第28卷第2期 电力学报 Vol_28 No.2 Apr.2013 2013年4月 J0I『RNAL OF ELECTRIC POWER 文章编号:1005—6548(2013)02—0143—06 中图分类号:TM71 1 文献标志码:B 学科分类号:47040 基于l EG 61 970和I EC 61 850协调的电网故障 诊断信息模型 邓 飞,王 倩,胡庆有,罗 强 (西南交通大学 电气工程学院,成都610031) Information Model for Power Grid Fault Diagnosis Based on Coordination between IEC 61970 and IEC 61850 DENG Fei,WANG Qian,HId Qing—you,LUO Qiang (School ofElectrical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China) ABSTRACT:To relieve the diiculfy tto obtain complete and standardized information fur power d fault diagnosis applica- 随着智能电网建设的推进,控制中心所能获 取的信息资源越来越丰富,电网的故障诊断方法 可利用的信息源也越来越多fl_31。但是能够顺利运用 各种来源的信息的前提是数据的完备性和互操作 性,所以有必要研究对故障诊断所需的各种信息 tion,the information demand of fault diagnosis is analyzed. Based on he tcoordination between IEC 61970 and IEC 61850,a uniform information model serving fur fault diagnosis applica— tion is desined.The uniform ignformation model is described in niuied modelifng language and its modelng approach refers to ihe common tinformation model in IEC 61970 and the hierarchi- cal model in IEC 61850.The nifuum nforimation model associ. ates the secondary devices wih primary equitpments on the scope of he wholte network.The transformation rules of gener- ating the uniform nforimation model are explored.A feasible SO— lution ur fntegratiion ofall kinds ofinformation required by fault diagnosis is obtained,which is meaningful fur pushing the fault diagnosis into practice. KEY WORDS:electric power information;uniform informa— tionmodel;standardcoordination;ⅢC61970;IEC61850 进行整合的方法。电网故障诊断所需信息种类丰 富,往往遵循不同的标准。随着IEC 61970t41和IEC 61850[ ̄的推广使用,在各种信息逐渐标准化的情 况下,信息整合的核心问题就变成标准之间的协 调、模型转换等问题。 本文根据故障诊断应用的实际信息需求,在 协调IEC 61970和IEC 61850的基础上,建立应用 于故障诊断的统一信息模型,分析建立统一信息 模型的过程和所采取的举措,研究基于CIM模型 和SCL模型到故障诊断统一信息模型的转换规则。 摘要:为解决电网故障诊断难以获得完备信息和标准化信 息的问题,对故障诊断的信息需求进行了分析。在IEC 61970和IEC 61850协调的基础上,设计了应用于故障诊断 的统一信息模型。该信息模型采用统一建模语言描述,建 模方法参考参考IEC 61970的公共信息模型和IEC 61850的 层次模型,在全网范围建立起一次设备与二次装置的关联。 1故障诊断信息的标准化描述 IEC 61970和IEC 61850标准有各自的适用范 围和侧重点,故障诊断作为控制中心的高级应用 所获得的一次元件参数及连接信息通常是按照IEC 61970的CIM模型建模的,而保护动作信息、保护 配置信息、录波信息、开关变位信息等是按照IEC 61850标准建模的。 1.1 IEC 61970的CIM模型对网络拓扑的描述 探索了生成统一信息模型的转换规则。得到了一种整合故 障诊断所需各种信息的可行方案,对推动故障诊断实用化 的进程有积极意义。 