基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統研究

李廣元 天津凱發電氣股份有限公司

基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統研究

李廣元 天津凱發電氣股份有限公司

針對當前地鐵牽引變電所數字化升級需求，基于IEC61850標準的變電所綜合自動化系統解決方案，結合傳統牽引變電所存在的問題，對牽引變電所現有架構的系統建模原理進行了簡單探討。最后對牽引變電所IED智能電子設備統一集成建模技術進行了詳細分析研究。

數字化牽引變電所 IEC 61850標準 集成建模

隨著計算機技術、電力電子技術、電力通信技術、以及傳感器技術等先進技術的進一步發展，電力系統變電所綜合自動化技術在我國經十余年的發展已達到一個較高的水平，尤其在電網系統技術升級改造與新建工程中，不僅中低壓變電所實現了無人值班，遠程集控功能，同時在220kV及以上的高壓及超高壓變電所系統中也廣泛采用綜合自動化新技術，在很大程度上推動了電網向集成化、網絡化、現代化、智能自動化等方向發展，有效提高了變電所運行安全可靠性和節能經濟性。相比之下，我國地鐵牽引變電所大多仍處于傳統階段，面對電力系統已取得研究成果，牽引變電所的數字化升級具有一定的實用價值和經濟意義。電網調度集成自動化和智能數字化技術的進一步發展，在變電所自動化系統構建過程中，逐步引入了網絡技術、開放協議、智能一次設備、以及統一電力信息接口等標準化、集成化、規范化技術等先進的解決方案。IEC61850可為牽引變電所建立統一的數據集成模型和數據實時通信共享平臺，不僅實現了變電所內一次設備的集成智能化，同時實現了二次設備間的網絡數字化。為了確保牽引變電所綜合自動化統中的智能化二次設備間具有實時通信共享和互操作性，就需要建立基于IEC 61850標準的統一集成系統模型。

1 引言

在IEC61850國際標準頒布以后，變電所綜合自動化系統已成為牽引變電所乃至整個電力系統升級改造研究的重要內容。基于IEC61850標準的變電所綜合自動化系統的建設，能夠很好地解決常規變電所IED設備間不能完全兼容和數據信息不能實時通信互享間的缺陷，能確保變電所綜合自動化系統中的測控、保護、故障錄波等智能IED設備具有良好的實時通信互享功能。因此，結合實際工作經驗，對傳統地鐵牽引變電所綜合自動化系統的升級要點進行研究，具有一定的工程實踐意義。

2 基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統結構

地鐵牽引變電所綜合自動化系統中，由于電力分配調度、運行、控制、保護等所需采集的數字信號和傳輸的命令操作信號較多。常規依靠控制保護電纜作為數據信號傳輸載體，不僅其二次電纜繁多，增加了變電所綜合自動化系統的綜合投資，同時其數據傳輸可靠性和后期檢修維護特性很難滿足現代智能變電所調控需求。基于IEC61850標準的變電所綜合自動化系統，維持了常規變電所綜合自動化系統的三層結構，即過程層、間隔層、站控層三層結構，同時大量引起計算機技術、網絡通信技術、智能斷路器、IED電子設備等，并以IEC61850-8-1和IEC61850-9-2為標準建設站控層與間隔層間的網絡通道和間隔層與過程層間的網絡通道，實現了一次設備智能自動化（如智能斷路器、電子式TA/VT互感器、MU智能終端等）和二次設備集成網絡化（將測控、保護、故障錄波等裝置集成在間隔層中），從而實現了變電站綜合自動化系統的智能自動化、集成網絡化、系統標準化等功能特性，大大簡化變電所自動化系統的測控保護邏輯二次接線結構。

3 基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統建模原理

在地鐵牽引變電所綜合自動化系統中，不同IED智能電子設備通過對應的網絡服務地址與自動化系統的通信網絡進行有機互聯，實現變電所集控中心的集成統一調度管理。每個IED智能電子設備均由一個或多個邏輯集成功能設備（Logic Device，簡稱：LD）共同組成。按照變電所綜合自動化系統中各LD設備在測量、保護、控制等系統中的功能不同，可以劃分為保護LD、測量LD、以及控制LD等多種邏輯集成功能設備，當然也可以將不同功能的LD邏輯設備集成在一個多功能的LD設備中。每個LD邏輯功能設備又是由一個或多個邏輯功能節點（Logic Node，簡稱LN）共同組成。LN邏輯功能節點中主要包含用于數據信息實時通信和與服務功能相關的對應特征數據和服務地址功能組成，用于實現變電所綜合自動化系統中的某些具體功能，即每個LN邏輯功能節點主要由一個或多個數據對象（Data Object，簡稱DO）共同組成。

4 牽引變電所IED智能電子設備集成建模

4.1 IED智能電子設備的功能建模

對于不同廠家或同廠家生產的不同型號IED智能電子設備，IEC 61850標準給予了統一的集成建模規范標準，尤其對IED智能電子設備的通信接口、內容表達、語義描述、交互對象、以及功能模式等給予了詳細的規定，給出了標準統一的通信規約標準，這為數字化智能變電所綜合自動化系統的建設提供了重要的技術支撐。基于IEC61850標準的智能數字化變電所中，將設備功能虛擬映射建模技術利用規范的語言定義和信息格式，直接映射到變電所中的一二次物理設備中，也就是將變電所一二次設備按照應用功能具體劃分為若干功能實體，然后通過對應的虛擬地址編碼，將這些功能實體具體分配到對應的IED智能電子設備中，這樣就完成了不同服務接點間數據信息的標準規約化轉換，實現了不同IED智能電子設備間數據信息的實時共享和互操作。

4.2 IED智能電子設備的抽象通信服務接口

國際電工委員會為了實現不同IED智能電子設備間數據信息的無規約轉換，即實現即插即用功能，提出了利用抽象通信服務接口（ACSI）來統一定義各IED智能電子設備的通信功能接口的數據模型和服務接口。基于IEC61850標準中的變電所綜合自動化系統，按照變電所在實際調度運行過程中功能特性，結合ACSI抽象通信服務接口協議，定義了7種不同的實時數據信息報文規范和模式，也就是變電所綜合自動化系統在實際增加、刪除、修改等過程中，無需變更修改ACSI服務接口相關語言定義，只需修改特定通信服務映射SCSM就能實現，這樣不僅提高了系統運行維護管理的便捷可操作性，同時還大大提高變電所綜合自動化系統的兼容性和可擴展性。

5 結束語

目前，基于IEC61850的智能變電所技術，已在電力系統中得到廣泛的推廣和使用，有效克服了傳統變電所電纜數量較多、數據傳輸干擾較多、操作復雜、變更困難等問題，實現了一鍵式程序化智能自動化操作運行，減輕了變電站運行人員的工作量，有效提高了系統運行可靠性和正確率。經大量工程實踐應用效果表明，基于上述技術的地鐵牽引變電所綜合自動化系統升級后，一、二次設備均能正常穩定運行，減少了繁雜的線纜，達到信息共享化，通信平臺一體化，滿足牽引變電所系統遠程調控運行中心技術功能的要求。

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