大学本科毕业设计-电气工程-基于iec61850运用xml对变电站进行配置管理的研究

大学本科毕业设计-电气工程-基于iec61850运用xml对变电站进行配置管理的研究内容摘要：

开放式系统，例如变电站通信标准用于所有类型的分布式 SCADA系统。 IEC61850不仅用于变电站内通信，而且用于变电站和控制中心通信。 这样从过程层到间隔层、从间隔层到变电站层、从变电站到控制中心都是采用IEC61850。 IECTC57无缝通信系统体系协议标准的名称即为“变电站和控制中心 通信协议 61850(Communication Substation Control Center via 61850)”。 当前 ,生产相关产品的国外各大公司都在围绕 IEC61850开展工作，并提出 IEC61850的发展方向是实现“即插即用”，在工业控制通信上最终实现“一个世界、一种技术、一个标准”。 为适应变电站自动化技术的迅速发展， 1995年国际电工委员会第 57技术委员会(IEC TC57)为此成立了 3个工作组 10， 11， 12(WG10/11/12),负责制定 IEC61850标准。 工作组成员分别来自欧洲、北美和亚洲国家 ,他们有电力调度、继电保护、电厂、操作运行 及电力企业的技术背景，其中有些成员参加过北美及欧洲一些标准的制定工作。 3个工作组有明确的分工：第 10工作组负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求；第 11工作组负责站级数据通信总线的定义；第 12工作组负责过程级数据通信协议的定义。 这 3个工作组参考和吸收了已有的许多相关标准，其中主要有： ； ； 第 2 页 (utility munication ),由美国电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系； (manufacture message specification)。 1999年 3月 ,3个工作组提出了 IEC61850委员会草案版本。 IEC61850的国内外发展现状 国外 对 IEC61850标准的应用和研究开始较早 ,相应的示范工程在制定 IEC61850的过程中就开始实施。 美国、德国、荷兰等国都有示范工程 ,用以验证标准 ,通过实践来促进标准的进一步完善。 在德国有一个示范工程 ,参加这个工程 的有 SIEMENS、 ABB、AL2STOM等公司 ,用一个公司的变电站主站和其他公司的 IED相联 ,然后用另一个公司的变电站主站和其他公司的 IED相联 ,示范工程的总结已在 2020年 CIGRE 会议上发表。 国外大公司对 IEC61850的研究 ,在理论上已经成熟 ,并已初步推出支持 IEC 61850的产品。 为了使得 IEC61850国际标准达到互操作性 , IEC TC57专门制定了“ IEC 61850 10 :一致性测试”标准。 要求各个制造厂的设备实现互操作和互联。 事实上尽管 IEC61850要到 2020年才陆续出版完 整 , 但 SIEMENS、 ABB等公司已经推出了 IEC61850的变电站自动化系统的产品。 相对于国外情况 ,国内也有专门的部门在全面跟踪和研究 IEC61850的最新发展动向。 国内许多大的电力企业也在多方调研 ,希望能在将来采用 IEC 61850标准 ,以达到降低系统集成费用和维护成本、充分利用系统资源 ,提高系统可靠性的目的。 中国电力企业联合会于 1999年 11月份成立专门工作组 ,组织了国内大的制造商和研究机构对该标准进行研究和消化 ,到目前为止已经全部翻译完成并列入 2020年电力行业修订计划中 ,2020年将陆续转化为我 国电力行业标准 ,这为该协议在我国大范围的推广应用创造了良好的环境和条件。 IEC61850 协议体系标准实现是未来电力自动化系统的发展方向，国家电力公司已将 IEC61850标准的推广和应用作为近年重大应用项目列入国家电力发展规划中，各省电力公司都加大科研投资力度，预计明年该领域的产品和应用将在国内电力系统全面展开。 IEC61850 协议体系标准实现是数字化变电站系统实现的重要而基本的内容。 