IEC 61850規(guī)約在智能站中的應(yīng)用及配置介紹

何吉翔（昆明供電局，云南昆明650000）

IEC 61850規(guī)約在智能站中的應(yīng)用及配置介紹

何吉翔（昆明供電局，云南昆明650000）

本文旨在介紹IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及特點(diǎn)，以及層次結(jié)構(gòu)模型、配置文件等理論知識(shí)，并以SCD文件制作和配置的實(shí)例來闡述工程應(yīng)用的技巧。有助于生產(chǎn)一線的技術(shù)人員和管理人員盡快理解、掌握這一新標(biāo)準(zhǔn)，提高全員素質(zhì)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

IEC 61850；智能變電站；智能電子設(shè)備；SCD文件；配置

1 引言

我國電力標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對(duì)IEC 61850系列進(jìn)行了同步的跟蹤和翻譯工作，標(biāo)準(zhǔn)的14個(gè)分冊(cè)被轉(zhuǎn)換為我國電力行業(yè)DL/ T 860系列標(biāo)準(zhǔn)。[1]以這種趨勢(shì)和技術(shù)基礎(chǔ)為契機(jī)，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化通信協(xié)議及通信技術(shù)基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)和面向未來的抽象通訊服務(wù)接口，迅速成為變電站內(nèi)的繼電保護(hù)和自動(dòng)化、電能質(zhì)量、高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的重要技術(shù)支撐。

2 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)

2.1 信息分層

IEC 61850定義了變電站三層通信接口模型，如圖1所示。將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)從物理和邏輯的概念上分為三個(gè)層次，即站控層、間隔層和過程層。

圖1 IEC 61850定義的變電站三層結(jié)構(gòu)

過程層設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、互感器、變壓器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件（斷路器智能終端、互感器合并單元等）。過程層主要完成模擬量采集、狀態(tài)量輸入/輸出和操作控制命令執(zhí)行等與一次設(shè)備相關(guān)的功能。

間隔層設(shè)備包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置及二次輔助裝置（如數(shù)字故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀等）。間隔層設(shè)備接收過程層設(shè)備狀態(tài)和采樣信息，實(shí)現(xiàn)保護(hù)和控制功能，并通過網(wǎng)絡(luò)與站控層設(shè)備進(jìn)行信息交互（如上送保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、接收開關(guān)分合閘命令等）。間隔層網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)能傳輸間隔層設(shè)備之間的保護(hù)動(dòng)作配合和測(cè)控裝置之間的聯(lián)閉鎖信息（如母差保護(hù)動(dòng)作通過線路保護(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)跳、母線地刀對(duì)線路開關(guān)遙控功能的閉鎖等）。

站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)、操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)、GPS對(duì)時(shí)裝置等，形成全站的監(jiān)控管理中心。站控層提供對(duì)一次設(shè)備操作管理和對(duì)二次設(shè)備監(jiān)視管理的人機(jī)交互界面。同時(shí)站控層設(shè)備還通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)與調(diào)控中心和監(jiān)控中心通信。

2.2 信息模型與通信協(xié)議獨(dú)立

為適應(yīng)快速發(fā)展的通信技術(shù)，避免由于底層通信技術(shù)進(jìn)步而導(dǎo)致上層定義全面修改。IEC 61850對(duì)通信服務(wù)采用了分層定義的方法。將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信所需要的服務(wù)進(jìn)行了抽象定義，定義了抽象服務(wù)接口ACSI（Abstract Communication Service Interface）。抽象服務(wù)接口獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)底層通信協(xié)議和具體的網(wǎng)絡(luò)類型。所以它具備通用性和穩(wěn)定性，很好的滿足了對(duì)未來通信技術(shù)發(fā)展的需求。在具體的應(yīng)用中ACSI需要映射到底層具體網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，這種映射稱為特定通信服務(wù)映射 SCSM （Specific Communication Service Mapping）。目前IEC 61850-8-1定義了ACSI到MMS之間的映射關(guān)系，IEC 61850-9-2定義了過程層采樣服務(wù)到以太網(wǎng)之間的映射。ACSI與SCSM的關(guān)系如圖2所示。

