馈线自动化终端设备的信息模型及接入方法研究

摘要

馈线自动化是配电网自动化的重要组成部分。馈线自动化系统中最常见也是最重要的终端设备——馈线终端设备（FTU），它在馈线自动化中起到了连接一次设备和配电主站数据交换的作用。FTU主要对馈线系统中的断路器、分段开关以及柱上负荷开关进行监视与控制，并给配电主站提供运行和监控所需的数据，执行主站命令及对设备的调节与控制。一般来说，FTU应具有状态监测、故障检测、故障定位、传输数据、控制开关动作的作用。
　　传统的馈线终端接入配电主站是通过与主站配置对应的信息点表，利用101/104通信协议，通过匹配点表的方式实现终端数据的传输。但馈线结构、容量都经常发生变化，此时需要重新对建立好的信息点表进行修改已满足变化后的馈线自动化系统。并且101/104协议不能完全满足配电网自动化终端传输数据类型的要求。随着IEC61850在数字化变电站的广泛应用，它的通信协议和对设备建立的自描述数据模型等技术特性对于馈线终端的接入奠定了基础。
　　本文首先分析了IEC61850通信体系的内涵、面向对象的建模思想，通过对馈线自动化通信和终端接入现状的分析，创建了FTU的功能模型以及各个逻辑节点之间的逻辑关系，实现了终端与过程层、终端与终端、终端与主站之间的信息交互。
　　然后，分析了变电站配置描述语言（SCL）描述的馈线终端SCL模型和配电主站公共信息模型（CIM）之间的差异和关系（本文中统称为SCL模型和CIM模型）。它们无论在数据模型内容和数据模型结构上都不一致，因此，本文采用的方法是分别对馈线终端设备的各个逻辑节点数据模型和配电主站量测包、保护包中的数据模型进行分析、研究，找出两则之间共同需要的数据，通过数据节点映射的方法把配电主站需要的数据从馈线终端的数据模型中转换到配电主站数据模型中。同时量测包和保护包中用于和设备关联的类需要从馈线拓扑结构模型中映射而来。
　　其次，提出了一种馈线自动化终端接入的方法。利用变电站智能电子设备（IED）互换性原理的资源定义机制和资源激励匹配机制，通过GIS系统提供生产资源对象的IP地址，建立需求资源对象和生产资源对象之间的关联关系。GIS系统对配电主站馈线拓扑模型的实时更新，实现设备在系统中的对象化过程，该过程同时为模型转换中量测包、保护包与设备关联的类提供了实例化数据。全过程分为资源对象的确定、资源对象的关联、馈线拓扑模型的建立、资源对象的连接以及数据模型的转换。
　　最后，利用互换性功能组件搭建了馈线终端的接入平台，分别分析了数据模型的读取过程和数据模型的转换过程，验证了本文提出的接入方法的可行性和有效性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 问题的提出和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容与目的

2 基于IEC61850馈线自动化系统的终端建模

2.1IEC61850的数据建模思想

2.2馈线终端FTU的建模

2.3抽象服务接口ACSI

2.4本章小结

3馈线终端模型和配电主站模型的融合方法

3.1SCL模型和CIM模型介绍

3.2馈线终端SCL模型的研究

3.3 配电主站CIM模型的研究

3.4数据模型的融合过程

3.5本章小结

4馈线终端接入过程的分析与实现

4.1馈线终端接入的原理

4.2资源对象间的关联方法

4.3馈线拓扑模型的生成及数据模型的实例化

4.4馈线终端接入过程的实现

4.5本章小结

5馈线终端接入的仿真验证

5.1仿真平台的介绍

5.2馈线终端数据模型接入的验证

5.3数据模型转换的验证

5.4本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录