关键词:电力信息;统一信息模型;标准协调;IEC 61970; IEC 61850 CIM是一种面向对象的模型,模型中所有的类 按所描述对象的种类划分为若干个包,它使用类、 类之间的关系和类的属性来搭建电网的模型,从 电力学报 第28卷 IEC 61850中的IED概念对应起来,并随之引入 IED层次以下的IEC 61850量测和开关对象。 (3)建立IEC 6 1 850中ProLNode(保护逻辑节 点)类与CIM中ConductingEquipment(导电设备) 类的关联。 (4)建立IEC 6 1 850中ProLNode(保护逻辑节 点)类与CIM中Breaker类的关联。 根据统一信息模型的功能定位,在统一信息模 型中只需要引进IEC 61850中与保护功能相关的逻 辑节点(以P和R开头,图中为PXXX和RXXX) 和与开关、量测逻辑节点(以x和M开头,图中 为XXXX和MXXX),不需要将所有的逻辑节点类 都引进。所以建立了ProLNode(保护逻辑节点) 类来作为与保护相关的逻辑节点的共同超类,建立 了MeaLNode(量测逻辑节点)类来作为引进的开 关、量测逻辑节点的超类。 2.4统一信息模型中保护与一次设备关联方式分析 保护设备与一次设备的关联方式存在两种关联 方式。第一种是在IED层面上Protection Equipment (保护设备)与一次设备的关联(对应于上节的措 施1);第二种是在保护LNode(逻辑节点)层面 上建立了与一次设备的关联(对应于上节的措施 3、4)。前一种关联方式继承于CIM,后一种则是 IEC 61850的关联方式。由于保护配置的复杂性和 故障诊断的信息需求,本文在保护问题上对两种关 联方式都进行了保留。 一次设备和二次设备的关联信息来自于IEC 61 850的SCL文件,所以必须建立第二种关联方式 才能方便地从SCL文件中提取关联信息。又由于 保护配置的复杂性,往往单个一次设备的保护装置 包含多种原理不同的保护功能,即含有多个保护 LNode(逻辑节点),在变电站范围内,可以通过 LNode与一次元件的关联来描述变电站的保护配 置,但如果在全网范围也使用这种小粒度的方式来 描述全网的保护配置,那么描述信息将显得非常冗 杂,不利于故障诊断程序快速的建立和更新其知识 库,所以同时保留了第一种关联方式。在读取SCL 文件形成统一信息模型的过程中,采用第二种关联 方式。在统一信息模型向故障诊断程序提供信息时 以第一种关联方式为主,第二种关联方式为辅,这 样既可以减少保护配置描述的冗杂程度,又可以提 高对保护配置描述的灵活性,尤其是在描述远后备 保护和远方跳闸时非常有用。 建立统一信息模型后,在其基础上构建的故障 诊断架构如图5。 事lED lED1圈 l II 匿 应用于故障诊断的统一信息模型 壁 图5基于统一模型的故障诊断架构 Fig.5 Architecture of fault diagnosis based on unifornl informatiOn model 3 CIM模型和SCL模型到统一信息模型的 转换 3.1转换的总体思路 统一信息模型的特点是一次设备模型基于 CIM,二次设备模型基于IEC 61850,它们的原始 信息来源是控制中心中关于CIM的rdf(资源描述 框架)文件和变电站的SCL文件,而在统一信息 模型中需要建立CIM的一次设备模型与IEC 61850 的二次设备模型的关联。形成统一信息模型的总体 思路如图6所示,先建立SCL模型中一次设备和 CIM中一次设备之间的映射关系,再拆开SCL文 件中二次设备的逻辑节点与一次设备的关联,最后 根据已建立起的映射关系将SCL中二次设备的功 能逻辑节点关联到CIM的一次设备上去,这样就 形成了统一信息模型。本文将这一过程命名为“关 联迁移”,即将SCL模型中二次设备与SCL中一次 设备的关联迁移为SCL模型中二次设备与CIM中 一次设备的关联。 第2期 邓飞等:基于IEC 61970和IEC 61850协调的电网故障诊断信息模型 147 进行“关联迁移”的前提条件是明确CIM和 含有<类名>、<关联方式>两个子元素。 IEC 61850中一次设备类的对应关系[71,两模型中 下面分别解释规则中的名词: 的一次设备成员都能在对方的模型中找到对应的 (1)父元素,对应于IEC 61850中的设备容 类,而且相当一部分是一对一的直接对应。 器,如Substation、VoltageLevel等,在一个父元素 下面有若干<关联迁移>子元素来描述具体的类 关联迁移。父元素有一个屙眭“对应容器”来描述 CIM中与它相对应的设备容器类。 (2)关联迁移,描述该条规则适用于哪两个类 之间的“关联迁移”,具体形式如“SCL: PowerTransformex---CIM:PowerTransformer”。 (3)输入元素,SCL模型中的一次设备类。 图6关联迁移过程 (4)输入元素类名,IEC 61850中的一次设备 Fig.6 Process of relevancy migration 类名。 3.2转换的规则制定 (5)输出元素,CIM模型中与输入元素相映射 统一信息模型使用XML语言来表示。