IEC61850Ed 2在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用

【摘要】IEC 61850作為最新的變電站通信領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)于2003年起陸續(xù)發(fā)布、修訂以及增改。最初其應(yīng)用于變電站內(nèi)部通信系統(tǒng)，但逐步發(fā)展至其他領(lǐng)域，比如水電站控制系統(tǒng)。本文研究了IEC61850的核心內(nèi)容、其在電力系統(tǒng)不同領(lǐng)域的應(yīng)用以及對(duì)其未來的展望。

【關(guān)鍵詞】IEC 61850；變電站；保護(hù)；協(xié)議；電力系統(tǒng)通信

1、簡(jiǎn)介

現(xiàn)代電力自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)作依賴于可靠、穩(wěn)定的信息交互，包括自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通信以及與其他自動(dòng)化系統(tǒng)的通信。國際電工委員會(huì)制定IEC61850的目的即在于規(guī)范電力自動(dòng)化系統(tǒng)的通信。

IEC61850定義了一系列的抽象通信服務(wù)用于IED、本地人機(jī)接口以及控制中心之間的信息交互。這些服務(wù)需要通過抽象通信服務(wù)接口映射至具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中進(jìn)行通信，IEC61850推薦采用MMS和TCP/IP協(xié)議【1】。

2、IEC 61850在變電站中的應(yīng)用

本節(jié)將基于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的某些典型功能來分析IEC61850的通信服務(wù)，以及如何利用IEC61850的邏輯節(jié)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)對(duì)某個(gè)功能進(jìn)行建模。

2.1斷路器的控制與監(jiān)視

以變電站中的斷路器為例。間隔層IED通過數(shù)字開出連接到開關(guān)線圈，通過數(shù)字開入連接到位置指示。操作命令從站控主機(jī)通過IEC 61850站層總線發(fā)送到間隔層IED。收到操作請(qǐng)求后，判斷聯(lián)鎖條件，間隔層IED激活開關(guān)線圈進(jìn)行相關(guān)操作，通過位置指示判斷操作結(jié)果，最終返回相關(guān)信息給站控主機(jī)【2】。

該功能相關(guān)的IEC 61850數(shù)據(jù)模型如圖1所示。站控主機(jī)通過對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI來操作斷路器的，而邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR用來抽象模型化來自斷路器的信息，邏輯節(jié)點(diǎn)CILO提供關(guān)于開、關(guān)斷路器所需要的聯(lián)鎖信息【3】。

站控主機(jī)發(fā)出對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象“CSWI.Pos.stva”的操作請(qǐng)求后，間隔層將先檢查聯(lián)鎖信息，若聯(lián)鎖信息提示允許動(dòng)作，將激活連接到斷路器開路線圈的輸出。然后，間隔層控制器監(jiān)視斷路器的位置信息。如果操作成功，則向站層控制器發(fā)送一個(gè)命令結(jié)束報(bào)文（CmdTerm）。

另一方面，斷路器的位置變化信息需要及時(shí)上送站控主機(jī)。IEC61850定義了報(bào)告模型以實(shí)現(xiàn)此功能。間隔層IED上一般配置有報(bào)告控制模塊，用于監(jiān)視某數(shù)據(jù)集。例如在我們的例子里面數(shù)據(jù)CSWI.Pos.stVal的值發(fā)生了變化，IED將發(fā)送相關(guān)信息至站控主機(jī)。

2.2電流和電壓的采樣

通過CT和VT對(duì)一次側(cè)電流電壓進(jìn)行采樣后，得到的數(shù)字采樣值需傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)IED，計(jì)算電流、電壓幅值與角度、有功和無功功率等。圖2通過數(shù)據(jù)模型解釋了上述過程。邏輯節(jié)點(diǎn)TCTR和TVTR是單相電流互感器和電壓互感器的抽象模型。邏輯節(jié)點(diǎn)MMXU代表計(jì)算結(jié)果，圖中顯示的是相電壓。IEC61850支持利用通信網(wǎng)絡(luò)直接傳輸來自CT/VT數(shù)字采樣值到間隔層IED。