数字化变电站在应用实现 IEC61850 协议体系标准中，常规电力自动化系统、常规电力自动化智能设备与 IEC61850 协议体系 的互联与通信转换是不可回避的难 第 3 页 题，也是非常重要的课题。 如： IEC61850 自动化系统与调度、集控站的通信连接，站内直流系统、电度表系统接入 IEC61850 通信体系等问题，本项目的实施，将为解决基于 IEC61850 协议体系实现中面临的此类问题，提供重要的实现手段和方法。 同时为下阶段实现数字化变电站、 IEC61850 协议体系推广应用积累了扎实的技术基础。 数字化变电站应用中面临新老自动化系统交替、互联共存的现实问题，在电力自动化系统基于 IEC61850 通信标准化、通信协议转换方面进行研究和应用，能促进电力自动化 的标准化发展，带来巨大的经济效益。 缓解长期困扰电力自动化系统用户和设备制造商的系统设备联接和系统联网问题。 将来能适应国际电力自动化系统通信技术的发展，及时提高电力自动化系统通信协议体系对 “IEC 61850 标准 ” 的适应性。 “IEC 61850 标准 ” 全面在我国电力行业推广实施会有一个过程，本项目产品必将在由传统通信协议向 “IEC 61850 标准 ” 转化及互联方面发挥巨大作用，可见，本项目产品对促进我国电力自动化系统的通信标准化发展，具有十分重要的意义，为未来全面实现数字化变电站系统的奠定技术基础。 论文主要 研 究 内容 为了实现变电站自动化系统和智能电子装置 IED 的灵活配置 , IEC618506 部分专门规定了变电站配置描述语言 SCL， 规范了配置描述的语法 ， 给出了 SCL 对象模型 ： ； (IED)；。 通过 SCL 语言 ， 可完整描述一个变电站自动 化系统的全部配置信息。 在变电站自动化系统的工程实际中 ， 需要完成的配置任务有 ： (IED)的配置 ； 、主接线和测控点配置。 论文主要分为以下几个方面： IEC61850标准的内容，特色，结构以及在设备 配置文件中的应用。 首先分析 IEC61850标准的具体内容，认识到实现配置的关键在于如何对变电站自动化系统建模，如何对系统相关数据进行正确的描述。 论文的重点工作放在如何建立设备配置文件的研究上。 通过使用 SCL语言来对具体设备进行描述。 分析 SCL语言以及 XML文件的格式。 第 4 页 (Substation configuration description language)是基于 XML的变电站配置描述语言。 它定义了统一的建模方法，对变电站内与配置相关的各种对象的描述方法做出了明确详细的规定。 SCL可以方便 地搭建模型从而描述变电站和站内 IED的配置信息。 设备具有识别 SCL并进行数据生成的能力是符合 IEC61850标准产品的基本形态。 XML(Extensible Markup Language)是可扩展标记语言，它具有可扩展性、灵活性、自描述性三大特点。 IEC61850的配置过程，配置原理以及配置文件应包含的内容。 IEC61850的配置过程实质上 就是一个模型的分析和描述的过程，一个变电站模型应该包含它的电压等级、间隔、 IED、逻辑设备、逻辑节点、逻辑数据，这些都是很有层次的，要给出配置，首先也应该清楚这些的结构层次关系。 配置文件应该包含的内容也就是变电站每一级的具体配置内容。 详细的模型图。 本文将变电站的各个组成部分很有层次的体现在了同一张图表上，清晰地显示了变电站的具体结构和层次关系，使得配置文件的理解和应用变得更为简单。 第 5 页 第 2章 IEC61850的分析 IEC61850的整体结构 IEC61850 主要包括十个 章节，具体内容如表 21 所示。 表 21 IEC61850概述 章 节 内 容 IEC618501 绪论和概述 IEC618502 术语 IEC618503 基本要求 IEC618504 系统和项目管理 IEC618505 对功能和设备模型的通信要求 IEC618506 变电站配置描述语言 IEC6185071 变电站和馈电设备的基本通信结构 — 原理和模型 IEC6185072 变电站和馈电设备的基本通信结构 — 抽象通信服务接口（ ACSI） IEC6185073 变电站和馈电设备的基本通信结构 — 通讯数据分类 IEC6185074 变电站和馈电设备的基本通信结构 — 兼容逻辑节点分类和数据分类 IEC618508 特殊通信服务映射（ SCSM） 映射至 MMS IEC6185091 特殊通信服务映射（ SCSM） 串行单向多支路点对点连接 IEC6185092 特殊通信服务映射（ SCSM） 基于过程总线 IEEE 上的映射 IEC6185010 一致性测试 这 10 个部分主要为要 四个方面：变电站自动化应用 领域的功能模型 (第五部分 )、基于 XML 的变电站配置描述语言 SCL(第六部分 )、变电站数据模型及其服务 (第七部分 )、变电站体系层次之间的映射关系 (第八，第九部分 )。 