IEC61850在電力系統(tǒng)的應用

1、IEC61850在電力系統(tǒng)中的應用摘要：在變電站自動化技術近20年的發(fā)展過程中，隨著智能電子設備的普及，形成許多單項自動化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)問相對獨立，沒有直接的電氣聯(lián)系，通常由電力企業(yè)不同部門來管理、維護。由于種類繁多，提供的接口和功能各不相同，設備問不能夠共享信息，形成“自動化孤島”問題，不僅增加成本，也影響系統(tǒng)的可靠性，增加用戶的維護工作量。目前各種各樣的集成方案都不能提供高層次的信息共享。在這樣的背景下，國際電工委員會提出了IEC61850標準。這是一個基于網(wǎng)絡的通信體系標準，包括面向對象、通信網(wǎng)絡、接口和映射、系統(tǒng)和管理項目等多方面的內容。關鍵詞：變電站自動化系統(tǒng)；IEC61850;互操

2、作性；統(tǒng)一建模；通信模式1.概述隨著現(xiàn)代電網(wǎng)結構日趨復雜，電網(wǎng)容量不斷擴大，實時信息傳送量成倍整多，對調度自動化系統(tǒng)和廠站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信提出了更高的要求。電力系統(tǒng)的傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡的標準化，是實現(xiàn)可靠快速通信的保證。目前變電站自動化系統(tǒng)通信規(guī)約的情況是：一個普通的變電站使用的產(chǎn)品可能是南瑞、東方電子、許繼、四方、ABB、GE;采用的規(guī)約可能是CDT、60870-5-101、102、103、104、Tase2幾乎每個產(chǎn)品供給商都具有一套自己的標準，整個電網(wǎng)里運行的規(guī)約就可能到達上白種。不同廠家的設備不能兼容，需要進行協(xié)議轉換，增加了工程和培訓費用，影響了電力系統(tǒng)綜合自動化的發(fā)展1。200

3、2年通過的IEC61850變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)的國際標準草案，IEC61850通信協(xié)議對變電站自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模，采用面向對象技術和獨立于網(wǎng)絡結構的抽象通信服務接口（ACSI）,并支持TCP/IP協(xié)議，是一個開放的、面向未來的新一代變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議。為在各種自動化系統(tǒng)內部準確、快速地收集、處理并傳送從發(fā)電廠、變電站到最終用戶接口的各種實時信息，提供了一種解決方案。2.IEC61850標準IEC61850將變電站通信體系分為3層，如圖1所示：變電站層，間隔層和過程層。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡采用抽象通信服務接口ACSI映射到制造報文標準MMS和基丁以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)的TCP/

4、IP協(xié)議。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡采用多點傳輸?shù)膯蜗騻鬏斠蕴W(wǎng)結圖1基丁IEC61850的變電站自動化系統(tǒng)結構構。所有站內具有通信能力的自動化設備均被看做IED。IEC61850標準中，變電站內的IED實現(xiàn)測控，保護等功能采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過網(wǎng)絡進行信息交換。IEC61850通信協(xié)議對變電站自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模，IEC61850提供了80多種邏輯節(jié)點名代碼和350多種數(shù)據(jù)對象代碼，23個公共數(shù)據(jù)類CDC，涵蓋了變電站所有功能和數(shù)據(jù)對象，提供了擴展新的邏輯節(jié)點的方法。采用面向對象自我描述方法。采用獨立丁網(wǎng)絡結構的抽象通信服務接口ACSI，并支持TCP/IP協(xié)議，是一個開放的，面向未來

