变电站电能量采集终端的建模与实现

摘 要 : 变电站电能量采集终端是用于变电站周期性数据采集的重要的厂站级设备,是数字变电站的重要组成部分.基于变电站网络通信标准IEC 61850的扩展原则,建立能量采集终端的对象模型.通过对变电站电能量采集终端及数字电能表分析,说明建模过程并建立符合标准的信息模型及通信模型.此模型建立的电能量采集终端已成功得到应用.

关 键 词 : 电能量采集终端,数字电能表,IEC 61850标准,对象建模

0 引言

电能量的数字化采集和监视是数字化变电站技术的重要功能部分,是这一技术的发展的重点[1].为数字化变电站技术提供了硬件支撑.本文研究基于变电站网络通信标准IEC 61850展开,实现新型数字电能量采集终端的建模和产品研制.考虑此标准还未完全实现覆盖电能量的数据要求,因此首先根据标准的可扩展原则和电能量的数据特点建立信息模型,再根据当前电能量数据的使用特点,研究适用的通信模型.

1.电能量数字化采集和监控

1.1 数字电能表

为实现数字化的监控功能,数字电能表需完成电能量的数据采集和监控需求,实现应用数据的测量和记录功能和自身故障的告警.同时,为实现标准化数据通信,数字电能表还应提供符合标准要求的通信协议规范和以太网接口.

1.2 电子电能表

一般变电站使用可提供基于串口方式通信协议的常规电子式电能表,可实现电能的分时计量,并通过一定的接口传输数据.

1.3 电能量数据采集终端

为实现场站化应用,数字化电能量采集终端应具有下述几点功能:可实现传统电子电能表的写作技巧与其他数字化部分通信,通信协议应当基于IEC 61850标准,可兼容现有电能量采集、监控系统,实现与主站的数据通信并,可对自身故障、电能表故障进行监视和上报.

根据以上描述,数字化电能量采集终端具有变电站子站的监控功能.常规电能量采集终端只能接入电子电能表,因此电能表需按照传统电力通信协议上送电能数据,主站再根据IEC60870协议调用电能数据.相对于常规的电能量采集终端,数字化电能量采集终端可接入电子电能表和数字式电能表,表现较多优点.

1)可实现电子电能表和数字电能表的接入,并可按照不同的通信协议实现数据的采集.

2)可作为终端电能表的写作技巧装置,采用IEC 61850标准规定实现与其他数字智能装置通信.实现与现有电量采集与监控系统的兼容,并可与调度侧各类主站的数据通信.

数字化电能量采集终端是特殊的站控单元,具有接口、协议转换功能和智能写作技巧功能.在当前电能表未实现完全数字化的条件下,可实现传统电能表数据采集,并与其他数字采集传输装置、站控单元的信息交互.

2.信息模型的建立

2.1 采集终端逻辑节点建模

IEC61850规范了包括系统组、保护功能组、自动控制组、监控组及计量和测量组的13个逻辑节点组,共89种逻辑节点.根据扩展性原则,标准中没有规范的某些功能组的专用逻辑节点可由用户进行自定义.

由于电能量采集终端在计费系统相似度检测于主站和电能表之间,主要起到电能量数据采集、处理、存储和转发功能,可传送相应的功能性数据.因此可从从IEC61850标准中选择实现上述功能的逻辑节点,确定分别为测量单元MMXU、计量单元MMTR、过流保护单元PTOC和过压保护单元PTOV.

2.2 数据对象的建模

根据IEC 61850标准,各个具体的逻辑节点必须继承公共节点的数据对象,实现面向对象技术的继承性.因此,子逻辑节点必然继承公共逻辑节点的NamePlt、Beh、Mod和Health等数据对象,实现铭牌工作模式、状态和性能的描述.此外,逻辑节点还需添加外部设备数据对象铭牌EEname和对象状态EEHealth.结合MMXU、MMTR、PTOC和PTOV单元逻辑节点的数据对象组成新的逻辑节点MEEE.

2.3 逻辑设备的建模

逻辑设备由逻辑节点及附加怎么写作组成.根据电能量采集终端在模型中的位置特性,一个终端要监控多个电能表,实现多条电路的电能量信息采集.因电能表划分逻辑设备具有结构清晰的特点且符合IEC 61850的层次结果,可按照电能表个数进行分别命名,其逻辑节点编号对应逻辑设备编号EEMT1、EEMT2等,以此组成电能量采集终端的设备模拟结构,如图1所示.

逻辑设备虚拟实现真实物理设备,因此其应提供代表的物理设备信息或相关设备信息.可知逻辑设备应至少包括三个逻辑对象节点,分别为代表逻辑设备的公共数据的LLN0、代表逻辑节点的公共数据LPDH、描述逻辑设备核心功能的LNs,如图2所示.

3.电能量数据怎么写作模型的实现

因电能表采集数据均为周期性记录数据,周期时间到时,数据被封存并在下个周期开始时清零,因此需要将周期性数据上传.基于IEC61850标准的数字电能表表能够采用报告方式将周期数据即时发给写作方,写作方存储数据以供客户端调用.电能量采集终端收集到周期数据时,也采用报告方式发送到写作方并存储供主站调用.

电能量采集终端与主站、数字式电能表数据交互如图3所示.其中的URCB和LCB分别代表非缓冲报告控制块和日志控制模块.采用IEC61850标准的数据通信通过确定TrgOp、IntgPd、GI三属性的变化实现,如在TrgOp选择intergrity、General-integrity时由客户端设置IntgPd的非零值,实现完整周期报告的发送.

主站获取电能量采集终端数据数据可分为三个类型:对终端数据进行查询及调用,终端主动发布和上传数据,主站再调用终端数据.为实现对常规电子电能表的兼容,可根据通信协议类型组建相应的数据集,对数字电能表数据的采集,可根据电能表怎么写作功能确定采集终端功能.

4.结语

通过研究IEC61850国际标准,结合对电能量采集终端和数字电能表的分析进行系统建模,建立符合标准的变电站电能量信息传输模型和怎么写作模型.根据此模型建立的电能量采集终端已成功得到了应用,证明模型能够满足数字化变电站通信要求.