IEC61850標準在配電網(wǎng)中的應用

王 志

（山東理工大學電氣與電子工程學院,山東 淄博 255049）

IEC61850標準在配電網(wǎng)中的應用

王 志

（山東理工大學電氣與電子工程學院,山東 淄博 255049）

隨著配電自動化技術的發(fā)展，配電自動化系統(tǒng)對簡化配電終端接入系統(tǒng)通信的調(diào)試和管理工作提出了需求。IEC61850標準作為在變電站中成熟應用的國際通信標準為配電自動化系統(tǒng)內(nèi)終端的互操作提供條件，本文基于分析配電自動化系統(tǒng)的結構，應用IEC61850標準對配電自動化系統(tǒng)功能進行分解，建立配電終端裝置的信息模型，最后分析了配電自動化系統(tǒng)的通信服務模式及映射實現(xiàn)方式。

配電自動化；IEC61850；信息模型

0 引言

由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡分支繁多，配電網(wǎng)需要接入大量的、不同種類的、來自不同廠商的配電自動化終端，這就導致應用中的配電自動化終端具備的功能和定義的數(shù)據(jù)格式不盡相同，不同終端間難以實現(xiàn)信息共享，增加了系統(tǒng)的安裝調(diào)試和管理維護的工作量，制約配電自動化的發(fā)展。

IEC國際電工委員會制定了IEC61850標準，該標準已經(jīng)被廣泛應用于數(shù)字化變電站。隨著IEC61850標準的廣泛和成熟應用，其技術和方法已從變電站推廣至發(fā)電廠、分布式能源、以及配電自動化等領域。IEC61850標準采用的面向對象的統(tǒng)一建模技術，使通信數(shù)據(jù)標準化的同時具有自描述的功能，標準定義了ACSI（抽象通信服務接口），使模型和服務獨立于底層通信協(xié)議，為來自不同廠商裝置數(shù)據(jù)交互、互操作的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

本文在分析配電自動化系統(tǒng)結構的基礎上，應用IEC61850標準對配電自動化系統(tǒng)功能進行分解，建立配電終端裝置的信息模型，并在此基礎上分析了通信服務模式及映射實現(xiàn)方式。

1 配電自動化系統(tǒng)結構

將IEC61850標準信息分層的思想應用至DA系統(tǒng)，與變電站自動化系統(tǒng)的三個層次類似，DA系統(tǒng)層次可劃分為：主站層、子站層、終端層和過程層，同時通信網(wǎng)絡采用分層架構，分為主干網(wǎng)和分支網(wǎng)。

1.1 主站層

主站層作為配電自動化系統(tǒng)的中樞，其位于配電網(wǎng)控制中心，主要實現(xiàn)對配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和管理。

1.2 子站層

配電自動化系統(tǒng)通常都會設有配電子站，子站層就位于安裝配電子站的變電站。子站層主要作用是匯集并向主站轉發(fā)配電終端的數(shù)據(jù)，將主站下發(fā)的控制信息轉發(fā)至相應終端，以及優(yōu)化通信通道的配置。

1.3 終端層

終端層位安裝于配電網(wǎng)線路上的監(jiān)控終端設備，包括FTU（饋線終端）、TTU（配變終端）和DTU（開閉所終端）。

1.4 過程層

過程層包括斷路器、負荷開關、互感器等一次設備及其所屬的智能組件（如電子式互感器合并單元、斷路器智能終端等）。

1.5 通信接口

配電自動化系統(tǒng)中層與層之間通信接口的功能如下：主站層與子站之間包括，主站層接收子站層轉發(fā)的保護數(shù)據(jù)，子站層接收主站層控制數(shù)據(jù)；子站層與終端層之間包括，子站層接收終端層的保護數(shù)據(jù)，終端層接收子站層轉發(fā)的控制數(shù)據(jù)；終端層與過程層之間包括，終端層和過程層之間采樣值交換，終端層和過程層之間控制數(shù)據(jù)交換；終端之間包括保護數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)交換。

2 信息模型

根據(jù)IEC61850標準的分層信息模型，一個IED可封裝多個服務器（Server）對象，一個服務器對象可封裝多個邏輯設備（LD）對象，一個邏輯設備對象可封裝多個邏輯節(jié)點(LN)對象，其中LLN0和LPHD是每個邏輯設備對象必備的邏輯節(jié)點，一個邏輯節(jié)點對象可封裝多個數(shù)據(jù)對象，一個數(shù)據(jù)對象包含多個數(shù)據(jù)屬性。

配電自動化系統(tǒng)（DA）的功能一般可通過配電終端的信息建模實現(xiàn)其功能。本文以FTU為例建立其信息模型，其功能包括：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、短路故障檢測、電池管理等。

FTU信息建模。根據(jù)前述FTU功能的分解，物理裝置FTU可建模為3個邏輯設備，每個邏輯設備都包含LLN0和LPHD。

LD1主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能，包括測量電壓、電流（MMXU），開關控制器（CSWI）控制負荷開關（XSWI），通用輸入輸出（GGIO）等。LD2主要實現(xiàn)短路故障檢測功能，包括過流保護（PIOC）、帶時限過流保護（PTOC）。LD3主要實現(xiàn)電池管理功能，包括電池ZBAT、電池管理ZBTC邏輯節(jié)點。

3 服務映射

當前IEC制定的IEC61850-80-1規(guī)定了ACSI模型映射至IEC60870-5-101/104的方法，實現(xiàn)了IEC61850和IEC60870-5-101/104之間的數(shù)據(jù)轉換。IEC61850-80-1能夠完成完整的數(shù)據(jù)對象模型的映射，但不能很好地支持服務模型的映射，比如Server的GetServerDirectory等偏重信息模型自描述的部分在IEC60870-5-101/104中沒有相應實現(xiàn)。對于這些映射不能實現(xiàn)的部分，可以使用映射至Web Services的方法、文件傳輸方法，或者對IEC60870進行擴展，添加相關應用實現(xiàn)。

通過上述分析比較，配電自動化系統(tǒng)可采用IEC60870-5-104+Web Services的映射實現(xiàn)方式。配電自動化系統(tǒng)通過Web Services獲取終端設備的信息模型，通過IEC60870-5-104獲取實時數(shù)據(jù)。

4 結語

IEC61850標準應用于配電自動化領域還處于初始探索階段。本文在分析配電自動化系統(tǒng)結構的基礎上，應用IEC61850標準對配電自動化系統(tǒng)功能進行分解，建立相關配電終端的信息模型，探討了模型與服務具體映射實現(xiàn)方法，為IEC61850標準擴展應用至配電自動化系統(tǒng)提供一定的參考。

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[2]韓國政,徐丙垠.小電流接地故障選線和定位裝置的IEC61850信息建模[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,35(05)：57-60.

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.141