5、的新一代變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議2?；EC61850的設備建模方法為了到達通信的要求，IEC61850提供了建立通信數(shù)據(jù)模型的方法。從變電站的角度出發(fā)，可以將每個間隔單元看作一個整體進行建模3,也可以將每一臺物理裝置作為一個整體建模，從規(guī)約的實施方自動化設備生產(chǎn)廠家的角度看，后者更為直觀，更容易將模型與實際裝置結合起來。每個實際裝置實際就是一個IED,IED中的每一種功能如保護功能和各種輔助功能可以定義為邏輯節(jié)點的一個實例，考慮IED實現(xiàn)的功能，一個IED中一般集成有多個邏輯節(jié)點。所有邏輯節(jié)點的集合再加上輔助服務就構成了邏輯設備logicaldevice。則每一個IED均由服務器和應用組成

6、，將服務器Server分層為邏輯設備LogicalDevice，邏輯節(jié)點LogicalNode，數(shù)據(jù)對Q0T1T2象DataObject，數(shù)據(jù)屆性DataAttributes。在實際設備中，服務器就是物理裝置的通信接口，有相應的通信地址?，F(xiàn)場設備如斷路器，電壓互感器，電流互感器的描述性信息就存貯在相應的邏輯節(jié)點的屆性數(shù)據(jù)中，即IED的信息模型中，站內其他裝置或監(jiān)控中心需要訪問這些數(shù)據(jù)。圖2某線路保護及測量IED信息模型以被保護線路的一整套保護及自動重合閘裝置為例，每一套裝置就是邏輯設備的一個實例。線路保護裝置的所有功能和數(shù)據(jù)可通過服務器提供和訪問4。圖2中所示變電站的高壓設備斷路器Q0,電流互

7、感器T1,電壓互感器T2。圖中給出了此間隔內的兩臺變電站自動化設備IED1和IED2。IED1為此出線的線路保護及重合閘裝置，IED2為一臺PC機。斷路器Q0,電壓互感器T1,電流互感器T2分別采用邏輯節(jié)點XCBR,TCTR,TVTR構建，則關丁這些設備的信息便可與其它保護信息一樣由外部訪問。IED1中包括8個邏輯節(jié)點，分別為XCBR,TCTR,TVTR,PTRC,PDIS,RREC,MMTR,MMXU，例如IED1中只包括了一種保護功能距離保護，而實際中一條出線配有多套保護，只需定義不同功能的保護的邏輯節(jié)點，并加入IED1的信息模型中即可。IED2中包括2個邏輯節(jié)點，為IHMI和IARC,實

8、現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示等人機交互和文檔操作。各邏輯節(jié)點的信息描述詳見IEC61850規(guī)約，此處不再贅述。IED與現(xiàn)場設備之間的連接由虛線表示，細實線代表各邏輯節(jié)點之間的邏輯連接，說明相連的邏輯節(jié)點之間有信息交換，粗實線給出了IED1和IED2之間的物理連接，此處，IED1,IED2通過LAN連接，不同IED中的邏輯節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換實際是通過LAN實現(xiàn)的，如圖中邏輯節(jié)點IARC與MMTR之間。3. 基丁IEC61850的變電站通信模式56變電站內各IED通過局域網(wǎng)互連在一起。根據(jù)IEC61850標準，他們之間的通信可以劃分為兩組：采用客戶/服務器模式，用丁交換控制信息或讀取數(shù)據(jù)，或利用GSE變電站通用

9、事件服務以1:1或1:N的模式通信?？蛻?服務器模式，客戶提出服務請求，從執(zhí)行該服務的服務器收到確認或響應?？蛻粢部梢允盏絹碜苑掌鞯膱蟾嬷甘綬eportindications。每個IED既可作為客戶，乂可作為服務器，如圖3所示。后者采用組播圖3物理設備客戶/服務器角色示意圖的方式，可以實現(xiàn)保護IED之間，或一個IED與多個遠方IED之間高速、穩(wěn)定的通信。上述兩組通信模式均采用與網(wǎng)絡獨立的抽象通信服務接口ACSI，它獨立丁具體的網(wǎng)絡應用層協(xié)議，和采用的網(wǎng)絡無關，可以通過特殊通信服務映射specificcommunicationservicemapping的方法映射到不同的通信協(xié)議和通信網(wǎng)絡，靈

