馈线自动化终端设备的信息模型及其接入方法研究

王致皓，周 燕

（西安科技大学 高新学院，陕西 西安 710109）

馈线自动化终端设备的信息模型及其接入方法研究

王致皓，周 燕

（西安科技大学 高新学院，陕西 西安 710109）

科学技术水平的提升，使得配电网自动化成为了电力领域关注的重点，作为其中重要组成部分，馈线自动化问题必须得到重视.馈线自动化终端设备信息模型的建立与其接入方法的确定关系着设备功能的发挥效果，决定着配电网自动化的可靠性.

馈线；自动化；终端设备；信息模型；接入方法

1 馈线自动化终端设备

1.1 馈线自动化

馈线自动化指的是变电站出线到用户用电设备之间的馈电线路自动化，是电力领域实现供电的主要支撑性因素，功能在于实现对用户用电情况的检测与优化，与此同时，在事故状态下，对故障进行检测与解决[1].

馈线自动化终端设备是保证上述功能实现的基础，传统设备的接入以IEC61970为标准，在主站端建立CIM模型，存在体系不完善的问题，终端之间容易形成信息孤岛，导致数据传输无法顺利实现.IEC61850标准的出现，使得上述问题得到了解决，在提高了各终端统一性的基础上，提高了终端信息以及数据间传输的便利性，使得即插即用成为了可能，提高了设备应用的灵活度[2].

1.2 馈线自动化终端设备的优势

馈线自动化终端设备的优势主要体现：首先，终端下FTU不固定，选择性强，用户可以根据自身需要，对其进行合理的选择，相对于传统设备而言，具有更大的应用灵活性，且能够达到降低用户应用成本的目的，达到了经济性的标准，这是馈线自动化终端设备优势的主要体现.其次，受种种原因影响，一旦终端使去了使用性能，用户可以自行的对其进行更换，这在很大程度上解决了维修的困难，同时也提高了用户应用的便利性.再者，对技术要求低，可生产的厂家数量增多，终端数量增多，价格降低.

基于上述优势，目前，以IEC61850为主的馈线自动化终端设备已经得到了电力领域的广泛认可，如何建立有关信息模型，并优化其接入方式，是当前电力领域主要关注的问题.

2 馈线自动化终端设备的信息模型

2.1 基于IEC61850馈线自动化信息模型

2.1.1 建模思想与原理

基于IEC61850馈线自动化系统模型的建立应采用分层分布式的体系结构以及面向对象的建模方法来完成.在模型的建立过程中，应将信息与数据两者分别加以考虑，针对两者各自建立相应模型，以使设备的整体状态，能够通过信息与数据综合的形式，体现在计算机当中.上述过程便是基于IEC61850馈线自动化系统模型的建立过程.

2.1.2 数据模型结构

基于IEC61850馈线自动化系统模型结构主要由服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据对象与数据属性5方面组成，其各自的功能存在较大的不同.首先，服务器是系统模型的主要组成部分，同时也是模型中与馈线自动化终端设备联系最为紧密的一个部分.数据库中包含着与馈线自动化终端设备有关的种种数据以及信息，是设备另一种形式的体现.服务器中包含多种逻辑设备，能够通过接口的方式，使外界应用上述逻辑设备的功能.综合上述功能可以看出，服务器的主要功能在于为内外联系开辟通道，对于模型各方面功能的实现能够起到承上启下的作用.其次，逻辑设备也是模型的重要组成部分之一，其功能在于根据对馈线自动化终端设备功能的参考，通过逻辑节点的分割与建立，实现向外界提供访问服务.在模型中，逻辑设备占据着重要地位.然后，逻辑节点是逻辑设备的构成部分，每一个逻辑节点都具有其各自的功能，不同逻辑节点的结合，构成逻辑设备，而逻辑节点则通过逻辑设备向外界提供访问数据对象的抽象服务接口.再者，数据对象是逻辑节点的构成部分，不同数据对象的结合，构成逻辑节点，使其能够实现向外界提供访问数据对象的服务的功能.最后，数据属性是定义数据的范围以及允许值的一种功能模块.

基于IEC61850馈线自动化系统模型中的组成部分，通过层层递进的方式，各自实现其功能，并最终使模型能够充分反映现实终端设备的整体情况.

2.1.3 馈线自动化系统建模

馈线自动化系统构成较为复杂，一方面连接终端，实现终端接入，并与配电主站实现通信，一方面通过无线或串口电缆，连接移动维护终端PDA.构成系统模型的不同单元及模块，功能存在很大差别，以配电过程单元为例，其中便包括电流、电压互感器以及开关操作等功能.需要注意的是系统连接线路的选择，以光纤或无线以太网通信模块为例，其与配电间隔单元之间，便应通过高速CAN总线连接.

馈线自动化终端设备信息模型需要能够实现的功能包括信息交互以及服务映射的功能.信息交互包括终端之间的信息交互以及各终端与配电主站之间的信息交互等，上述信息交互过程的实现是提高模型功能，保证终端性能的基础.

2.2 馈线终端模型与配电主站模型的融合

馈线终端模型要与配电主站模型相互融合，才能使其功能的实现为配电站运行状况的改善提供保证，同时也才能使其本身的功能得到更好的发挥.两者的融合需要依靠SCL与CIM模型的建立来实现，两种模型之前存在着不可分割的联系，功能均在于通过类的含义代替电力系统中的具体对象，如配单系统中的变压器等，以此将相应设备“模型化”[3].

