IEC61850在主動配電網中的應用

顧賽婷　季東輝

摘 要：將IEC61850應用于主動配電網中當中，完成配網主站與配電終端、配電終端與配電終端之間的通信，以解決大量終端設備的接入問題，實現終端設備的即插即用。采用信息分層的方法將主動配電網自動化分為3層：主站層、終端層、過程層。分析了IEC61850信息交互，認為通信模型各層級間的信息交互應根據各自特點選用不同的模型。通過分析認為IEC61850的應用能夠提高主動配電網的互操作性。

關鍵詞：主動配電網 IEC61850 通信系統

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0051-02

隨著電力需求不斷增長、傳統化石能源緊缺以及智能電網技術愈發成熟，分布式電源在全球范圍內得到較為廣泛的應用，而未來大面積接入的DG必將對配電網產生深遠的影響。為應對DG出力間歇性、隨機性及其他新形勢的挑戰，學者提出將現有被動配電網改造成為具備主動管理能力的主動配電網。

IEC61850標準為變電站自動化提供了統一的通信模式、高效的建模方法和規范化的配置手段，有效解決了各供應商生產的智能電子設備系統無縫集成與互操作的問題，獲得了廣泛應用。借鑒IEC61850的技術與方法，可以將其引入DOA中規范數據接口和通信方式，解決ADN中大量DG、儲能以及其它配網自動化設備接入問題，大大減小系統維護工作量。文獻[1]則分析對比了變電站自動化中各種不同的通信協議，重點研究了IEC61850標準的核心內容及實現過程，總結了其在建設標準的變電站自動化系統的優勢。

綜上所述，目前已有的學術成果對于IEC61850在主動配電網中的應用的研究還不夠深入，有進一步優化改進的空間。

1 基于IEC61850的主動配電網信息集成結構

IEC61850協議將變電站通信體系劃分為變電站層、間隔層與過程層。借鑒其分層、分布式體系架構和集中控制的主體思想，將主動配電網信息集成結構也分為3個層次：主站層、終端層和過程層。

主站層處于控制中心，是整個ADN信息集成結構的核心大腦。主站層的主要部分即主動配電網能量管理系統（含DSCADA子系統），負責收集終端層的運行信息，并完成各類高級應用和全局優化算法，向終端層下發長時間尺度的全局優化控制命令，從而實現配網監視與控制、故障定位、隔離和恢復供電。

終端層包含了主動配電網內所有具有過程層接口的保護裝置、測控終端，測試終端包括RTU、柱上開關FTU、環網柜FTU、開閉所監控終端DTU、配變檢測終端TTU和MU等。該部分裝置位于配電線路的一次設備上，負責完成ADN能量管理系統遙測、遙信和遙控等測量與控制功能，短路斷路、小電流接地等故障檢測功能，電壓及負荷管理功能及智能充放電功能等。

ADN過程層對IEC61850中對過程層的定義進行了拓展，包括了主動配電網中變電站、線路、儲能、分布式能源電站內的一次設備，主要實現采集、控制等一次設備相關功能。

2 信息模型

對于ADN海量調度運行信息來說，統一的信息模型將能夠賦予各類信息明確的語義、標準的組織封裝方式及數據接口，完成信息的有效集成，為實現配電終端的即插即用及各層級間高效的信息交互掃除障礙。將IEC61850協議應用到ADN信息模型中，需要根據ADN的特點做相應的擴充。

2.1 IEC61850信息建模方法

終端層的IEC61850信息建模的主要對象是智能電子設備IED。IED模型主要由5個層級嵌套而成，如圖1所示。

各層級的概念如下。

（1）數據屬性與數據對象。

IEC61850面向對象的設計思想指出每個對象包含屬性與服務兩要素，數據對象就是用來描述一個對象預設好數據，數據屬性則是一些不可再分的基本數據類型，用來對數據對象進行描述。

