基于IEC 61850标准的IED信息模型设计

许国澎 彭彦卿 马祖富

（1.厦门理工学院，福建厦门361024；2.厦门ABB中压产品技术中心，福建厦门361024）

0 引言

IEC 61850标准是面向未来电力系统通信的最新国际标准，是智能电网线路图的重要组成部分[1]。

IEC 61850标准为IED模型设计提供了四个主要技术，即信息模型结构分层、抽象通信服务接口、特定通信服务映射、面向对象建模技术。信息模型结构分层结合面向对象建模，使得模型结构设计更具层次且模型具有可重用性；抽象通信服务接口配合特定通信服务映射，能将具体通信协议独立于具体网络类型。其中，面向对象的统一建模以及抽象通信服务接口是IEC 61850标准应用于实际的关键[2]。

依据IEC 61850建模思想，以ABB馈线保护IED为例，结合IEC 61850标准，重点阐述IED建模设计方法。

1 IEC 61850建模技术

1.1 IED信息通用模型

IEC 61850标准提供的信息模型模板以抽象的方式刻画了IED的实际功能或通信特征，IED信息模型结构有五个部分，分别是服务器Server、逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据对象DO和数据属性DA，如图1所示[3]。

1.2 IED模型设计原则

总体而言，对一个IED进行建模，遵循自上而下的建模原则，即按照“服务器—逻辑设备—逻辑节点—数据对象—数据属性”顺序对实际物理设备进行抽象，而抽象对象应该满足以下要求[4-5]：

（1）IED对象至少包含一个服务器Server对象，且每个Server对象至少包含一个通信服务访问点。

（2）每个Server对象包括至少一个逻辑设备LD对象，且逻辑设备至少包含3个逻辑节点对象LN：LLN0、LPHD和特定功能实现逻辑节点。

1.3 IED模型设计步骤

根据实际IED设备的功能需求，创建服务器Server模型，确定逻辑设备LD；进一步分解功能，确定逻辑节点；对数据对象Data Object和数据属性Data Attribute进行实例化处理。上述步骤的构建方法如下[6]：第一步，创建服务器，确定逻辑设备；第二步，分解功能，确定逻辑节点；第三步，实例化数据对象和数据属性。

2 IED建模设计方法

本文选取ABB配电自动化产品进行IEC 61850标准实际建模过程的解析。选取ABB某款馈线保护产品，能够为电力系统和工业配电网提供测量、保护和监视功能[7-10]。

2.1 服务器模型

将公用逻辑设备和功能性逻辑设备都归属在一个服务器下，包括服务访问点G1，用于GOOSE通信访问点；6个逻辑设备，分别是公共逻辑设备LD0、测量逻辑设备MEAS、控制逻辑设备CTRL、保护逻辑设备PROT、录波逻辑设备RCD、人机交互逻辑设备HMI。

2.2 逻辑设备模型

选定6个逻辑设备的逻辑节点。其中，测量逻辑设备包括的逻辑节点有MMXU、MSQI、TCTR和TVTR；控制逻辑设备包括的逻辑节点有CSWI和CILO；保护逻辑设备PTOC、PIOC、PSDE和RDIR；录波逻辑设备包括的逻辑节点RDRE；人机交互逻辑设备包括的逻辑节点IHMI。

2.3 逻辑节点模型

选定逻辑节点。其中，选取MMXU中的ppv、phv、A、W、Var、Hz、Tot Pf；选取MSQI中的Sep A、Seq V、Imb A、Imb V；选取CSWI中的Op Cls和Op Opn；选取CILO中的Ena Cls；选取RDRE中的Red Trg、Red Str和Flt Num。由于文章篇幅所限，就选用MMXU逻辑节点来阐述逻辑节点建模过程。MMXU逻辑节点的数据对象具体如表1所示。

对MMXU逻辑节点的线电压测量数据对象ppv进行实例化建模，其他数据对象的实例化建模亦是如此，具体如表2所示。

表1 MMXU逻辑节点的数据对象

表2 数据对象ppv模型

3 IED图形化建模

基于Visio的UML建模步骤与上文所述步骤大致相同，但由于文章篇幅所限，本节中的静态对象图形化模型建立只到数据对象这一层次。具体建模过程如下：

第一步：服务器Server，基于Visio的UML的ABB馈线保护IED的服务器模型如图2所示。

图2 服务器UML模型

第二步：逻辑设备LD，其属性包括逻辑设备名称、逻辑设备的引用及相关的逻辑节点，提供的服务为Get Logical Device Directory。6个基于Visio的逻辑设备UML模型如图3所示。

图3 逻辑设备UML模型

第三步：逻辑节点LN，是实现IED功能的核心。逻辑节点最终实现间隔层IED设备的相关功能，逻辑节点包含各种各样的数据对象Data及数据集属性Data Set（由于篇幅限制，本节对此部分不进行建模），其他的属性包括：

（1）Ln Ref；

（2）Buffered Report Control Block；

（3）UnBuffered Report Control Block；

（4）Log Control Block。

提供的服务有：

（1）Get Logical Node Directory；

（2）Get All Data Values。

对于逻辑节点LLN0而言，它具有以下独立属性：

（1）Setting Group-Control Block；

（2）Log；

（3）GOOSE Control Block；

（4）GSSE Control Block；

（5）Multicast Sampled Value Control Block；

（6）Unicast Sampled Value Control Block。

综上所述，分别针对ABB馈线保护每个逻辑设备的逻辑节点进行UML建模，结果如图4～图7所示。

图4 测量MEAS逻辑设备UML模型

图5 控制CTRL逻辑设备UML模型

图6 保护PROT逻辑设备UML模型

图7 录波RCD逻辑设备UML模型&人机交互HMI逻辑设备UML模型

至此，关于IED的UML静态模型设计全部完成，由于IEC 61850标准为逻辑设备和逻辑节点建立了统一的信息模型，同时提供了对外可视的访问点，从整体角度来看，一个IED设备内的数据通信是明确而又标准的，实现了IED内数据的共享，为互操作奠定了基础。

4 结语

将ABB馈线保护IED的模型利用Altova XMLSpy再带验证结构的功能验证对象命名及节点描述的规范性，检查其结构的良构性，结果如图8所示。

将整个ABB馈线保护IED的模型导入Altova XMLSpy，包括该IED的逻辑设备、逻辑节点，结果显示逻辑设备、逻辑节点的命名及节点描述符合XML规范。

图8 IED模型验证

因此，该IED在厦门ABB中压产品技术中心PVC实验室的工程中得到应用，能够比较好地满足工程需要。