先将rdf 的元素,其类名与输入元素中的类名相对应。 (6)输出元素上层类名,IEC 61970中输出元 格式的CIM文件转换为XML文件,形成统一信息 模型的骨架。在此基础上通过扩展XML文件,进 素类的上一层结构类,例如Bay(间隔)类的上一 行“关联迁移”。 层是VoltageLevel(电压等级)类,而V0hageLeveI “关联迁移”理论上可分为两个步骤,一是建 的上一层是结构是Substation(变电站)类。 立CIM中的一次设备与SCL模型中的一次设备的 (7)<关联逻辑节点>为与输人元素相关联的 映射;二是将SCL模型中一次设备关联的逻辑节 逻辑节点,含有一个属性“关联规则引用”,来描 述逻辑节点与<输出元素>之间的关联方法。 点迁移到CIM模型中的一次设备“名下”。本文在 文献[6】基础上对规则加以改进,制定了“关联迁 (8)关联逻辑节点类名,与输入元素关联的逻 辑节点类名。 移”的规则,使用XML语言来描述: <父元素对应容器> (9)关联逻辑节点关联方式,包括端子关联和 <关联迁移> 设备关联,即逻辑节点既可以通过端子关联到一次 <输入元素> 设备,又可以直接关联到一次设备,采用哪种关联 <类名><,类名> 取决于逻辑节点的类型。 </输入元素> 规则制定完毕后,就可以依据CIM.RDF文件和 <输出元素> SCLXML文件生成统一信息模型的XML文件了。 <类名>CIM类</类名> <上层类名></上层类名> 4结论 </输出元素> 在IEC 61970和IEC 61850协调的基础上,设计 <关联逻辑节点关联规则引用> 了针对故障诊断应用的统一信息模型,为整合故障诊 <类名><,类名> 断所需的各种信息提供了一种可行的解决方案。探索 <关联方式></关联方式> <关联逻辑节点关联规则引用> 了由SCL模型和CIM模型生成故障诊断统一信息模 <类名></类名> 型的转换规则,对实际应用有一定的借鉴意义。 <关联方式></关联方式> 根据实际的电网模型RDF描述和变电站二次 …装置SCL描述,建立起所设计的统一信息模型的 ‘ <关联迁移,> 实例,并在其基础上建立故障诊断系统对算例进行 诊断,据此验证统一信息模型的有效性和合理性, </父元素> 将是下一步的工作。 不同类型的逻辑节点关联规则不一样,此外还 (下转第155页) 第2期 朱云雷:基于移动WEB的小规模快速信息采集系统设计与实现 计算技术,2011(5):131.134. 155 管理端可实时对系统进行管理和监视,同时,PC 和移动设备均可以通过Web系统管理和获取系统 状态。 ZHU Yun-lei,WANG“-fang,JIANG Ze-jun.Design of Mobile Website Based on Web Page Development TechnologyⅡ】.Aeronautical Computing Technique,2011(5):131-134. 8结束语 该快速信息采集方法已经实现并得到初步应 用,运行效果良好,便于陕速建立信息采集系统以 应对小规模的信息采集需要。随着物联网技术以及 WEB技术的不断发展,两者之间将实现无缝连接, 将WEB技术的优势应用与物联网系统管理、控制 和呈现。 [3]岳昆,王晓玲,周傲英.Web服务核心支撑技术:研究综述【J】.软件学 报,2004(3):428-442. 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SU Guang・ning,ZHANG Pei—chao,HU Yan,et a1.A Novel Fault Diag- 收稿日期:2013—01—30 nosis Method based on Information Fusion of Multi—resources for Power 作者简介: 邓飞(1989一),男,硕士研究生,主要研究方向为电力系 Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2012(1):61-65. 【4]International Electicalr Commission.Draft IEC 61970:Energy Management 统故障诊断、电力系统通信,figo4833478@163.com; 王倩(1962-),女,教授,研究方向为智能监控技术,调 度综合自动化、配电网自动化、工业监控技术。 System Application Program InterFace(EMS-API)[S].Switzerland:Inter- national Electrotechnical Commission,2003. [5]International Electrical Commission.Draft IEC 61850:Communication Ne— tworks and systems in Substations【S】.Switzerlnd:Ianternational Elec— (责任编辑:王静)