適用于數字化變電站的電能質量在線監測裝置的開發研究:

1系統設計概述

該文介紹的裝置以TI公司的OMAPL138多核處理器為主控制器，實現電能質量綜合監測分析和基于IEC61850的數字通訊等功能，通訊功能符合新一代數字化變電站IEC61850的技術要求，可以與變電站綜合自動化系統的監控主機連接和通信。

1硬件系統設計

該文介紹的適用于數字化變電站的電能質量監測裝置硬件設計采用OMAPL138多核處理器;OMAPL138屬于一款集ARM9+6000系列DSP與一體的高性能芯片，其時鐘速度可達300MHz。內部集成兩個CPU核：ARM9RISC和DSP6700。其中ARM9是一個32位的RISC處理器，可以進行基本的處理和系統控制功能，使用DSP6700進行數據處理功能。

1.2電能質量數據處理軟件系統設計

DSP/BIOS支持的TIDSP芯片的各種實時操作系統都是以DSP/BIOS作為底層軟件，為嵌入式應用提供基本的運行服務。電能質量監測IED嵌入式軟件總體結構設計。

系統初始化軟件模塊，主要對硬件進行初始化設置，在系統中形成信息模型實體;軟件通信模塊，主要負責與數據分析處理層進行數據通訊，完成數據存儲管理、文件生成、通訊協議處理等任務;通信軟件模塊內有符合IEC61850標準IED的數據模型;滿足裝置與現有基于IEC61850標準的系統兼容要求;數據分析處理軟件模塊主要負責諧波分析、間諧波分析、系統電壓合格率統計分析、瞬時供電斷電統計分析、瞬時沖擊脈沖事件錄波、電壓驟升驟降事件錄波、電壓波形切痕事件、三相不平衡度統計分析、電壓波動與閃變事件統計分析、RMS值突變事件錄波記錄等功能。

1.3系統管理、通訊嵌入式操作系統的設計

系統通訊、管理等采用Linux系統。Linux操作系統以其開源性、穩定性和免費的特點在嵌入式系統中得到廣泛應用。Linux操作系統的軟件層次主要由用戶程序、操作系統服務、內核和硬件控制4個子系統組成。Linux系統平臺的建立主要包括以下四個步驟：

1.3.1BOOTLOADER的移植

在大多數ARM中使用的BOOTLOADER，主要包含U-BOOT、BOOT和LOADER三部分程序組成，主要是為Linux的引導作準備。

1.3.2配置、裁剪和移植Linux內核

根據不同嵌入式應用系統的要求，針對專用的硬件進行相關Linux內核的功能配置、裁剪和移植Linux內核。

1.3.3相關驅動程序開發

在電能質量監測IED中主要的驅動開發有：網絡驅動、串口驅動、USB驅動、鍵盤驅動、液晶屏驅動等。

1.3.4文件系統的建立

在嵌入式系統中通常要使用Flash存儲器來保存程序代碼和數據，如果直接對Flash和SDRAM進行操作的話比較困難，所以解決方法是構造文件系統，使其提供方便、可靠的系統應用。

1.4電能質量IED信息模型

IEC61850標準將整個變電站的物理對象(包括若干一次設備和測量、控制、保護等二次設備)以及通信網絡抽象為相應的邏輯系統，每個邏輯系統中包含一個服務器，一個服務器由一個或多個邏輯設備組成;邏輯設備中的功能模塊分為若干個相關子功能，對應為各種邏輯節點;一個邏輯節點又包含一個或多個數據對象，其中數據對象是公共數據類的對象實例;一個數據對象具有多個數據屬性，數據屬性含有各種數據類型、值和功能約束(FunctionConstraint)等。

