基于IEC61850的PMU装置参数标准化建模方法

陆省明，胡春潮，张延旭

(1.贵州电网有限责任公司 都匀供电局，贵州 都匀 558000； 2.广东电网有限责任公司 电力科学研究院，广东 广州 510080； 3.中国南方电网公司重点实验室电网自动化实验室，广东 广州 510080)

0 引言

广域测量系统(Wide-area Measurement System，WAMS)是智能电网实现高精度实时测量、系统动态稳定分析与广域闭环控制的基础，而PMU是构 建WAMS的根本。随着WAMS的广泛应用和快速发展，PMU需要从变电站内的智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)中获取更多的数据。PMU在研发之初未考虑其与站内其他设备间的通信问题[1]，考虑到IEC61850标准是实现变电站内IED间互操作性的基础，因此，研究基于IEC61850体系的PMU建模方法对提升PMU与其他IED间信息共享水平有着重要意义。

目前，有关PMU的研究大多集中于其具体功能的优化与开发，如：负荷模型、动态响应、信息延时、算法优化等，对建模方法的研究甚少[2-5]。同时，PMU在IEC61850体系中无模型可借用[6-7]，且各厂商在录波功能配置与实现方法上不尽相同，最终导致了PMU模型不统一。为此，国家电网公司于2014年发布了一项PMU IEC61850模型规范[8]。规范中，明确地将PMU分成公用设备LD0、测量单元MEAS、GOOSE输入设备PIGO、SV输入设备PISV及录波单元RCD 5个逻辑设备(Logical Device，LD)，但仅对除RCD外的其余4个LD给出了定义与建模方法，并未给出能应用于实际工程的完整的PMU模型。

因此，针对上述情况，本文首先给出了完善PMU IEC61850模型的具体思路；其次，通过对PMU的录波参数进行归纳、提炼及定义，提出了一种基于录波参数标准化的PMU建模方法，实现了PMU录波参数及模型的统一；最后结合应用实例，清晰地展示了该PMU模型给实际运维工作所带来的提升。

1 基于参数标准化的PMU建模思路

文献[8]已明确定义了LD0、MEAS、PIGO、PISV 4个逻辑设备。因此，通过对RCD进行明确的定义并给出其具体的建模方法，可得到完整的PMU模型。

录波功能与录波参数是RCD的核心组成部分。其中，录波功能可通过引用IEC61850标准中的已定义的扰动记录功能——RDRE逻辑节点(Logical Node，LN)实现。但在该标准已定义的LN及其所对应的数据对象(Data Object，DO)中，无可满足录波参数功能需求的实例可引用。因此，参照IEC61850标准的相关规定及PMU录波功能的实际需求，新建录波参数LN及其DO，并以此为基础构建RCD模型，最终实现对PMU模型的完善。基于上述思路的PMU建模流程，可用图1表示。

图1 PMU建模流程

2 基于参数标准化的PMU建模

2.1 PMU录波参数集建模

文献[9]为常规PMU的通用技术条件，其中概括性地描述了PMU的录波参数的选取标准。结合PMU在IEC61850体系中的应用需求，本文对其进行提炼与归纳后，得到下列参数。

(1)频率越限：可具体分为频率越限使能、频率越上限、频率越下限；频率变化率使能、频率变化率启动值。

(2)电压幅值越限：为使录波启动识别更加精确，在保留常规的相电压越限启动录波的同时，增加序分量越限启动与突变量启动。其具体参数为：相电压越限使能、相电压越上限、相电压越下限、相电压突变量；正序电压使能、正序电压越上限、正序电压越下限、正序电压突变量；负序电压使能、负序电压越限；零序电压使能、零序电压越限、零序电压突变量。

(3)电流幅值越限：参照电压越限参数设置，可得出以下电流启动录波的参数：相电流越限使能、相电流越限、相电流突变量；正序电流越限使能、正序电流越限；负序电流越限使能、负序电流越限；零序电流越限使能、零序电流越限、零序电流突变量越限。

