基于IEC61850的PMU装置参数标准化建模方法
2019-01-07陆省明胡春潮张延旭
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。