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摘要：为了解决数字化变电站直流电源系统模型设计问题，研究IEC61850标准的建模技术，对其在直流电源系统设计中的应用进行了简要分析，并建构了直流电源系统模型，测试结果表明IEC61850在变电站直流电源系统模型建构中的应用具有无可比拟的优势，有一定的应用价值。
关键词：IEC61850标准；变电站；直流电源系统；建模
变电站的直流电源系统为变电站中的继电保护、自动装置、事故照明等提供可靠的直流电源，为有关操作提供可靠的操作电源。直流电源系统的可靠与否，直接关系到变电站的安全稳定运行。随着社会经济的快速发展，变电站越来越多，对其直流系统的研究还很少。而信息技术的发展使得变电站的无人值守成为可能，智能化、网络化、数字化的变电站要求有更高可靠性的直流电源系统，必须学会运用新技术，完善直流电源系统，保障变电站的安全、稳定运行。
1 IEC61850概述
IEC61850标准是国际电工委员会于2004年颁布的，是面向对象的变电站自动化系统唯一国际标准。该标准将变电站的通信体系分成变电站层、间隔层和过程层。该通信标准没有停留在通信协议层面上，它对整个变电站自动化系统进行了全面的规范和说明，为实现真正意义上的互操作提供了可能。IEC61850标准在变电站自动化系统设计和建设中的应用有助于提高设备数据集成效果，减少工程量，节约工程建设周期，并提高自动化系统的灵活性。我国应用该标准建设的变电站自动化系统实践证明，其能有效提高变电站的运行效率，节约开发和维护成本，实现真正意义上的互操作。
2 基于IEC61850的变电站直流电源系统建模
2.1 IEC61850信息模型规范
IEC61850采用面向对象的模型设计方法，设计出不同层次的类，建立统一的数字对象信息模型，模型中的数据和服务都是相对应的，数据的交换需要通过与之相对应的功能服务来实现。标准定义了14类ASCI模型，其作用是规范信息模型的功能服务，一个模型由基本信息模型和基本数据模型组成，基本数据模型主要有：服务器、逻辑装置、逻辑节点、数据对象。其中，服务器是所有模型的核心，其他模型均从属于服务器，如：逻辑设备在服务器中。IEC61850将直流电源系统具体化的功能和信息以抽象化的方式来表达，并用语义模型类的功能生成特定的实例，最后将实例以“类”的形式构成信息模型，这也就是我们说的服务器。
2.2 逻辑装置建模
变电站的直流电源系统由蓄电池组、充电装置、放电装置、状态监测装置、输出馈电线路等部分组成，其中，系统状态监测的内容是整个系统的运行状态、电池状态和绝缘状态。IEC61850没有明确规定直流电源系统逻辑装置方面的内容，因而在建模时就可以根据实际情况灵活发挥。我们可以将状态监测装置作为一个逻辑装置，由于其负责的是整个变电站所有装置的状态监测，所以能采集到实时动态的各个设备运行状态信息，故而可以将状态监测装置设计成一个独立的逻辑装置，专门负责服务器与综合自动化系统之间的通信。同理，充电管理、放电管理也可以分别设计成一个逻辑装置，如图1所示为逻辑装置模型。
2.2 逻辑节点和数据对象建模
IEC61850定义了变电站各个功能的逻辑节点，但却没有针对直流电源系统进行功能的逻辑节点描述，这使得实际直流电源系统设计中往往出现找不到标准可依的情况，这个时候就需要对逻辑节点进行相应的扩展。在逻辑节点的扩展中，IEC61850有相应的规定，因此可以参照标准对逻辑节点扩展的规定来扩展逻辑节点、数据对象等。标准中定义的XCBR、ZBAT等模型中有充电管理、蓄电池管理的逻辑节点，如前文的图1所示。
IEC61850是面向对象的模型建构标准，模型中的信息和数据是相对应的，因此，扩展的逻辑节点还要对应的数据对象，数据对象中包含了与其对应逻辑节点的所有信息。数据对象的扩展采用IEC61850-7-3中定义的公用数据类。以充电装置模块为例，其逻辑节点包括：逻辑节点名称、属性名、属性类型、说明、必选项/可选项（M/O）、中文含义等部分。在数字化变电站直流电源系统中，需要在已经涉及好的功能模型上分配和调度监控装置，为保证模型结构的紧凑性和合理性，必须严格按照IEC61850标准的第六部分、第7-3、7-4部分的内容进行模型的建构，保证模型质量，设计高质量变电站直流电源系统，并对系统模型进行测试，实现互操作功能。
2.3 命名空间
命名空间又被称为名称空间，表示的是标识符的可见空间，它标识出了直流电源系统中所有组成部分的语义，只要某个组成部分在命名空间中有唯一的标识符，那么就可以区别来自不同用户的类。IEC61850通信标准引用了命名空间的四种属性：IDNs、InNs、cdcNs和dataNs。
2.4 直流电源系统设计方案
