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1、Based on the IEC61850 standards of railway traction power feeder protection device of 275 kV model Wu Xun(ECJT University Electrical & Electronics Engineering，NanChang 30013， JiangXi Province， China)Abstract: IEC61850 standard is the basis of digital substation automation system, is the latest inter
2、national substation automation field, this paper IEC61850 standard standard feeder protection device application are analyzed and studied, the main work includes: constructing the traction substation automation IEC61850 based on the communication model (such as: logic node model, logical interface m
3、odel based on the computer, etc.), design of feeder protection device instance of the model IEC61850 protection algorithm, establish the feeder protection device IEC61850 model research IEC61850 feeder protection device interface model. Keywords: IEC61850, Feeder protection device, Logical device 基于
4、IEC61850标准的铁路牵引供电27.5kV馈线保护装置的模型吴 迅(华东交通大学电气与电子工程学院， 江西省南昌市 330013)摘 要: IEC61850标准是实现数字式变电站自动化系统的基础，是变电站自动化领域的最新国际标准,本文对IEC61850标准馈线保护装置中的应用进行了分析与研究，主要工作包括：构建基于IEC61850的牵引变电站自动化系统的通信模型（如：逻辑节点模型，逻辑接口模型等等），设计基于微机馈线保护装置实例的保护算法的IEC61850的模型，建立馈线保护装置IEC61850模型研究IEC61850馈线保护装置接口模型。关键词: IEC61850; 馈线保护装置；逻辑设
5、备1 IEC61850协议标准内容概述 IEC61850是国际电工委员会第57技术委员会第10、11、12工作组制定的关于变自动化系统通信网络和系统的标准。制定IEC61850的目的是想实现不同厂商产间的互操作性。为此，该协议采用自顶向下的方式对变电站自动化系统进行系统分层、功能定义和对象建模，并对一致性检测作了详细的定义。IEC61850包括面向的标准、通信网络性能要求、接口和映射、系统和项目管理、一致性测试等多方细内容。具体内容如下： 61850-1：基本原则。即IEC61850标准概述，包括适用范围和目的，定义了变电IED之间的通信和相关系统要求，并论述了制定一个适用标准的途径和如何对待
6、通信技术革新等问题。 61850-2：术语。给出了IEC61850标准中涉及的关于变电站综合自动化系统特定术语及其定义。 61850-3：基本要求。详细说明系统通信网络的总体要求，重点是质量要求(可靠可用性、可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性以及总的网络要求)，还涉及了环境条件度、温度、大气压力、机械震动、电磁干扰等)和供电要求的指导方针，并根据其准和规范对相关的特定要求提出了建议。 61850-4：系统和项目管理。描述了对系统和项目管理过程的要求以及对工程和试用的专用支持工具的要求。主要包括：工程过程以及支持工具、整个系统以及IED命周期、系统生命期内的质量保证共三个方面。 618
7、50-5：对功能和设备的通信要求。规范了变电站自动化系统所完成功能的通信和装置模型。为了区分技术服务和变电站之间以及变电站内IED之间的通信要求功能进行描述；为支持功能自由分配要求，将功能适当分解为相互通信的几个部给出其交换数据和性能要求：对典型变电站配置，上述规定可以通过数据流的安以补充。 61850-6：变电站IED的结构语言。规定了描述通信有关的IED配置和参数、通信系置、开关间隔结构以及它们之间关系的文件格式，目的是在不同制造商的IED管理工系统管理工具间，以某种兼容的方式交换IED性能描述和变电站自动化系统描述。 61850-7：变电站基本通信结构和馈电设备。是变电站设备之间协调工作
8、和通信的概述。共分为四个部分： 61850-7-1：原理与模型。提供了有关基本建模和描述方法的信息，解释了61850-7-4、IEC61850-7-3、IEC61850-7-2和IEC61850-5之间的详细要求，以及61850-7-X的抽象服务和模型如何映射到IEC61850-8-X和IEC61850-9-X中具体的协议。 61850-7-2：抽象通信服务接口(ACSI)。主要是从三方面进行描述：可以通过通信访问的全部信息分层类模型；对这些类进行操作的服务；和每个服务相关的参数。 61850-7-3：公共数据分类和属性。定义了和变电站应用有关的公共属性类型和公据类，这些公共数据类用于本系列标