其中 IEC61850 第六部分规定了变电站自动化系统的配置语言 SCL。 通过该语言，可以描述设备的基本 第 6 页 功能和可访问的基本信息说明。 IEC61850标准按通信体系及设备功能将变电站自动化系统分为 3层：变电站层、间隔层、过程层，如图 21所示。 变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工 作台、远方通信接口等组成；间隔层设备由每个间隔的控制、保护或监视单元组 成 ；过程层设备由远方 I/O、智能传感器和执行器等组成。 变电站各层之间的通信通过各种接口来实现。 过程层一次设备的开关量 I/O、模拟量的采样和控制命令等通过接口 4 和接口 5 与间隔层的保护和控制设备进行通信。 间隔层的保护数据和控制数据等通过接口 1 和接口 6 与变电站层的人机界面和远方通信接口进行通信。 控 制 保 护 控 制保 护功 能 A功 能 B过 程 接 口 传 感 器 执 行 器高 压 设 备远 方 控 制技 术 服 务⑦⑧③ ③远 方 保 护 ② ② 远 方 保 护1 ， 6 1 ， 64 ， 5 4 ， 5变 电 站 层间 隔 层过 程 层 图 21变电站自动化系统逻辑接口 IEC61850的特点 及技术特征 协议分层 IEC 61850 除了将变电站自动化系统 分成变电站层、间隔层、过程层之外 ， 每个物理设备由服务器和应用组成 ， 将服务器 (Server)分层为逻辑设备 (LogicalDevice)、逻辑节点 (Logical Node)、数据对象 (Data Ob2ject)、数据属性 (Data Att ributes) (如图 1所示 )， 物理设备内包含服务器 (Server)和应用。 从应用方面来看服务器包含 第 7 页 通信网络和输入 /输出接口 (I/O)； 由 IEC61850来看 ， 服务器包含逻辑设备 ， 逻辑设备包含逻辑节点 ， 逻辑节点包含数据对象、数据属性 ； 从通信的角度来看 ， 服务器通过子网和站 网相连、每一个 IED既可扮演服务器角色、也可扮演客户的角色。 由于这种分层 ， 就得有相应的抽象服务来实现数据交换 ， 抽象通信服务接口 (ACSI)服务有服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型、和数据集模型 ， 通过服务器目录(Server directory)收集服务器中有多少个逻辑设备名字和文件名字 ， 通过逻辑设备目录 (LD Directo2ry)收集每个逻辑设备中有多少个逻辑节点名字 ， 通过逻辑节点目录 (LN Directory)收集每个逻辑节点中有多少个数据对象名字 ， 通过数据目录 (Data Directory)收集每个数据对象中有多少个数据对象属性名字 ， 通过这样的服务 ， 建立起了完整的分层数据库模型。 通过 Get Data Definition服务中的参数分别读取全部数据对象属性定义、一个数据对象属性定义或受请求功能约束的全部数据对象属性。 这样提供了直接访问现场设备 ， 对各个制造厂的设备用同一种方法进行访问。 这种方法可以用于重构配置 ， 很容易获得新加入的设备的名称 ， 用于管理设备属性。 如变电站至调度所的网络通信协议采用 IEC61850， 则两者之间不存在协议转换的问题 ， 因其体系和分层是一样的。 只是从系统网络和控制中心的角 度来看 ， 应增加变电站这个层次。 应 用 子 程 序应 用应 用 程 序应 用服 务 器子 网站 网公 共网 络内 联 网柜间 隔变 电 站板物 理 点逻 辑设 备逻 辑节 点数 据 属 性数 据 对 象报 告控 制设 置 组实 际 装 置建 模通 信物 理 设 备资 源。