IEC61850标准将变电站的直流电源系统分配到间隔层中，它与监控后台连接起来，为了实现其与综合自动化系统的实现无缝对接，可以分成三个层次：物理层、应用层和传输网络链路层。如图2所示为直流电源系统的设计方案。
根据SCL信息模型创建实时信息数据库，数据库创建标准与IEC61850一致。数据库作为直流电源系统中所有数据的存储中心，是整个系统的核心部分，存储了大量信息，比如说：充电装置、放电装置等通过遥测、遥信获得的信息以数据映射的方式存到数据库中，远方的遥控命令也通过数据库传到相应的控制模块中，执行控制命令。为实现IEC61850标准中所说的ACSI服务，实时信息数据库提供对ASCI接口的访问支持。
为验证设计的直流电源系统模型的紧凑性、科学性，我们在配置好模型的通信参数后，对其进行了通信连接测试，验证数据模型读取、读写和发送等功能。在系统模型取得通信连接后，在直流系统的服务器上可以看到三个逻辑装置，第一个充电模块逻辑装置显示出三个充电实例，在逻辑节点的展示上，发现第一个充电模块的值显示为“T”，这说明该充电模块的通信处于正常状态。通过测试，应用IEC61850通信标准设计出来的变电站直流电源系统结构更加紧凑，功能更多，通过统一通信接口实现与监控后台等变电站内部其他辅助性设备的无缝对接，有利于提高变电站的自动化、智能化、网络化水平，有利于数字化变电站的建设，是当前变电站直流电源系统设计中的主要标准和依据。
结束语
本文简单介绍了IEC61850标准在变电站直流电源系统设计中的应用，对系统模型的建构进行了简要的分析，并对最终建构的模型进行了测试，充分表明应用IEC61850标准进行直流电源系统设计是可行的、可靠性的，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]丁希亮，李建祥，孟祥军，巩方彬.IEC 61850在数字化变电站直流电源系统中的应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（23）：147-152.
[2]李文彭，卢小芬，方瑞明.基于IEC61850的智能变电站一体化电源系统信息建模[J].泉州师范学院学报，2012，30（6）：7-11.
[3]叶千里，左群业.基于IEC 61850的变电站电源系统数据模型测试研究[J].广东电力，2013，26（6）：42-44.
[4]李鹏，王京顺，刘树晓，等.电力电源及蓄电池远程维护系统设计与实践[J].苏州科技学院学报（工程技术版），2008，21（4）：68-70.
关键词：IEC61850标准；变电站；直流电源系统；建模
变电站的直流电源系统为变电站中的继电保护、自动装置、事故照明等提供可靠的直流电源，为有关操作提供可靠的操作电源。直流电源系统的可靠与否，直接关系到变电站的安全稳定运行。随着社会经济的快速发展，变电站越来越多，对其直流系统的研究还很少。而信息技术的发展使得变电站的无人值守成为可能，智能化、网络化、数字化的变电站要求有更高可靠性的直流电源系统，必须学会运用新技术，完善直流电源系统，保障变电站的安全、稳定运行。
1 IEC61850概述
IEC61850标准是国际电工委员会于2004年颁布的，是面向对象的变电站自动化系统唯一国际标准。该标准将变电站的通信体系分成变电站层、间隔层和过程层。该通信标准没有停留在通信协议层面上，它对整个变电站自动化系统进行了全面的规范和说明，为实现真正意义上的互操作提供了可能。IEC61850标准在变电站自动化系统设计和建设中的应用有助于提高设备数据集成效果，减少工程量，节约工程建设周期，并提高自动化系统的灵活性。我国应用该标准建设的变电站自动化系统实践证明，其能有效提高变电站的运行效率，节约开发和维护成本，实现真正意义上的互操作。
2 基于IEC61850的变电站直流电源系统建模
2.1 IEC61850信息模型规范
IEC61850采用面向对象的模型设计方法，设计出不同层次的类，建立统一的数字对象信息模型，模型中的数据和服务都是相对应的，数据的交换需要通过与之相对应的功能服务来实现。标准定义了14类ASCI模型，其作用是规范信息模型的功能服务，一个模型由基本信息模型和基本数据模型组成，基本数据模型主要有：服务器、逻辑装置、逻辑节点、数据对象。其中，服务器是所有模型的核心，其他模型均从属于服务器，如：逻辑设备在服务器中。IEC61850将直流电源系统具体化的功能和信息以抽象化的方式来表达，并用语义模型类的功能生成特定的实例，最后将实例以“类”的形式构成信息模型，这也就是我们说的服务器。
2.2 逻辑装置建模