SCL模型需要在馈线终端建立，模型应考虑电流、电压以及断路器等的数据结构问题，在此基础上，提高模型建立的合理性，提高其所包含的数据的全面性，使其能够完整的反应馈线终端各部分功能的实现过程.CIM模型需要在配电主站建立，模型应考虑量测包与保护包数据结构.

两种模型在存在联系的同时，在很多方面也存在差别，主要体现在类层面、属性层面以及关系层面等方面，以关系层面为主，配电站CIM模型中，类的关系为双向，相对而言，馈线终端的SCL模型则并非如此.如何平衡两者之间的差异，是将两种模型融合的关键.

3 馈线自动化终端设备的接入方法

3.1 馈线自动化终端设备的接入

3.1.1 接入原理

馈线自动化终端设备的接入应在采取服务器配置的方法的基础上来实现，通过当前新型馈线自动化终端设备接口功能的利用，实现对数据模型的读取，并将其传输给主站，最终完成接入过程.传统采用CIS系统（地理信息系统）实现对电网的模拟，将整个电网体现在系统中，随着时代的发展，上述模拟方法的缺陷开始逐渐暴露出来.将GIS空间数据的拓扑关系转化，使其能够为配电系统所识别，已经成为了电力领域主要考虑的一项问题，这样才能使接入过程更加顺利的实现[4].

3.1.2 接入过程

馈线自动化终端设备的接入应从资源对象的确定与关联、相应拓扑模型的建立、资源对象的连接以及数据模型的转换几个方面出发来完成，上述过程要逐一实现，最终完成数据模型的转换，使接入成为可能.

首先，资源对象的确定与关联.资源对象的确定与关联过程应保证在馈线自动化终端设备接入上电的基础上来实现，并保证设备不存在故障，可以正常运行.在此基础上，完成对象的确认，并找出具体需求的对象，继而通过对逻辑设备等功能的应用，最终确定资源对象.

在资源对象确定之后，要通过激励互换性组件程序的运用，从整个系统的范围中，找出能够与之相匹配的生产对象，使两者实现关联.总的来说，关联过程需要在考虑馈线拓扑结构是否发生变化的基础上实现，根据实际情况的不同，需要采取不同的关联方法.

接着，在资源对象确定完成，且其与生产对象关联完成之后，需要着手建立馈线的拓扑模型.在馈线结构发生变化时，系统中的设备数量与容量等都会发生变化，由此引起的整个配电站的变化，要求必须重新建立模型，才能使两者能够充分接入，对此，有关人员必须加以重视.

再者，资源对象的连接应完成连接激活的过程，在此基础上，创建相应的控制块，一般包括记录与报告两种，在此之后，便可以实现对象的连接，进而使其能够被订阅与发布.

最后，数据模型的转换需要经历从互换性组件数据库到配电主站数据库的一整个过程.互换性组件数据库中的数据通过适配器被读取，通过拆装器，形成语言说明数据，通过验证器实现对数据的验证，继而进入到转换器中，完成数据的转换过程.在转换完成后，数据会重新通过验证器进行验证，通过组装器将语言说明数据转换为实际数据，通过适配器，最终输入到配电主站数据库中.至此完成数据模型的转换过程.

3.2 馈线自动化终端设备接入仿真

3.2.1 仿真过程的实现

为判断馈线自动化终端设备的接入效果，应通过仿真手段，对其功能进行测试.采用互换性功能组件，可以实现仿真过程，平台包括装置A、B、C、D、E，均为PC机，包括一台交换机，不同PC机装置IP不同，模拟的内容也不同.PC机装置A的功能在于模拟运行在配电主站中的互换性组件. PC机装置B的功能在于模拟馈线线路上的FTU，运行服务器程序.除此之外，其他装置各模拟不同的内容.各装置均与交换机相连接，在此基础上，实现仿真过程.

3.2.2 验证过程

在仿真结束后，需要对仿真结果以及数据模型的转换过程进行验证，最终实现对仿真结果的分析.分析发现，采用上述方法，实现接入过程，能够使数据模型的转换成为可能，在转换完成之后，馈线自动化终端与配电主站之间的联系能够更加紧密，其数据与信息之间的交换也能够成为可能，充分解决了传统馈线自动化终端的应用存在的信息孤岛的问题，使得信息之间可以进行交互，这对于馈线自动化终端功能的顺利实现，以及配电主站运行可靠性以及稳定性的保证都具有重要价值.

〔1〕赵拥华,方永毅,王娜,李信,焦彦军.逆变型分布式电源接入配电网对馈线自动化的影响研究[J].电力系统保护与控制,2013（24）:117-122.

〔2〕王文博,冯光,李珊珊,赵兴亮,严俊,刘弢.基于不同接线模式的馈线自动化实现方式[J].电力系统及其自动化学报, 2013（06）:72-78.

〔3〕凌万水,刘东,陆一鸣,于文鹏.基于IEC61850的智能分布式馈线自动化模型[J].电力系统自动化,2012（06）:90-95.

〔4〕凌万水,刘东,陈新,柳劲松,何维国.馈线自动化算法可靠性的量化评价方法及其应用 [J].电力系统自动化,2012（07）:71-75+109.

TM64

A

1673-260X（2017）03-0079-02

2016-12-15

陕西省科学技术研究发展计划：馈线自动化终端设备的信息模型及其接入方法研究（2015GY209）