4.1邏輯節點

電能質量中使用的邏輯節點類包括：三相電流電壓(MMXU類)，三相電流電壓序分量及不平衡度(MSQI類)，諧波數據(MHAI類)，電壓閃變(MFLK類)，計量邏輯節點(MTR類)，測量邏輯節點(MADV類)，頻率偏差(QFVR類)，暫態電流(QITR類)，電流不平衡(QIUB類)，暫態電壓(QVTR類)，電壓不平衡(QVUB類)，電壓偏差(QVVR類)，擾動記錄(RDRE類)，擾動記錄模擬通道記錄(RADR類)等。

1.4.2邏輯設備

在IEC61850標準中，并沒有明確規定邏輯設備的模型，因此，在考慮電能質量監測終端的邏輯設備建模時有很強的靈活性。根據我們的電能質量監測裝置的實際情況，可以規定，在電能質量監測終端中，一個監測通道就是一個邏輯設備。假設一臺電能質量監測裝置中有3個監測通道：監測線路1、線路2和線路3，對應的邏輯設備分別為PQMR1、PQMR2、PQMR3分，所組成的電能質量設備模型結構。

4.1服務器

通常一個IED建模為一個SERVER類的實例。電能質量IED中，我們可以以一個電能質量監測物理裝置創建為一個服務器對象。

1.5電能質量IED服務建模

服務就是提供交換信息，因此服務模型的基礎是信息模型。IEC61850標準采用兩種服務方式：等對等服務和客戶/服務器方式。IEC618507-2部分定義了抽象通信服務(ACSI)。

在電能質量監IED中，我們通過報告報告服務(URCB)來傳輸實時數據;通過文件傳輸服務來傳送傳故障錄波數據;通過日志服務(LCB)來傳送歷史數據;通過設置組控制(SGCB)來設定值。

1.6配置電能質量IED信息模型的SCL文件

IEC61850-6為變電站智能電子設備的配置規定了一種描述語言，所定義的語言稱為變電站配置描述語言(SCL)。在變電站配置描述語言中，規定了描述通信有關的智能電子設備配置和參數、通信系統配置、開關間隔(功能)結構及它們之間關系的文件格式。在某些適當部分，可能要求特殊通信服務映射SCSM專用擴展或使用規則。在應用層上，也可描述開關間隔拓撲本身以及開關間隔結構與配置在智能電子設備上的變電站自動化功能(邏輯節點)的關系。規定文件格式的主要目的是可以以某種兼容的方式，在不同廠家提供的智能電子設備工程工具和系統工程工具間，交換智能電子設備能力描述和變電站自動化系統描述。

1.7抽象通信服務接口和特定通信服務映射

抽象通信服務接口(ACSI)主要考慮信息交互的問題，它獨立于具體的網絡應用層協議(例如目前采用的MMS)，與采用的網絡(例如現在采用的IP)無關。考慮到TCP/IP、OSI、現場總線等各種各樣的通信系統已經建立起來，IEC61850引入了特殊通信服務映射SCSM。采用該映射模型，可以使數據對象和ACSI服務有很大的靈活性，它的改變不受底下七層協議棧的影響。

IEC61850標準使用ACSI和SCSM技術，解決了標準的穩定性與未來網絡技術發展之間的矛盾，隨著新的網絡技術在變電站自動化系統中的運用，只要對SCSM進行相應的改動，而不需要修改ACSI。

2結束語

修訂的IEC61850第二版標準中已經完全涵蓋了描述電能質量在線監測裝置完整特性的所有標簽，這就為在智能(數字化)變電站站控層將電能質量在線監測作為標準IED來考慮提供了可能，而電能質量在線監測裝置要實現這一點，必須滿足以下要求：

1)按照IEC61850-7標準建立電能質量監測裝置的模型;

2)支持IEC61850-6標準的ICD文件(智能電子設備能力描述文件)的上傳、配置、下裝和解析;

3)支持IEC61850-8-1標準的、基于TCP/IP的MMS(制造報文規范)服務，與管理系統交互數據;

4)支持GOOSE報文，可以實現快速的控制功能;

5)配置冗余的雙路100MRJ-45以太網接口，可與數字化變電站層以IEC61850-8協議交互數據。