变电站的直流电源系统由蓄电池组、充电装置、放电装置、状态监测装置、输出馈电线路等部分组成，其中，系统状态监测的内容是整个系统的运行状态、电池状态和绝缘状态。IEC61850没有明确规定直流电源系统逻辑装置方面的内容，因而在建模时就可以根据实际情况灵活发挥。我们可以将状态监测装置作为一个逻辑装置，由于其负责的是整个变电站所有装置的状态监测，所以能采集到实时动态的各个设备运行状态信息，故而可以将状态监测装置设计成一个独立的逻辑装置，专门负责服务器与综合自动化系统之间的通信。同理，充电管理、放电管理也可以分别设计成一个逻辑装置，如图1所示为逻辑装置模型。
2.2 逻辑节点和数据对象建模
IEC61850定义了变电站各个功能的逻辑节点，但却没有针对直流电源系统进行功能的逻辑节点描述，这使得实际直流电源系统设计中往往出现找不到标准可依的情况，这个时候就需要对逻辑节点进行相应的扩展。在逻辑节点的扩展中，IEC61850有相应的规定，因此可以参照标准对逻辑节点扩展的规定来扩展逻辑节点、数据对象等。标准中定义的XCBR、ZBAT等模型中有充电管理、蓄电池管理的逻辑节点，如前文的图1所示。
IEC61850是面向对象的模型建构标准，模型中的信息和数据是相对应的，因此，扩展的逻辑节点还要对应的数据对象，数据对象中包含了与其对应逻辑节点的所有信息。数据对象的扩展采用IEC61850-7-3中定义的公用数据类。以充电装置模块为例，其逻辑节点包括：逻辑节点名称、属性名、属性类型、说明、必选项/可选项（M/O）、中文含义等部分。在数字化变电站直流电源系统中，需要在已经涉及好的功能模型上分配和调度监控装置，为保证模型结构的紧凑性和合理性，必须严格按照IEC61850标准的第六部分、第7-3、7-4部分的内容进行模型的建构，保证模型质量，设计高质量变电站直流电源系统，并对系统模型进行测试，实现互操作功能。
2.3 命名空间
命名空间又被称为名称空间，表示的是标识符的可见空间，它标识出了直流电源系统中所有组成部分的语义，只要某个组成部分在命名空间中有唯一的标识符，那么就可以区别来自不同用户的类。IEC61850通信标准引用了命名空间的四种属性：IDNs、InNs、cdcNs和dataNs。
2.4 直流电源系统设计方案
IEC61850标准将变电站的直流电源系统分配到间隔层中，它与监控后台连接起来，为了实现其与综合自动化系统的实现无缝对接，可以分成三个层次：物理层、应用层和传输网络链路层。如图2所示为直流电源系统的设计方案。
根据SCL信息模型创建实时信息数据库，数据库创建标准与IEC61850一致。数据库作为直流电源系统中所有数据的存储中心，是整个系统的核心部分，存储了大量信息，比如说：充电装置、放电装置等通过遥测、遥信获得的信息以数据映射的方式存到数据库中，远方的遥控命令也通过数据库传到相应的控制模块中，执行控制命令。为实现IEC61850标准中所说的ACSI服务，实时信息数据库提供对ASCI接口的访问支持。
为验证设计的直流电源系统模型的紧凑性、科学性，我们在配置好模型的通信参数后，对其进行了通信连接测试，验证数据模型读取、读写和发送等功能。在系统模型取得通信连接后，在直流系统的服务器上可以看到三个逻辑装置，第一个充电模块逻辑装置显示出三个充电实例，在逻辑节点的展示上，发现第一个充电模块的值显示为“T”，这说明该充电模块的通信处于正常状态。通过测试，应用IEC61850通信标准设计出来的变电站直流电源系统结构更加紧凑，功能更多，通过统一通信接口实现与监控后台等变电站内部其他辅助性设备的无缝对接，有利于提高变电站的自动化、智能化、网络化水平，有利于数字化变电站的建设，是当前变电站直流电源系统设计中的主要标准和依据。
结束语
本文简单介绍了IEC61850标准在变电站直流电源系统设计中的应用，对系统模型的建构进行了简要的分析，并对最终建构的模型进行了测试，充分表明应用IEC61850标准进行直流电源系统设计是可行的、可靠性的，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]丁希亮，李建祥，孟祥军，巩方彬.IEC 61850在数字化变电站直流电源系统中的应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（23）：147-152.
[2]李文彭，卢小芬，方瑞明.基于IEC61850的智能变电站一体化电源系统信息建模[J].泉州师范学院学报，2012，30（6）：7-11.
[3]叶千里，左群业.基于IEC 61850的变电站电源系统数据模型测试研究[J].广东电力，2013，26（6）：42-44.
[4]李鹏，王京顺，刘树晓，等.电力电源及蓄电池远程维护系统设计与实践[J].苏州科技学院学报（工程技术版），2008，21（4）：68-70.