基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成模型探討

邱琳

(廣東電網(wǎng)公司中山供電局，廣東 中山 528400)

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和技術(shù)升級改造提供了統(tǒng)一系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了不同廠家或同廠家不同智能IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息的通信共享和互操作功能。參考IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的建模技術(shù)方法，將IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模體系和通訊規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)引入到智能電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過統(tǒng)一集成建模和通訊標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化智能設(shè)備間具有數(shù)據(jù)信息資源共享、互操作、以及即插即用等功能，有效解決電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中大量設(shè)備的有效可靠接入和系統(tǒng)擴(kuò)展問題，就顯得非常有研究意義。

1 IEC61850在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用簡介

在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中，重點(diǎn)闡述了由過程層、間隔層、總站層三層結(jié)構(gòu)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)體系，并通過定義智能IED設(shè)備抽象的類和服務(wù)語言，實(shí)現(xiàn)了不同IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源交互應(yīng)用和實(shí)時(shí)通信的解耦，為不同智能IED設(shè)備間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源通訊共享、互操作性，以及高級應(yīng)用系統(tǒng)間無縫集成提供了重要的技術(shù)支撐。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的核心技術(shù)內(nèi)容主要包括：采用面向服務(wù)對象的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建模技術(shù)，對電網(wǎng)系統(tǒng)中的功能設(shè)備和智能IED設(shè)備進(jìn)行集成建模；為實(shí)現(xiàn)智能IED設(shè)備在應(yīng)用與通信功能方面的分離，采用抽象通信服務(wù)接口直接映射到具體通信協(xié)議棧中，完成數(shù)據(jù)信息資源的實(shí)時(shí)傳輸共享；采用基于擴(kuò)展標(biāo)識語言（XML）電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備配置語言（SCL）對整個(gè)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的電氣設(shè)備和智能IED設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)配置。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中，利用面向服務(wù)對象的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建模技術(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口直接映射的通訊結(jié)構(gòu)，對實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)中智能IED設(shè)備進(jìn)行集成建模是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)裝置的統(tǒng)一集成數(shù)據(jù)建模，是實(shí)現(xiàn)不同智能IED設(shè)備間統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)和接口標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 基于IEC61850的電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成模型結(jié)構(gòu)

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中，對解決不同智能IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的轉(zhuǎn)化共享和互操作問題，是其它通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)無可比擬和替代的，在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用前景。從邏輯組成結(jié)構(gòu)來看，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)可以看作是一個(gè)"大變電站系統(tǒng)"，也就是可以參照IEC61850變電站通信標(biāo)準(zhǔn)的3層結(jié)構(gòu)集成模型，將整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)按照主站層、饋線（環(huán)網(wǎng)）層、終端層（FTU、DTU、TTU）、以及過程層（開關(guān)、TA、TV、以及配電變壓器）4層結(jié)構(gòu)，其具體總體集成建模結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)總體集成模型結(jié)構(gòu)

從圖1可知，主站層相當(dāng)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的變電站層，是整個(gè)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制中心；饋線（環(huán)網(wǎng)）層位于主要負(fù)責(zé)連接電網(wǎng)系統(tǒng)中的整個(gè)饋線或環(huán)網(wǎng)上的所有饋線自動(dòng)化終端，實(shí)現(xiàn)終端層與主站層間數(shù)據(jù)信息的通信轉(zhuǎn)換和控制命令轉(zhuǎn)換；終端層是由按照在電網(wǎng)線路上的智能終端IED設(shè)備組成，主要包括柱上開關(guān)FTU、環(huán)網(wǎng)柜FTU、變配電臺(tái)區(qū)監(jiān)測終端TTU、以及開閉所監(jiān)控終端DTU等智能設(shè)備，等同與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的測控保護(hù)設(shè)備；過程層是整個(gè)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，是具體電氣設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程操作等功能的實(shí)現(xiàn)層，主要包括配電開關(guān)、變壓器、電子式電流互感器TA、電子式電壓互感器TV等。