采樣值的傳輸對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，特別是采樣值用于保護(hù)功能的時(shí)候。IEC 61850-5要求傳輸延時(shí)不能大于3毫秒。另外還規(guī)定采樣值報(bào)文必須傳輸?shù)蕉鄠€(gè)接收端?？蛻?服務(wù)器模型或網(wǎng)絡(luò)7層模型不能達(dá)到以上要求。因此，服務(wù)利用了多播機(jī)制，并映射ASN.1編碼的報(bào)文到以太網(wǎng)，并采用了優(yōu)先級(jí)機(jī)制以保證實(shí)時(shí)性【4】。

3、IEC 61850在變電站外部的應(yīng)用

3.1IEC61850在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用

發(fā)電領(lǐng)域中有三個(gè)方向利用了IEC61850的基本概念來進(jìn)行面向?qū)ο蟮挠蚪！?/p>

IEC 61850-7-410，該標(biāo)準(zhǔn)用于監(jiān)視和控制水力發(fā)電廠的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中定義了電力系統(tǒng)功能的邏輯節(jié)點(diǎn)：各種控制功能，跟發(fā)電機(jī)勵(lì)磁相關(guān)的功能。這些新的邏輯節(jié)點(diǎn)并沒有針對(duì)水力發(fā)電廠，而是面向各種大型發(fā)電廠。

IEC 61850-7-420-分布式電源的通信系統(tǒng)（DER），是用于不同DER設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的信息交互。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)普通DER系統(tǒng)的邏輯節(jié)點(diǎn)以及往復(fù)式動(dòng)力機(jī)（汽輪機(jī)）、燃料電池、光電伏系統(tǒng)或熱電結(jié)合設(shè)備這類DER相關(guān)設(shè)備的模型。

IEC 61400-25系列定義了用于風(fēng)力發(fā)電廠組件與SCADA系統(tǒng)之間通信的邏輯節(jié)點(diǎn)。

3.2IEC61850在廣域通信的應(yīng)用

IEC 61850可應(yīng)用于變電站之間或者變電站與控制中心之間的廣域網(wǎng)通信。

1.保護(hù)功能，如線路電流差動(dòng)保護(hù)、有允許和閉鎖方案的距離保護(hù)、方向和相位比較式保護(hù)、聯(lián)鎖分閘、廣域預(yù)言保護(hù)和變電站完整保護(hù)方案。

2.控制功能，如自動(dòng)重合閘、聯(lián)鎖、交叉觸發(fā)、甩發(fā)電機(jī)或負(fù)荷、失步檢測(cè)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定高壓網(wǎng)絡(luò)。

IEC61850-90-2論述了利用IEC61850實(shí)現(xiàn)變電站與遠(yuǎn)方控制中心或其他電力系統(tǒng)層面的通信。

4、結(jié)論

IEC 61850作為當(dāng)前最為全面、統(tǒng)一的變電站通信領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了越來越廣的應(yīng)用，從變電站內(nèi)部通信領(lǐng)域擴(kuò)展至電力系統(tǒng)中的其它自動(dòng)化領(lǐng)域，如發(fā)電控制系統(tǒng)、廣域通信與保護(hù)等。本文研究了IEC61850在上述領(lǐng)域的應(yīng)用，并重點(diǎn)討論了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊俊偉.IEC61850 通信體系的研究和實(shí)踐[D].北京：華北電力大學(xué)，2005.

[2]薛誠星.電力系統(tǒng)通訊協(xié)議及 IEC61850 體系的研究與應(yīng)用[D].廈門：廈門大學(xué)，2007.

[3]IEC 61850-7-1變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)（S） 第7-1部分：原理和模型.

[4]IEC 61850-7-2變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)（S） 第7-2部分：抽象通信服務(wù)接口.