基于IEC61850,&,SCL的牵引变电所建模描述

【摘 要】随着数字化变电站和高速铁路技术的发展，为满足高铁对供电系统的新的更高的要求，牵引变电所数字化进程势在必行。国际电工委员会制定的变电站通信和网络协议IEC61850为适用于数字化变电站的唯一国际标准，本文所讨论的基于IEC6185&SCL的变电所建模描述方法可以为今后牵引变电所的数字化改造工程提供一定的借鑒。基于变电站通信和网络协议IEC61850，对牵引变压器保护IED进行了功能分解，对其进行建模和SCL描述。参照IEC61850-6部分定义的变电站配置语言SCL，并以上述建模描述为例完成了牵引变电所SCD文件的配置。

【关键词】电气化铁路；牵引变电所；IEC61850；建模；SCL描述

0 引言

当今，基于IEC61850的变电站数字化技术在电力系统领域发展迅速，国内业已建成上百座基于该标准的数字化变电站[1]。牵引变电所作为一种特殊形式的变电站，在电气化铁路中的地位举足轻重，是整个电气化铁路运行的中枢，现代高速铁路对牵引供电系统提出了更高的要求。为顺应发展趋势，提高牵引供电技术水平，对传统牵引变电所进行数字化改造势在必行。完成了基于IEC61850的IED建模工作，通过创建SCL文档及对其进行分析，完成了牵引变电所的数字化配置工作，对日后牵引变电所数字化改造工作提供了一定的借鉴。

1 变电站配置语言SCL应用分析

1.1 SCL简介

SCL是基于可扩展标记语言XML1.0（Extensible Mark-up Language），用于变电站设备描述和配置的语言。它描述了变电站中与通信相关的智能电子设备IED（Intelligent Electronic Device）结构参数、通信系统结构、开关间隔（功能）结构以及他们之间关系的文件格式[2]，同时也描述了变电站系统和变电站网络通信拓扑结构的配置，最终目标是在不同厂商的配置工具间交换系统的配置信息，在应用侧屏蔽装置的差异性[3]，实现互操作。

1.2 SCL文件分类及配置过程

1）ICD文件：描述了IED的基本数据模型及服务；

2）SCD文件：描述了所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构，信号联系等信息；

3）SSD文件：描述了变电站一次系统结构以及相关的逻辑节点；

4）CID文件：IED实例配置文件，每个装置一个。

IEC61850-6所描述的SCL的配置过程如图1所示。

图1 SCL配置过程信息流动参考

2 牵引变压器保护IED建模

2.1 保护IED的功能分解

基于IEC61850的牵引变压器保护功能的实现采用面向对象的设计思路、功能分层自由分布、统一数据的建模技术[4]。如图2所示为IED功能实现过程。

图2 IED功能实现过程

根据IEC61850标准，IED分层信息模型自上而下分为4级，依次为：服务器Server、逻辑设备Logical-Device、逻辑节点Logical-Node和数据Data，上一级的类模型由若干个下一级的类模型聚合而成，位于最底层的Data类由若干数据属性DataAttribute组成。

牵引变压器的保护分为主保护和后备保护，参照IEC61850-5部分的定义，主保护按功能可分为差流速断保护PTOC、二次谐波闭锁的比率差动保护PDIF和高压侧失压保护PTUV；后备保护按功能可分为高压侧三相过电流保护PTOC1、低压侧α相过电流保护PTOC2、低压侧β相过电流保护PTOC3、零序过电流保护PTOC4、零序过电压保护PTOV1、反时限过负荷保护PTTR和低压侧过电压保护PTOV2。据此，可得牵引变压器主保护和后备保护的对象模型分别如图3和图4所示[5]。

图3 牵引变压器主保护对象模型

图4 牵引变压器后备保护对象模型

2.2 基于SCL的牵引变压器保护IED配置描述

参照IEC61850-6部分，SCL文档结构可分为：头（Header）、变电站（Substation）、通信（Communication）、智能电子设备（IED）和数据类型模板（DataTypeTemplates）。上节已经给出牵引变压器保护IED的对象模型，则可以写出其IED部分的SCL文档如下[6-9]：

TrPro_PTOC’’>

……………………（省略处同上理）

3 牵引变电所的SCL配置實例分析

在牵引变电所的SCD文件中，描述了所内全部IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构，信号联系等信息。本文为使描述更为清楚，SCD文件只集成了上述牵引变压器保护IED，其余同理。以下为SCD文件实例：