（2）邏輯節點。

邏輯節點LN是IED最基礎的具體功能單元，一系列邏輯節點共同工作，負責控制、保護及測量整個變電站，變電站的具體功能及信息模型均由邏輯節點實現。

（3）邏輯設備。

邏輯設備不僅包括數個邏輯節點，還包括至少兩種基本信息：一是描述具體設備自身狀態的信息如銘牌信息、運行狀況及失電警告等；二是各邏輯節點間的通信服務，如GOOSE、采樣值服務等通信服務無法定義在邏輯節點內部。

（4）物理設備。

數個邏輯設備構成物理設備，進而構成一個實際的物理裝置。IED建模方式比邏輯設備更加方便靈活，理論上任何邏輯設備均可封裝至物理設備之中。

2.2 配電自動化終端建模

配電自動化終端用于采集、監控各種實時及準實時消息，是配網中所有遠方監控單元的總稱。根據應用場所及監控對象差異大致分為配電變壓器終端TTU、站所終端DTU和饋線終端FTU。配變終端架設在配變低壓側旁，實現監測變壓器運行參數的功能。站所終端則安裝在配電線路的配電所、開閉所、環網柜、箱式變壓器等地方，負責采集、監控與故障檢測等功能。本文以饋線終端FTU為例，建立配電自動化終端信息模型。

2.3 儲能系統終端建模

儲能系統在主動配電網中具有削峰填谷、平衡DG出力等重要作用，大大提高了配網的DG消納能力。基于IEC61850的儲能系統終端建模將規范信息傳輸格式，提升設備間的互操作性，優化系統控制性能。儲能終端FTU的基本功能需包括開關設備測控、保護、計量、并網運行、交直流轉換監控、環境監測等功能.根據需求分析對各邏輯節點進行了合理的組合與嵌套構成了ADN儲能系統邏輯設備，包括LD1、LD2、LD5、LD6、LD7、LD8和LD9。其中LD1、LD2和LD3與饋線FTU的對應邏輯設備功能一致。

2.4 分布式光伏發電系統終端建模

分布式光伏發電系統的出力與所處環境有很大的關系，具有出力不穩定性的特點。基于此建立的DG信息模型應包括以下功能：光伏系統運行監控、并網運行監控、逆變器監控、隨光監控、環境監測、開關設備監控、計量等功能。

對分布式光伏系統的信息模型進行了建模，包括了LD1、LD7、LD8、LD10、LD11和LD12，也可以根據實際應用需求對模型進行相應的拓展。

3 基于IEC61850的主動配電網信息交互

統一的信息建模為ADN的信息交換創造了有利基礎。過程層采集的各類主動配電網自動化控制所需的原始信息沒有信息模型支撐。終端層根據IEC61850標準，對過程層信息以及終端層各類功能進行標準化信息建模和開發，將信息封裝在IEC61850的IED/LD/LN/DO/DA的分層信息模型當中，并將滿足IEC61850信息模型的信息通過標準接口、協議對外發送。主站層則是基于IEC61968的通用信息模型對ADN量測、全局拓撲和其他輔助類信息進行建模，以滿足信息模型語義的IEC61968消息作為交互格式，實現ADN能量管理系統內各高級應用、優化算法及數據平臺之間或管理系統和其他配電管理業務系統間的信息交互，該交互由IEC61968信息交換總線進行統一路由和管理。

4 結語

將IEC61850引入到主動配電網中當中，以開放式IP網絡為基礎，采用面向對象的建模技術和MMS技術，提高設備之間的互操作性，將對傳統的配網自動化帶來比較深刻的變化，推動傳統配網向主動配電網過渡。

參考文獻

[1] 徐寧.傳統電力規約向IEC 61850轉換的研究[D].華北電力大學（保定），2006.

[2] 陳羽，徐丙垠，范開俊，等.IEC61850在主動配電網中的應用[J].供用電，2015，32（9）：29-33.