基于lEC61850的配电终端级联研究及实现

2016-11-23高志勇

工程技术研究 2016年10期

关键词：级联域名钻头

秦凯，高志勇

（国电南京自动化股份有限公司，南京 211153）

基于lEC61850的配电终端级联研究及实现

秦凯，高志勇

（国电南京自动化股份有限公司，南京 211153）

本文提出了一种基于lEC61850建模思想的配网终端级联方案，对级联模型进行了分析和研究，并给出了级联实现方案。考虑到lEC61850的实现对硬件资源要求，对模型进行了适当的裁剪，使之只需传递必要的信息，进而能够将MMS报文映射至低速通信口上进行交互，最终实现配网终端的“互操作”。该方案可以轻松完成终端的级联带电调试工作，大大减少了配网终端在改扩建过程中的调试工作量，提高了终端运行的安全可靠性。

lEC61850；级联；服务裁剪；带电调试

随着经济的发展，对配网供电的安全可靠性提出了越来越高的要求，要求通过级联通信的场合越来越多，级联时，由于没有统一的标准和规范，各厂家的DTU、FTU使用的网络和通信协议互不兼容，为了保证设备之间的互操作性，级联时就必须花很大的代价做通信协议的转换，这样一方面增加了系统的复杂性降低了可靠性，另一方面增加了系统成本和维护的复杂性。在某些扩建的工程中，因为部分设备已经带电运行，按照传统的级联方法甚至无法完成现场调试工作就上电运行，这给配电运行带来极大的安全隐患。该方法借用IEC61850的建模思想［1］，对终端级联模型进行了分析研究后，对模型对应的服务进行适当裁剪，降低其对硬件资源的需求，使其最终能将MMS报文映射至低速的通信口上进行运行，进而实现配网终端利用IEC61850标准协议进行级联，最终实现现场的带电调试，提高配网自动化的安全可靠运行。

1 级联模型的分析及实现

IEC61850的数据访问通过“引用路径”来实现，引用路径的定义如下。

域名=IEDName+LDName （1）

变量名=LNName+DoName+DaName （2）

引用路径=域名+变量名（3）

例如，一个“引用路径”为“FTU1LD1. MMXU1$MX$TotW$mag$f”的字符串表示设备FTU1的逻辑设备LD1下的有功量测的值。一个“引用路径”为“FTU2LD1.MMXU1$MX$TotW$mag$f”的字符串表示设备FTU2的逻辑设备LD1下的有功量测的值。从例子可以看出，“变量名”确定了在某一逻辑设备内的最小功能单位中的某一确定的对象值，不随物理设备的变化而变化，故在级联过程中将被原封不动的传递。因而假如将上述示例的有功值部署至FTU3中的LD1时，其引用路径名将变为“FTU3LD1.MMXU1$MX$TotW$mag$f”。所以，当进行级联通信时，我们只需改变模型文件中的相应“域名”即可。图2以两个FTU级联至一个DTU为例来说明级联时模型文件的合并过程。

假如FTU1的模型文件示例为：

…

FTU2的模型文件示例为：

…

图2 模型文件级联过程

DTU的模型文件示例为：

…

那么根据上述的合并过程，将原FTU1的域名“FTU1LD1”作为级联后模型文件的某个LD的Name，将原FTU2的域名“FTU2LD1”作为级联后模型文件的某个LD的Name，级联后的模型文件的IED名置空，那么接入FTU1、FTU2信息，加上自身的DTU信息的模型文件将如下所示：

…

从上述模型可知，级联前的FTU1的LD1下的有功值访问路径为“FTU1FTU1.MMXU$MX$TotW$mag$f”，级联后的FTU1的LD1下的有功值访问路径仍然为“FTU1FTU1.MMXU$MX$TotW$mag$f”，也就是说级联时通过简单的域名组合，就可以实现数据访问的唯一性。理论上讲，级联前后可以保证信息在传输过程中的正确性。