3 基于IEC61850的電網(wǎng)線路保護(hù)IED信息集成模型

電網(wǎng)線路保護(hù)智能IED設(shè)備主要集成建模功能模塊，與實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)線路保護(hù)為服務(wù)對象，即：IED信息集成模型中，應(yīng)當(dāng)具有保護(hù)、測控、錄波、以及通信等保護(hù)功能。IED設(shè)備數(shù)據(jù)采集功能模塊，主要負(fù)責(zé)對各個(gè)通道中的模擬信號量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后動(dòng)態(tài)掃描電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的遙信狀態(tài)；集成功能模塊在對所采集到的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行FFT邏輯轉(zhuǎn)換運(yùn)算，進(jìn)而獲得電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中各線路模擬量的基波、高次諧波、功率、以及相角等特性數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)饋線監(jiān)測和故障判斷功能模塊提供重要數(shù)據(jù)信息和依據(jù)。根據(jù)電網(wǎng)線路保護(hù)技術(shù)指標(biāo)要求，線路保護(hù)智能IED設(shè)備集成模型應(yīng)配置的功能主要包括:三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、四段式零序方向過流保護(hù)、三相一次重合閘、以及電壓互感器(TV)斷線檢測和故障事件錄波等功能。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向服務(wù)對象的統(tǒng)一集成建模技術(shù)，即定義了基于客戶機(jī)/服務(wù)器的電網(wǎng)四層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集成模型。在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中每個(gè)服務(wù)器(Server)均包含一個(gè)或多個(gè)邏輯功能設(shè)備LD(Logic Device)，同時(shí)每個(gè)邏輯功能設(shè)備LD中又包含一個(gè)或多個(gè)邏輯功能節(jié)點(diǎn)LN(Logic Node)。在邏輯功能節(jié)點(diǎn)LN中，包含電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對象(Data Object)，而這些數(shù)據(jù)對象則是由許多數(shù)據(jù)對象屬性(Data Attributes)共同集合而成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同智能IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸共享和互操作。電網(wǎng)線路保護(hù)IED設(shè)備軟件設(shè)計(jì)，除了要實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)和控制等基本功能外，在模型集成建模過程中，還需要充分考慮和遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中所定義的數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)、設(shè)備模型結(jié)構(gòu)、以及描述數(shù)據(jù)對象的語言方法及面向?qū)ο蠓?wù)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)不同IED設(shè)備間真正具有互操作性與可擴(kuò)展性，提高電網(wǎng)集成自動(dòng)化水平。按IEC61850-7-4定義的邏輯功能節(jié)點(diǎn)集成模型，按照面向?qū)ο蠓謱用枋稣Z言方法對線路過電壓保護(hù)邏輯功能節(jié)點(diǎn)(PTOV)進(jìn)行建模，其具體方法如圖2所示：

圖2 電網(wǎng)線路過電壓保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)集成模型示意圖

結(jié)束語

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一的變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，其也必將成為電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)裝置間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源實(shí)時(shí)共享和互操作無縫通信的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。將IEC61850標(biāo)準(zhǔn)引入到智能電網(wǎng)自動(dòng)化信息集成模型結(jié)構(gòu)體系構(gòu)筑過程中，嚴(yán)格按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的面向?qū)ο蠛头?wù)節(jié)點(diǎn)建模技術(shù)，可以有效提高電網(wǎng)線路保護(hù)智能IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的實(shí)時(shí)共享和互操作能力，進(jìn)而有效推動(dòng)常規(guī)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)向統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的高級智能電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)方向快速建設(shè)發(fā)展。

[1]辛耀中，王永福，任雁銘.中國 IEC 61850研發(fā)及互操作試驗(yàn)情況綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(12)：1-6.

[2]王麗華，江濤，等.基于 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)功能建模分析 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（2）：55-59.

[3]曾奕輝.基于IEC61850的變電站智能監(jiān)測電子設(shè)備模型設(shè)計(jì) [J].電氣時(shí)代，2011，（09）:90-92.