一體化報(bào)文記錄和故障錄波裝置的研究與應(yīng)用*

陸永衛(wèi),唐 明,黃志華,沈 竹,劉 瑩

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州 313000）

一體化報(bào)文記錄和故障錄波裝置的研究與應(yīng)用*

陸永衛(wèi),唐 明,黃志華,沈 竹,劉 瑩

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州 313000）

通過(guò)剖析智能變電站對(duì)自動(dòng)化數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、記錄和分析所提出的新需求、新功能,闡述了在智能變電站中將網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置和故障錄波裝置功能整合、一體化設(shè)計(jì)的必要性.提出一種應(yīng)用于智能變電站的一體化報(bào)文記錄和故障錄波裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)一體化裝置）,實(shí)現(xiàn)從采樣點(diǎn)到原始報(bào)文的數(shù)據(jù)記錄,支持記錄數(shù)據(jù)逐層、綜合分析和關(guān)聯(lián)檢索,進(jìn)而為按需調(diào)閱、故障自動(dòng)分析和保護(hù)動(dòng)作評(píng)價(jià)等高級(jí)應(yīng)用提供技術(shù)支撐.該一體化裝置符合智能變電站發(fā)展新方向,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著,具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值.

IEC 61850;智能變電站;網(wǎng)絡(luò)報(bào)文;故障錄波;按需調(diào)閱;COMTRADE;網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴;變電站自動(dòng)化

智能變電站設(shè)備間信息交互和共享主要采用網(wǎng)絡(luò)報(bào)文方式,在電力系統(tǒng)故障時(shí),不僅需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)原始報(bào)文進(jìn)行記錄,還需要將網(wǎng)絡(luò)報(bào)文解析、還原為電力系統(tǒng)一次設(shè)備故障波形和二次設(shè)備動(dòng)作行為的記錄,便于事故發(fā)生后進(jìn)行故障原因分析和查找.因此設(shè)計(jì)一種基于相同數(shù)據(jù)源、統(tǒng)一時(shí)標(biāo)、統(tǒng)一建模[1]、支持報(bào)文異常、故障擾動(dòng)交叉啟動(dòng)數(shù)據(jù)記錄,實(shí)現(xiàn)從采樣點(diǎn)到原始報(bào)文的逐層、綜合分析和關(guān)聯(lián)檢索,集報(bào)文記錄和故障錄波功能于一體的數(shù)據(jù)記錄分析裝置,是智能變電站建設(shè)提出的客觀(guān)要求.

1 總體架構(gòu)

考慮到工程的適應(yīng)性和配置的靈活性,本文設(shè)計(jì)的一體化裝置采用了一種分布式架構(gòu),包括一個(gè)管理單元和若干(1～4）前置采集單元,總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 一體化裝置總體架構(gòu)示意圖Fig. 1 The structure of integrated device

前置采集單元是一體化裝置的前端處理設(shè)備,連接過(guò)程層、站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)原始報(bào)文采集、監(jiān)視、記錄、故障錄波等功能.同時(shí)作為間隔層設(shè)備,前置采集單元還連接站控層網(wǎng)絡(luò),支持MMS協(xié)議,作為高級(jí)應(yīng)用的服務(wù)器.

管理單元是一體化裝置的管理分析設(shè)備,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、裝置配置、故障簡(jiǎn)報(bào)生成[2]、記錄數(shù)據(jù)離線(xiàn)分析等功能,連接到站控層網(wǎng)絡(luò),采用MMS協(xié)議.管理單元相對(duì)于前置采集單元是客服端,同時(shí)相對(duì)于保信子站管理單元扮演服務(wù)器的角色.

2 實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的快速、可靠存儲(chǔ)

首先,對(duì)于長(zhǎng)報(bào)文記錄、異常報(bào)文記錄和無(wú)故障啟動(dòng)

長(zhǎng)錄波采用FPGA直接寫(xiě)入前置采集單元的一級(jí)存儲(chǔ)器,僅讓CPU處理暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的寫(xiě)入,這樣就能有效避免CPU處理全部數(shù)據(jù)記錄負(fù)載過(guò)重、來(lái)不及寫(xiě)入的問(wèn)題,真正實(shí)現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)的無(wú)損記錄.

