基于IEC61850的分布式能源通信模型介紹

張鐘平，徐荻森，倪 泓

（1.華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江省蓄能與建筑節能技術重點實驗室，浙江 杭州 310000；3.浙江廣豐電源設備有限公司，浙江 杭州 310000）

近幾年，在國家的大力支持下，分布式能源如雨后春筍般在全國各地興起，在其帶來一定發展機遇的同時也給傳統配電網系統帶來了嚴峻的考驗，例如改變了配電網的電壓水平，提高了配電網的短路容量，使得繼電保護配置更加復雜，影響供電可靠性等。傳統配電網系統用的通信方式大多采用modbus協議，鑒于傳輸介質和協議的局限性，導致數據傳輸速度相對比較慢，往往需要幾秒傳輸時間。本論文介紹IEC61850通信標準在分布式領域的應用及相應的數據模型研究，應用該標準可以使分布式能源系統的數據傳輸效率大大提高，從而使得系統網絡的通信效率、執行效率大大提高，數據傳輸達ms級，網絡安全性、可靠性也隨之大幅度提高。

1 IEC61850標準簡介

IEC61850系列標準是國際電工委員會提出的一種應用于電力系統中的公共通信標準，是目前數字化變電站主流的通信協議。它將不同類型的設備有效集成到系統中，IEC61850為數字化變電站的自動化系統制定了全面和系統的規范，IEC61850第二版已將應用領域擴展到變電站外，比如燃氣分布式能源系統和可再生能源，對整個電力系統的建設與發展起到了重要的推進作用。IEC61850標準內容如圖1所示。

2 分布式能源IEC61850通信

分布式能源系統每個設備和系統的通信協議都沒有統一的標準，常見的有TCP、Modbus、CDT等協議。IEC61850標準在一開始制定時，就考慮到未來IEC61850的擴展應用，IEC61850第7～420中定義了分布式能源（太陽能發電模型等DER）、應用于分布式能源的信息交換的DL/T860信息模型。分布式能源由分散發電設備和分散儲能設備組成，包括往復式發動機、燃料電池、微渦輪機、光伏設備、熱電聯產設備和儲能設備。

圖1 IEC61850標準的內容

圖2 基于IEC61850通信的微網通信結構示意圖

2.1 分布式能源通信結構

目前的微網系統底層設備制造廠家眾多，導致底層設備通信接口與通信規約不統一。微網能源管理系統按設備功能分層，可以分為3層，即微網設備層、協議轉換層、微網管理層。基于IEC61850通信的微網通信結構如圖2所示。

微網設備層主要包括光伏陣列、風電機組、內燃機、柴油機、燃料電池組、儲能電池組等能源設備以及與其相配套的整流器、逆變器、DER控制器和通信管理機等設備。

協議轉換層主要包括協議轉換器、網絡交換機等設備。微網管理層包括操作員站、工程師站等設備。

2.2 分布式能源IEC61850建模方法

采用IEC61850提供的數據模型和邏輯節點可完成對分布式能源中關鍵設備的信息建模。下面，以DER單元控制器為例說明。DER單元控制器邏輯設備模型如圖3所示。

圖3 DER單元控制器邏輯設備建模

如圖3所示，LLN0包含IED的相關信息、控制IED自檢，LPHD為物理裝置的公共信息模塊，MMXU為測量邏輯節點，CSWI為開關控制器邏輯節點。

2.2.1 燃料電池發電系統模型研究

根據燃料電池的運行特點和要求，其通信的信息模型包含7個邏輯設備，其中包括物理量測量邏輯設備、燃料電池系統邏輯設備、電氣連接點邏輯設備、電池發電邏輯設備、交直流轉換器邏輯設備、單元控制器邏輯設備和電池保護邏輯設備。發電系統邏輯設備模型如圖4所示。

圖4 燃料電池發電系統邏輯設備建模

邏輯設備包含了多個邏輯節點，如圖5所示。

2.2.2 微網管理系統模型研究

IEC61850通信標準應用于分布式能源系統中，其DER控制器和微網能量管理系統一般采用GOOSE報文通信。

通過微網能源管理系統與DER單元控制器的信息迅速交互，可以使得整個系統在末端負荷出現非正常情況下迅速提出相應的控制策略。微網能量管理系統與DER控制器GOOSE信息交互如圖7所示。

圖5 燃料電池發電系統邏輯節點分布圖

圖6 微網能量管理系統與DER控制器信息交互

圖7 微網能量管理系統與控制器GOOSE通信

3 結束語

目前，IEC61850標準在國內分布式能源領域的應用還處于研究探索階段，雖然IEC61850標準里面已經對分布式能源有了具體的定義，但底層的設備還無法統一實現IEC61850通信。本文基于IEC61850進行分布式能源的通信模型及技術研究，可以實現微網底層設備的通信協議的統一，全站達到真正的IEC61850水平，這是未來分布式能源的發展方向。

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