2 lEC61850服务分析及裁剪

上节描述了级联时的模型如何合并，级联后的模型文件生成后，需要通过IEC61850协议进行通信最终实现数据的传递。各种文献［x］对IEC61850的协议均有了详细的阐述，本文的重点为模型的分析及服务的裁剪，故下面对各种服务进行详细的分析，其余部分不做介绍。在IEC61850第7-2部分：变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构-抽象通信服务接口（ACSI）中对各种对象需实现的服务有具体的描述，整理如表1。

在终端进行级联通信时，需要完成遥测、遥信、脉冲、压板、定值、文件等信息的上送，完成遥控命令、压板修改、定值设置等命令的下发。开始通信之前需要用到“应用关联”的相关服务来建立双方的通信连接；遥测、遥信、脉冲、压板值的上送使用“报告控制类（缓存/非缓存）”的“报告”服务来实现；定值的值上送使用“数据类”的“读数据”服务来实现；文件的上送用“文件传输”的“读文件”服务来实现。遥控命令用“控制类”的相关服务来实现；压板的修改用“数据类”的“写数据”服务来实现；定值设置用“设置控制块类”的相关服务来实现。

表1 lEC61850的常用模型及对应服务

“服务器类”、“逻辑设备类”、“逻辑节点类”相关服务可以通过静态的模型文件解析来实现，故可以裁剪掉。在配网终端时间同步功能通过远传通信或SNTP协议来实现，故也可以裁剪。“通用变电站事件类”，“采样测量值传输类”属于过程层模型，不做分析。

3 带电调试方案

当我们不具备现场加量或开关传动的场合［2］，但又需要进行信息核对时，我们可以通过“取代”的“写数据值”功能将服务器端的对外通信数据修改掉，然后修改后的数据将带上“取代”的品质因数上送给上级客户端，客户端收到该信息后，通过检查品质因数，发现该值为“取代”后，将做出相应的处理，比如界面变色，不如历史库等等。信息核对完成后，再进行“取代”撤销操作。这样通过取代服务就可以实现带电情况下的信息联调及测试，大大节省了下场调试工作量。共分4个步骤。第一步，由第3方客户端写服务器中需测试的数据属性“subEna”为真；第二步，由第3方客户端写服务器中需测试的数据属性的“subVal”；第三步，服务内部任务检查是否有取代发生；第4步，当有取代发生时，通过报告服务将取代值上送至上级（级联后的）客户端。

4 结束语

本方法分析了IEC61850模型用于配网终端级联时的模型合并，通过简单的域名组合，即可实现将下一级终端信息“原封不动”的传递给上级，考虑到配网终端的硬件资源有限，终端在通过IEC61850进行级联通信时，对相关不需要的服务进行适当的裁剪。最后利用IEC61850的取代服务来解决配网终端在级联过程的带电通信调试问题。本方案经过验证，不仅降低了调试维护的工作量，而且增加了配网终端的安全可靠运行，为配网自动化的稳定运行打下坚实的基础。

［1］郑文彬，周立秋. 基于lEC61850信息的建模方法分析［J］. 工业控制计算机，25（8）：36-38.

［2］王永辉. 基于lEC61850的配网自动化系统研究［J］. 自动化应用，7：109-111.

表1 8½″扭冲钻头总体特点

第i+1齿圆心横坐标（即轴向半径）计算公式：

B类双锥形冠部的切削齿轴向高度计算如下：

内锥段：

冠顶圆弧段：

外锥段：

所有保径齿的轴向半径差别不是很大，在设计中统一为：

式中—第颗保径齿打磨量最终确定以下的布齿方式（见图5、图6）。

通过改进的8½″扭冲钻头具有以下特点：①通过调整后的主切削齿前角较大，适应抗压强度高且带有一定研磨性能的薄夹层的中等地层，如泥灰岩、页岩，硬石膏、钙质砂岩等；②在软到中硬地层具有较高的攻击性能，配合扭力冲击器使用，减轻对PDC齿的磨损，适应高抗压强度的研磨性地层；③7个喷嘴直径可以根据需要进行调整；④保径结构可以进行调整。