另外,采用兩極存儲(chǔ)的方式,即前置采集單元采用大容量、無(wú)風(fēng)扇、靜態(tài)存儲(chǔ)本裝置的全部數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的一級(jí)可靠存儲(chǔ);管理單元采用大容量、無(wú)風(fēng)扇磁盤(pán)整列存儲(chǔ)各個(gè)前置采集單元的暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)和異常報(bào)文[3],實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的二級(jí)存儲(chǔ).采用兩級(jí)存儲(chǔ),一方面實(shí)現(xiàn)了重要數(shù)據(jù)的備份;另一方面可顯著提高外部訪(fǎng)問(wèn)異常數(shù)據(jù)的速度.

3 基于IEC 61850規(guī)范的裝置建模

信息交換機(jī)制主要依賴(lài)于準(zhǔn)確定義的信息模型,信息模型和建模方法是IEC61850的核心.對(duì)IED模型進(jìn)行確切、有效定義是對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的關(guān)鍵.

前置采集單元作為間隔層設(shè)備,其IEC 61850模型涉及G1和S1兩個(gè)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn).G1是面向過(guò)程層的模型訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn),如圖2所示;S1是面向站控層的模型訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn),如圖3所示.

圖2 前置采集單元G1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)模型示意圖Fig. 2 The G1 unit access point model diagram

圖3 前置采集單元S1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)模型示意圖Fig. 3 The S1 unit access point model diagram

在G1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)下只有一個(gè)邏輯設(shè)備GOLD,其下包含邏輯節(jié)點(diǎn)LLIN0和描述各種虛端子的邏輯節(jié)點(diǎn)GGIO.通過(guò)G1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程層SV、GOOSE信息的采集和傳輸.

在G1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)下配置LD0和RCD兩個(gè)邏輯設(shè)備.LD0用于描述裝置告警信息,包含邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0和告警邏輯節(jié)點(diǎn)GGIO.RCD用于實(shí)現(xiàn)錄波裝置的錄波功能,包含邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0、錄波啟動(dòng)監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)RDRE、模擬量監(jiān)視監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)RARD、開(kāi)關(guān)量監(jiān)視監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)RBRD、網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)視監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)LCCH、GOOSE監(jiān)視監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)LGOS和SV監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)LSVS[4].通過(guò)S1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)前置采集單元網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、錄波等功能[5].

圖4 管理單元S1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)模型示意圖Fig. 4 The m anagem ent S1 unit access point m odel diagram

管理單元相對(duì)于前置采集單元是用戶(hù),通過(guò)前置采集單元提供的IEC 61850通信服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)前置采集單元的管理、獲取錄波文件等.管理單元相對(duì)于站控層監(jiān)控、保護(hù)信息子站是服務(wù)器,其IEC 61850模型配置了1個(gè)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)G1,如圖4所示.

在S1訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)下配置了LD0和RCD兩個(gè)邏輯設(shè)備.LD0用于描述裝置告警信息,包含邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0和告警邏輯節(jié)點(diǎn)GGIO.RCD用于實(shí)現(xiàn)裝置錄波功能,包含邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0和錄波啟動(dòng)監(jiān)視邏輯節(jié)點(diǎn)RDRE.

4 通用化的錄波數(shù)據(jù)分析模型設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)錄波裝置數(shù)據(jù)記錄是面向通道的,其輸出的數(shù)據(jù)記錄文件(COMTRADE格式）[6]僅包含錄波通道信息和錄波數(shù)據(jù)信息,記錄數(shù)據(jù)語(yǔ)義不完整,機(jī)器不可讀,因此不能支持面向?qū)ο蟮陌葱枵{(diào)閱、面向應(yīng)用的故障自動(dòng)分析、保護(hù)動(dòng)作行為評(píng)價(jià)等高級(jí)應(yīng)用的要求.本文的裝置設(shè)計(jì)引入了錄波數(shù)據(jù)分析模型,該模型具體包括：設(shè)備信息模型和故障簡(jiǎn)報(bào)模型.設(shè)備信息模型面向變電站中與數(shù)據(jù)記錄有關(guān)的所有設(shè)備,包括一次設(shè)備的模擬量、開(kāi)關(guān)量與錄波通道的關(guān)聯(lián)關(guān)系、二次設(shè)備聯(lián)閉鎖信號(hào)、動(dòng)作信號(hào)等開(kāi)關(guān)量與錄波通道的關(guān)聯(lián)關(guān)系.故障簡(jiǎn)報(bào)模型以設(shè)備信息模型為基礎(chǔ),為故障分析結(jié)果的故障簡(jiǎn)報(bào)信息賦予語(yǔ)義.