10、活性很高。電力系統(tǒng)生產(chǎn)復雜，信息傳輸和響應時間要求不同，在變電站的過程內可能采用不同類型的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡技術的更新速度很快，采用抽象通信服務接口就很容易適應這種變化，只要改變相應的特定通信服務映射SCSM即可。如圖4中應用過程和抽象通信服務接口是一樣的，不同的網(wǎng)絡應用層協(xié)議和通信棧與不同的SCSM1SCSMn相對應7。理論上你可以將ACSI映射到任何規(guī)約，但是如果試圖將其映射到一個只提供對簡單變量讀，寫，報表服務的規(guī)約，將是一項非常復雜和繁重的工作。IEC61850中定義了ACSI到MMS制造報文標準的映射。MMS是由ISOTC184開發(fā)和維護的網(wǎng)絡環(huán)境下電腦或IED之間交換實時數(shù)據(jù)和監(jiān)控信息的一

11、套獨立的國際標準報文標準，也是目前唯一可以很方便的支持IEC61850的復雜的命名和服務的協(xié)議。信息模型和ACSI服務被映射到MMS中，然后根據(jù)采用的網(wǎng)絡添加上相應的低層協(xié)議的控制和地址信息，如TCP頭信息和IP頭信息。接收報文的IED能夠根據(jù)標志，長度，名稱和其他數(shù)據(jù)解釋所收到的信息。當然這一解釋需要通信雙方采用相同的通信?；騾f(xié)議子集?？刂浦行呐c變電站之間可以通過網(wǎng)關相連實現(xiàn)通信。可通過以下幾種可選方式訪問變電站數(shù)據(jù)：由網(wǎng)關/代理提供對變電站內物理設備的直接訪問；在網(wǎng)關/代理內定義的邏輯設備中設定數(shù)據(jù)集收集控制中心所需數(shù)據(jù)；定義新的邏輯節(jié)點類和數(shù)/代理和變電站內其他設備同等據(jù)類用丁網(wǎng)關/代理

12、內，為控制中心提供變電站數(shù)據(jù)的鏡像。從維護角度看，方式最為有利。方式，相比，方式中，由丁將網(wǎng)關對待，采用相同的建模的概念和方法，從建模角度看，方式更為有利。采用后兩種方法，可以根據(jù)控制中心的需要，對變電站數(shù)據(jù)進行過濾，訪問更加靈活。而控制中心和網(wǎng)關/代理及變電站物理設備之間的通信的具體實現(xiàn)與站內各IED之間通信采用相同的方法，采用ACSI映射至具體的網(wǎng)絡應用層協(xié)議實現(xiàn)。4. 結語本文重點從設備建模和通信模式兩個方面闡述了IEC61850在電力系統(tǒng)中的應用。舉例說明了IEC61850中定義的建模方法與實際設備及功能如何對應，并對規(guī)約中定義的站內設備之間及變電站與控制中心之間的通信方法進行了歸納。

13、為IEC61850標準在變電站自動化系統(tǒng)中的應用提供了參考。1 參考文獻茹鋒，夏成軍，許揚，“IEC61850標準在變電站自動化系統(tǒng)中的應用探討，”江蘇電機工程，2 Vol.233，2004:8-12高湛軍，潘貞存，卞鵬，黃德斌，唐毅，“基于IEC61850標準的微機保護數(shù)據(jù)通信模型，”電力系統(tǒng)自動化，Vol。27(18),2003:4346。3 章堅民，朱炳鈴，趙舫，蔡永梁，“基于IEC61850的變電站子站系統(tǒng)建模與實現(xiàn)，”電力系統(tǒng)自動化，Vol.28(21),2004:43-48.4 OttoPreiss,AlainWegmann,"TowardsaCompositionModelProblemBasedonIEC61850,"TheJournalofSystemsandSoftware,Vol.65/3,ElsevierScience,2003,pp.227-236IEC61850:Commu