9、准的61850-7-4部分。 61850-7-4：相容逻辑结点和数据目录寻址。规定了IED之间通信用的兼容逻辑结和数据名，这是61850-7-2中介绍的类模型的一部分，所定义的名称用于建立分象引用，供IED之间通信用。 61850-8：特殊的通信服务映射(SCSM)。映射到制造报文规范(MMS，Manufacturing Message Services)，说明了在局域网交换实时数据的方法，将ACSI映射MMS的服务议，主要是用于变电站层到间隔层间的映射。 61850-9：特殊的通信系统映射。规定了间隔层和过程层之间的映射。61850-10：功能测试、一致性测试。规定了变电站自动化系统和设备通
10、信方面的性测试方法，还给出了设置测试环境的准则和规定了互操作性的等级1。IEC61850的基本结构如图2-1所示： 图1 IEC61850标准草案的系列文档 就概念而言，IEC61850标准草案主要围绕以下4个方面展开： (1)功能建模：从变电站自动化通信系统的通信性能要求出发，定义了变电站自动化系统的功能模型(Part 5)。 (2)数据建模：采用面向对象的方法，定义了基于客户机/服务器(C/S)结构的数据模型(Part 7-3/4)。 (3)通信协议：定义了数据访问机制(通信服务)和向通信协议栈的映射，如在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到MMS(IEC61850-8-1
11、)。在间隔层和过程层之间的网络映射成串行单向多点或点对点传输网络(IEC61850-9-1)或映射成基于IEEE802.3标准的过程总线(IEC61850-9-2)。 (4)变电站自动化系统工程和一致性测试：定义了基于XML(Extensible Make up Language)的结构化语言，描述变电站和自动化系统的拓扑以及IED结构化数据。为了验证互操作性，Part10描述了IEC61850标准一致性测试。 IEC61850的目标是提供同一厂商或不同厂商的多个IED所完成的功能之间的互操作性。那么，首先要对变电站综合自动化系统的功能进行辨别区分，分析这些功能所需的技术服务和通信网络性能的要
12、求，然后寻求实现途径。 下面介绍IEC61850规约中的几个重要概念： (1)智能电子设备(IED)：IED是由一个或多个处理器构成，并且具有通信接口可以同外部设备进行数据交换的设备。IED可以是数字式继电器、控制器和电子仪表，也可以是工作站PC或其他设备。IED是一个实体，这个实体在一定条件下，能够完成一个或多个指定逻辑节点任务。IED一般具有内部时钟，因此一些时间要求严格的功能通常由一个IED独立完成，而其他功能可以分布到多个IED中完成。 (2)服务器(Server)：服务器为智能电子装置内的一个通信实体。其允许经通信系统，仅通过访问点对服务器中逻辑装置和逻辑节点的数据进行访问。 (3)
13、逻辑设备(LD)：LD主要由逻辑节点和附加服务组成，是一种虚拟设备，包含在服务器中。该虚拟设备能够为通信汇集有关逻辑节点和数据集。LD内有经常访问或引用的信息、变量表等。 有关逻辑设备的定义不是标准IEC61850的范围，在实际应用中可以根据需求定义逻辑设备。 (4)逻辑节点(LN)：LN是由数据和方法构成的对象，代表变电站系统的特定功能。LN封装了实现物理设备内部功能所需的数据，并能够主动或者应外界请求而执行这能的某些操作。与一次设备相关的LN不是一次设备本身，而是它的智能部分或者二次系统的映像，即本地或远方I/O单元、智能传感器和执行器等。逻辑节点间通过发送消息进行数据交换。 (5)数据对
14、象：是代表特定信息(如：状态或测量值)的LN对象的一部分。从面向对象的观点看，一个数据对象是一个数据类的实例。 (6)数据属性：定义用来传输的数值的名字(语法)、格式、范围或允许值以及表示法。2 基于IEC61850牵引变电站综合自动化系统功能 在变电站自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能开关、光电式互感器、机电一体化设备的出现，变电站综合自动化技术迈进了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元，如A/D变换、光电隔离器件、控制操作回路等将割裂出来作为智能一次设备的一部分。反言之，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规
15、继电保护装置、测控等装置的I/O部分；而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备。IEC61850将变电站自动化系统的功能在逻辑上分为三层：变电站层、间隔层、过程层2，并将功能适当的分解为相互通信的几个部分，列出了功能之间交换的数据类型。图2所示。 图2 IEC61850变电站自动化系统接口示意图 由图2可以看出IEC 61850变电站自动化体系共定义了10种数据类型的交换，分别为： :间隔层与变电站层之间的保护数据交换； :间隔层与远方保护之间的保护数据交换； :间隔层内的数据交换； :过程层与间隔层之间电流互感器CT和电压互感器VT的瞬时数据交换； :过程层与间隔层之间的控制数据交换； :间隔层与变电站层之间的控制数据交换； :变电站与远方工程师工作站之间的数据交换； :用于快速功能的间隔层之间的直接数据交换； :变电站层内的数据交换； :变
