IEC61850远动模型-设备

基于IEC 61850的FTU远动信息模型和映射

刘凌

（山东职业学院，山东省济南市250104）

摘要：将IEC 61850的应用推广至配网自动化领域，为FTU建立了信息模型和远动模型。对FTU的远动信息包括遥测、遥信、遥控进行了分类汇总，并参照IEC 61850-80-1将IEC 61850的信息模型映射到IEC 60870-5-101/104远动规约，完成了FTU与配网主站的信息传输。通过对IEC 60870-5-101/104进行扩展，增加了用于完成IEC 61850信息交换服务的类型标识，实现了配网主站与FTU的无缝通信。通过试验系统验证了信息模型和映射的有效性。

关键词：智能配电网；配网自动化；远动模型；IEC 61850；IEC 60870-5

中图分类号：TM 76 文献标志码：A

0 引言

《IEC 61850变电站通信网络和系统》是由国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的，世界上第一个基于通用网络通信平台的变电站自动化系统信息模型和信息交换模型的全球性标准，实现了变电站内部不同智能设备之间的互操作[1]。IEC 60870-5-101/104是目前变电站和控制中心之间的广泛使用远动通信规约[2][3]。为了解决两种标准之间的相互映射问题，国内外专家进行了不少有益的探索和实践[4][5]。IEC制定了IEC 61850-80-1技术规范[6]，用于指导和规范两种标准之间的规约转换，随着IEC 61850技术的逐渐成熟和广泛应用，其技术和方法逐渐推广至变电站自动化以外的其它应用领域[7][8]。

在配网自动化系统中，主站需要接入大量的来自不同生产厂家的配电终端设备，接入和维护的工作量都十分大[9]。将IEC 61850引入到配网自动化领域，采用统一的模型、统一的接口，实现主站与配电终端、不同配电终端之间的互操作，从而解决大量配电终端的有效接入问题，减少维护工作量的[10]。

参照变电站自动化领域的应用，FTU内部采用IEC 61850标准和模型，FTU与主站的通信使用IEC 60870-5-101/104，规约转换参照IEC 61850-80-1标准，这是目前实现配电终端即插即用的一种比较可行的方式。

1 FTU与配网主站的通信

配电自动化终端是用于配电网的各种远方监测、控制的智能设备单元，简称配电终端，包括FTU （Feeder Terminal Unit，馈线终端单元）、DTU （Distribution terminal Unit，配电终端单元）、TTU （Transformer terminal unit，配电变压器远方终端）等。本文主要以FTU为例，介绍IEC 61850信息模型向IEC 60870-5-101/104的映射过程，DTU和TTU 也可以参照使用。

目前IEC 60870-5-101/104广泛应用于配网自动化主站与FTU的通信，如图1中，FTU1采用IEC 60870-5-101，FTU2采用IEC 60870-5-104。将IEC 61850引入到配网自动化后，FTU与配网主站的通信方式如图1所示。

配网主站

FTU1

IEC 60870-5-101

FTU2

IEC 60870-5-104

IEC 61850 Client

101/104 Wraper

FTU4

IEC 61850 Model

FTU3

IEC 60870-5-104

IEC 61850 Server 串口<—>网口MMS

可选设备

图 1 配网主站与FTU的通信

Fig.1 Communication between master and FTU

图1中，将FTU与主站的通信分为四种方式，分别以FTU1、FTU2、FT3、FTU4为代表。

1）FTU1采用IEC 60870-5-101与主站进行通信。此类FTU只提供串行通信接口，可以直接接入串行数据通道，如果采用网络通道，需要增加一个外加串口--网口转换设备，如MOXA的NPort5110等，将串口设备连接到网络通道。

2）FTU2提供网络接口，采用IEC 60870-5-104，接入网络通道，与主站进行通信。

3）FTU3采用IEC 61850的模型，使用IEC 61850-80-1映射到IEC 60870-5-104，通过网络通道与主站通信。

4）FTU4采用IEC 61850的模型和MMS （Manufacturing Message Specification ，制造业报文规范），使用网络通道与主站通信。

FTU4采用的通信方式是IEC 61850推荐的方式，在变电站自动化领域已有广泛的应用。FTU3采用的通信方式是一种过渡形式，使用IEC 61850的模型，映射到IEC 60870-5-101/104规约，比较容易实现，本文将重点讨论这种方式。

2 远动信息模型

2.1 FTU 的模型

柱上开关位于10kV 配电网架空线路上，起着分段、分支、联络的作用。柱上开关的FTU 对柱上开关进行监测、控制，监测一路开关信息，比较简单。柱上开关的信息模型如图2所示。环网柜FTU 要监测3~5路开关，可以参照柱上FTU 的模型进行扩展。

出线开关

柱上开关

柱上开关

LD1 （测控）LLN0CSWI MMXU MHAI

MSQI

LPDH ZBTC

ZBAT

LD2 （保护）LLN0

LPDH RDIR PIOC

PTOC

PSDE

IED-Pole FTU

LD3 （电源）

LLN0LPDH MMTR GGIO

图 2 FTU 信息模型

Fig.2 Information model of FTU

图2中，使用IEC 61850的技术和方法，对FTU 进行了建模，将FTU 分为三个LD （Logical Device ，逻辑设备）。

1）LD1完成测量和控制功能，包括开关控制器CSWI 、测量MMXU 、计量MMTR 、谐波和间

谐波MHAI 、相序和不平衡MSQI 、通用过程 I/O GGIO 等逻辑节点。

2）LD2完成相关的保护功能，包括时限过电流PTOC 、小电流接地PSDE ，故障方向RDIR 等逻辑节点。

3）LD3为电源管理模块，包括电池管理ZBAT 、充电管理ZBTC 逻辑节点。 2.2 IEC 60870-5-101/104简介

IEC TC57为变电站和调度中心之间传输远动信息制定了IEC 60870-5系列国际标准。IEC 60870-5-101（基本远动任务的配套标准）规定了主站和子站（远动终端）间以问答方式进行数据传输的报文格式，适用于具有串行数据传输的远动设备和系统。IEC 60870-5-104是将IEC 60870-5-101的报文利用TCP/IP 网络进行传输。目前 IEC 60870-5-101/104在变电站与调度自动化主站、配电终端与配网自动化主站之间的通信中都有广泛的应用。

IEC 60870-5-101/104应用层每次传送一个远动数据单元（Application Service Data Unit ，ASDU ），格式如图3所示。

ASDU

ASDU 的域

类型标识（ti ）可变结构限定词

数据单元类型

数据单元标识

传送原因公共地址（CASDU ）信息对象地址（IOA ）

信息对象元素信息对象时标

信息对象

图 3 ASDU 格式

Fig.3 Structure of ASDU

2.3 远动模型的映射

为了规范IEC 61850和IEC 60870-5-101/104之间的转换，IEC 制定了信息交换的导则IEC 61850-80-1。IEC 61850-80-1中详细定义了IEC 61850的信息模型向IEC 60870-5-101/104的映射的方法和采用的数据类型。信息对象采用面向对象的数据描述方法，遵循统一的数据命名规范，使用SCL （Substation Configuration Language ，变电站配置描述语言）进行描述。映射的框架描述见图4。