（XCBR）

作为建模用节点，该类逻辑节点适用的建模范围为开关，开关作用为当短路电流产生时自动切断。

1.11 隔离开关的节点（XSWI）

同样是用于开关建模的逻辑节点，但所有不具备上文所述短路电流的切断功能的开关都包括在内，比如接地开关、空气开关、隔离开关等。

1.12 变压器的节点（YPTR）

水电厂的监控系统中，变压器设备是必不可少的，该类逻辑节点专用于对变压器设备进行建模。

以本文的水电站实例来说明的话，需要使用H9000 监控系统所提供的数据库的信息点表，以其为根据再配合上文所述的各种逻辑节点类别，就能将相关信息点分类，这样一来节点的实例化就能实现。另外一方面，需要确定逻辑节点的数据属性、数据对象这两大特征，该工作不只要结合节点实际情况，还要与前述实例化同时进行。

IEC61850 标准并非一成不变的，其新版本的发布并未停止，随着版本的更新，其中针对水电厂建模的规定、思想、导则、规范都有详细化、标准化、新型化、科学化、现代化的发展趋势，对水电站建模的特性分析越来越透彻，针对性和指导性也越来越强。因此在进行监控系统的信息建模工作之前要对最新的IEC61850 标准进行研究，分析其中针对各方面的更新与变化，确保将最新的、最具适性的规定标准应用在监控系统的建模上，令水电厂的智能化建设更进一步。

2 信息建模中的IEC61850 标准应用

应用了IEC61850 标准的信息建模需要使用智能电子设备即IED 进行，该过程要以多个因素的分层结构为依准进行，包括数据对象DO、逻辑节点LNode、逻辑设备LDevice 与服务器SERVER。这其中若干个数据对象共同组成逻辑节点，数个逻辑节点被囊括在同一个逻辑设备里，数个逻辑设备又一起构成了服务器，形成了一个网状构造。

以某水电站的信息模型为例，其IED 的构成为单一服务器，逻辑设备则分四类，分别是机组（1 号到5 号）、可逆式机组（6号到7 号）、开关站（左右岸）、公用系统。确定逻辑节点时需要以水电站监控系统的数据库点表为依据，遵循对象分类原则，其中较为重要的包括调速器、励磁系统、技术供水系统、上导轴承、推力轴承、水电机组、电气制动、逻辑控制的单元信息等。数据属性能够构成开关量与模拟量两种公用数据类型，其命名实例就是数据对象。IEC61850 标准详细定义的公共数据类共有29 种，这些数据类能根据对象多态性与对象继承性实例化为数据对象，实例化的数据对象数量超过了500 种，逻辑节点就是以这些数据属性与数据对象为基础构建出来的。

由此可知，运用IEC61850 标准进行信息建模共分四步。第一步是对IED 逻辑设备的确定，依据为项目系统的功能要求与整体规划，其过程必须符合IEC61850 标准的相关规定。第二步是对逻辑节点的确定，依据为逻辑设备各不相同的现场设备情况与功能分析。第三步是描述逻辑节点运行情况，描述工具为数据属性与数据对象，需要注意的是描述情况必须与实际的运行情况相符合。第四步是对IED 信息模型的合成，该步骤需要综合第三步描述出的运行情况、通信配置要求、系统配置要求三方面的信息才能完成。

需要注意的是，建立信息模型时需要使用SCL，SCL 的基础是XML，但对变电站的自动化系统有更强的针对性。本文所举的水电站实例中，其智能化信息模型就是将SCL 和监控系统自身的独有特点结合建立出来的。这种情况下建立出的信息模型不仅能应用于监控系统对外用的通信接口，而且同样能应用于智能一体化的整体平台，令以IEC61850 标准为基础的通信能够得到实现。

3 结论

以IEC61850 标准为基础的信息建模技术能够有效构建起智能化、科学化、现代化的监控系统，推进水电厂整体的智能化建设，这与我国水电厂的发展方向是相一致的。因此，本文以某水电厂为例进行的相关建模技术研究是具有积极的现实意义的。以信息建模完成监控系统与智能一体化平台的对接是一种对IEC61850 标准应用性的尝试，能够对相关技术的研究与进步起到参考与推动作用，相信能够对我国水电厂的智能化建设产生正面影响。

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