IEC61850变电站自动化系统通信模型建模的研究及设计

论文摘要

尽管近十年来变电站综合自动化技术的发展对变电站运行技术的提高起到了十分积极的作用,变电站自动系统的控制能力和可靠性也逐步改善,但在数据交互方面,由于规约的限制,不同厂家设备之间难以互相通信,导致系统联调时间长,稳定性差,在一定程度上影响了变电站自动化系统的投入率。IEC61850标准的颁布实施为变电站实现信息的统一建模奠定了基础。本课题研究的目标是基于IEC61850标准建立变电站自动化系统的通信模型。以往的研究方法是针对具体设备进行建模,而本文研究的方法是把系统模型划分为实体模型和通信服务模型两部分,分别对具体设备功能及其数据交换服务建立模型。文中基于“类”的思想构建了智能电子设备IED模型、抽象通信服务接口(ACSI)及其信息交换服务的模型,借助功能最小单元逻辑节点(LN),从理论角度实现了系统通用的逻辑连接和数据交换。本文完成的工作主要有:①基于对IEC61850标准的组成、系统结构、功能分解、信息模型、抽象通信服务接口(ACSI)和变电站描述语言(SCL)等的深入研究,总结和提出了一种新的变电站自动化系统通信建模方法。②针对变压器控制和保护实体模型中的逻辑节点CSWI(开关控制器)和MMXU(测量)的监控和测量数据映射问题建立了功能模型,设计实现了开关控制器逻辑节点和测量逻辑节点对实体模型的实际数据映射。③借助面向对象分析方法,针对数据如何通过抽象通信服务接口实现数据交换问题,设计了面向对象的通用变电站事件(GOOSE)模型和采样值控制(SVC)模型,并完成了上述两个模型对抽象通信服务接口(ACSI)的服务映射建模。④基于变电站配置描述语言SCL,针对220kV变电站自动化系统中的变电站段、IED设备、通信系统、数据及数据属性,对模型结构作了描述,完成了通信模型的数据配置。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及国内外研究现状
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 国外研究现状
• 1.1.3 国内研究现状
• 1.2 IEC61850 系列标准简述
• 1.3 本课题主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 变电站系统相关理论及技术基础简介
• 2.1 基于IEC61850 的变电站架构体系
• 2.1.1 基本结构
• 2.1.2 信息流通信模式
• 2.1.3 变电站总线技术
• 2.2 IEC61850 核心内容
• 2.2.1 统一的信息模型
• 2.2.2 抽象通信服务接口
• 2.2.3 特殊通信服务映射
• 2.2.4 自我描述
• 2.2.5 XML 集成技术
• 2.3 基于IEC61850 的变电站应用技术
• 2.3.1 过程层
• 2.3.2 间隔层
• 2.3.3 变电站层
• 2.4 本章小结
• 3 IEC61850 实体模型的构建
• 3.1 概述
• 3.1.1 面向对象建模技术
• 3.1.2 变电站自动化系统概念性建模方法
• 3.1.3 软件设计模式复用
• 3.2 变电站四层元模型体系结构
• 3.2.1 四层元模型体系结构
• 3.2.2 IEC61850 建模过程方法
• 3.2.3 IED 设备建模
• 3.3 变压器控制和保护的建模及实现
• 3.4 本章小结
• 4 IEC61850 通信映射模型研究
• 4.1 IEC61850 中ACSI 相关通信模型的研究
• 4.1.1 制造报文系统（MMS）
• 4.1.2 面向通用对象的变电站事件模型（GOOSE）
• 4.1.3 采样值传输模型（SVC）
• 4.2 ACSI 实例模型
• 4.2.1 ACSI 模型包图及用例图设计
• 4.2.2 GOOSE 通信模型类图的设计
• 4.2.3 SVC 传输模型类图的设计
• 4.3 本章小结
• 5 基于 SCL 的变电站通信服务模型研究
• 5.1 变电站配置语言SCL
• 5.1.1 变电站配置语言对象模型
• 5.1.2 SCL 语法结构
• 5.1.3 配置描述文件
• 5.2 220kV 变电站通信服务模型
• 5.2.1 IED 配置文件编辑前准备工作
• 5.2.2 220kV 变电站段描述
• 5.2.3 SCL 对IED 的描述
• 5.2.4 SCL 对通信系统的描述
• 5.2.5 SCL 对逻辑节点类的描述
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录