5 結(jié)語(yǔ)

按需調(diào)閱、綜合分析等高級(jí)應(yīng)用是智能變電站對(duì)錄波數(shù)據(jù)記錄裝置提出的必然要求.本裝置設(shè)計(jì)從三個(gè)方面對(duì)上述高級(jí)應(yīng)用的要求實(shí)現(xiàn)技術(shù)支撐.

首先,實(shí)現(xiàn)了基于相同時(shí)標(biāo)的異常報(bào)文和暫態(tài)錄波的交叉啟動(dòng),這就使對(duì)于記錄的任何反映異常情況的數(shù)據(jù)都可以很容易找到對(duì)應(yīng)的錄波數(shù)據(jù)和原始報(bào)文;其次,裝置對(duì)記錄數(shù)據(jù)和故障分析結(jié)果信息進(jìn)行了統(tǒng)一建模,模型詳細(xì)描述了一次設(shè)備、二次設(shè)備和數(shù)據(jù)信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系[7];最后,裝置采用擴(kuò)展的COMTRADE分文件形成最終的錄波數(shù)據(jù)記錄文件,包含完整的模型信息和數(shù)據(jù).因此,本文的設(shè)計(jì)裝置對(duì)外輸出的COMTRADE文件和原始報(bào)文記錄文件包含了基于相同時(shí)標(biāo)、統(tǒng)一模型、從原始報(bào)文到采樣點(diǎn)的完整數(shù)據(jù)信息,為面向?qū)ο蟮陌葱枵{(diào)閱、應(yīng)用的綜合分析提供了有力的技術(shù)支撐.

[1]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2008.

[2]李俊剛,王皖豫,崔岱,等.故障錄波裝置中IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(8）：25-28.

[3]楊永標(biāo),丁孝華,黃國(guó)方,等.基于IEC 61850的數(shù)字化故障錄波器的研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,32(13）：58-61.

[4]許勇,王慧錚,李倩,等.智能變電站同步相量測(cè)量裝置研制[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(11）：34-37.

[5]錢(qián)玉春,袁敬中,趙琳,等.唐山郭家屯220k V數(shù)字化變電站建設(shè)及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009,33(24）：107111.

[6]李強(qiáng),竇曉波,吳在軍,等.數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)時(shí)特性改進(jìn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2007,31(5）：7377.

[7]張沛超,胡炎,侯偉宏.IEC61850全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的分層馬爾科夫模型[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,30(2）：28-32.

Research and Application of the Installation of Integrative Message Recording and Fault Recording Device

LU Yongwei,TANG Ming,HUANG Zhihua,LIU Ying,SHEN Zhu
(Huzhou Power Company,Zhejiang Electric Power Company of the State Grid,Huzhou 313000,China）

Through analyzing the new requirements and functions to automatic data monitoring,recording and analyzing in smart substation,this paper elaborates the necessity of the combining functions and integrative designing in the message recording device and fault recorder in smart substation and concludes that the main functions should be achieved by the integrative device The paper aims at putting forward and designing an integrative message recording and fault recording device(briefly called integrative device hereafter）applying to smart substation.The integrative device realizes the integrative analysis and connected retrieval on recording data,and then provides technical support of such advanced applications as on-demand retrieval and automatic fault analysis and act evaluation of relay protection.It indicates that the device conformed to the developmental direction of smart substation.It also indicates that the device has prominent economic and technical effects,excellent application prospects and popularization values.

IEC 61850;smart substation;network message;fault recording;on-demand retrieval;COMTRADE;cyber storm;substation automation

TM771

A

1009-1734(2014）02-0054-03

2013-10-20

陸永衛(wèi),工程師,研究方向：繼電保護(hù)及自動(dòng)化.E-mail：13511220761@139.com