(4)功率振荡：考虑到同步振荡不会导致电力系统失稳，因此仅考虑在发生异步振荡时启动录波。同时，为避免发生小扰动时录波频繁启动，设置振荡启动门坎值，在达到门坎条件前若系统恢复稳定，则不启动录波。异步振荡的主要表现形式为低频振荡与次同步振荡，因此功率振荡录波参数为：低频振荡启动使能、低频振荡功率限值、低频振荡持续周波数；次同步振荡启动使能、次同步振荡功率限值、次同步振荡持续时间。

(5)开关量启动录波：当需要启动录波而电气变化量达不到限值时，可采用外部继电保护与安全自动装置的跳闸信号启动录波功能。

(6)联网触发录波：该参数用于控制远程网络启动录波功能的投退。

(7)装置功能参数：参照保护装置的参数配置，设置录波使能及TV/TA自检使能两项参数，以方便PMU整体录波功能及设备自检功能的投退。

依据IEC61850标准的相关规定[10-11]，对上述录波参数进行命名，并根据每个参数的数据特征，定义其所对应的数据属性(Data Attribute，DA)，从而得到表1所示的录波参数集。

表1 录波参数集

2.2 录波逻辑设备建模

首先，将录波参数集按照数据属性划分为SPG类录波功能控制(Record Function Control，RFC)参数集与ASG类录波启动定值(Record Starting Value，RSV)参数集。以此为基础，参照IEC61850标准对新增逻辑节点的相关规定及要求，新建录波功能控制(RRFC)LN与录波启动定值(RRSV)LN。

其次，建立LLN0逻辑节点，并在LLN0中建立录波参数数据集1(dsParameter1)，与录波参数数据集2(dsParameter2)，其作用是分别对RRFC与RRSV中DO进行映射。

此外，定义制造报文规范(Manufacturing Message Specification，MMS)协议为LLN0的对外通信协议，外部设备通过协议中的GetDataValues、SetDataValues命令对录波参数进行读取和修改。

最后，建立描述录波逻辑设备物理信息的逻辑节点——LPHD，并结合LLN0、RRFC、RRSV以及前文提到的RDRE，最终可得到如图2所示的RCD模型。

图2 RCD模型

2.3 PMU建模

将上述RCD模型与文献[8]中的模型相结合，即可得到基于参数标准化的PMU模型，具体如图3所示。

图3 包含RCD的PMU模型

3 基于参数标准化的PMU模型应用实例

本文所述方法构建的PMU模型，录波参数统一，标准化程度高，并对外提供了统一的维护接口。基于以上特点，运维人员可使用任意一款符合电力系统安全防护要求的运维工具，通过维护接口，利用变电站站控层网络对PMU开展在线运维。按工作地点可划分，PMU的在线运维工作大致可分为远程运维与就地运维两种模式。

如图4所示，使用PMU主站内置的PMU配置工具，或在工程师站安装PMU运维工具，通过调度数据网与各变电站的站控层网络建立连接，利用MMS协议命令对任意一台使用本文所述方法构建PMU模型的PMU装置开展配置参数的远程维护工作。

图4 PMU远程维护模式

为解决就地运维的问题，通过在变电站的后台监控机安装PMU运维工具，或将装有PMU运维工具的移动工程师站临时接入变电站的站控层网络，对变电站内任意一台基于本文方法建模的PMU装置开展现场维护工作。其具体架构如图5所示。

图5 PMU现场维护模式

该PMU模型已在实验室内测试通过。并依托于该模型，开发出了一款通用型的PMU配置工具。该工具消除了PMU的参数运维工作对各设备商私有运维软件的依赖性，有效地提高了运维效率；同时，制定了标准的维护界面与操作流程，从根本上摒除了现场运维人员需要熟悉多方运维工具的弊端，降低了装置误操作、误整定的风险。

4 结论

本文介绍了一种通过明确录波参数集及其对外通信方式与通信命令，从而构建标准录波逻辑设备，最终建立PMU标准化模型的建模方法。基于该方法建立的PMU模型，实现了PMU的一体化运维，为电力企业开展高效的PMU一体化运维管理工作打下了坚实的基础，具有重要的工程应用价值。