圖2 ACSI與SCSM的關(guān)系

2.3 數(shù)據(jù)模型自描述

現(xiàn)有協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用面向信號(hào)，以點(diǎn)號(hào)來識(shí)別，自描述性差，需要通信雙方實(shí)現(xiàn)約定，并一一對(duì)應(yīng)，這樣才能正確反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)。一旦有任何改變或調(diào)整，如間隔改造或新增間隔，那么站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)到調(diào)度端的數(shù)據(jù)庫點(diǎn)表內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)都必須做出相應(yīng)修改，并將每一個(gè)信息點(diǎn)動(dòng)作一次來驗(yàn)證其正確性，這是一項(xiàng)耗費(fèi)大量人力物力的工作。而IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信息采用面向?qū)ο蟮淖悦枋龇椒ǎ瑢?duì)變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、功能和數(shù)據(jù)建模，并在數(shù)據(jù)源端就對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自我描述，無需事先雙方約定，傳輸數(shù)據(jù)自帶描述說明，接收方能馬上建立數(shù)據(jù)庫，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)工程物理量對(duì)點(diǎn)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)庫管理維護(hù)工作。

2.4 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，使得信息模型具有繼承性、可復(fù)用性等特點(diǎn)。簡(jiǎn)單來講，就是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)聲明了變電站功能所需的全部類，然后在建模時(shí)根據(jù)實(shí)際情況定義變電站內(nèi)全部對(duì)象，這些對(duì)象之間相互聯(lián)系、作用，實(shí)現(xiàn)智能站內(nèi)的保護(hù)、監(jiān)視、操作等功能。

3 智能站系統(tǒng)配置

3.1 智能站中的SCL文檔

為了滿足工程實(shí)踐中不同廠商的工程工具提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的描述格式，使不同廠商之間的配置描述、工程工具具有互操作性。IEC 61850-6定義了基于XML技術(shù)的變電站配置語言SCL，SCL語言可以獨(dú)立規(guī)范的方式描述變電站一二次系統(tǒng)，可以以統(tǒng)一規(guī)范的格式對(duì)變電站及站內(nèi)智能電子設(shè)備進(jìn)行描述。是IEC 61850技術(shù)體系的重要組成部分，是IEC 61850工程實(shí)現(xiàn)的重要保障。

IEC 61850規(guī)定，配置文件全部采用面向?qū)ο蠓绞絊CL語言編寫，因此所有配置文件具有相同的文檔結(jié)構(gòu)。文檔應(yīng)包含頭、變電站、通信、智能電子設(shè)備和數(shù)據(jù)模板五個(gè)基本部分。典型的SCD文檔結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 SCD文檔結(jié)構(gòu)

3.2 IEC 61850工程配置流程

工程實(shí)施過程中，系統(tǒng)集成商提供系統(tǒng)配置工具，目前各廠商所使用工具各不相同，本文中不再具體介紹。但配置工具應(yīng)能對(duì)導(dǎo)入導(dǎo)出的配置文件進(jìn)行合法性檢查，生成的配置文件應(yīng)能通過SCL模式Schema驗(yàn)證，并能生成和維護(hù)配置文件的版本號(hào)和修訂版本號(hào)。

原理上，配置流程為利用系統(tǒng)配置工具導(dǎo)入SSD和ICD文件，配置人員根據(jù)工程實(shí)際情況，利用配置工具進(jìn)行虛擬連線，將一次系統(tǒng)和IED之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)、實(shí)現(xiàn)全站IED實(shí)例化，并進(jìn)行IED之間通訊參數(shù)的配置，完成全系統(tǒng)實(shí)例化配置之后，應(yīng)導(dǎo)出全站SCD配置文件，提供給監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)等客戶端使用。提取各智能裝置CID文件，下裝到各IED中。最后進(jìn)行全所的裝置聯(lián)調(diào)，以驗(yàn)證所有虛端子連線的正確性。但目前由于缺少SSD文件支持，故采用設(shè)計(jì)院提供虛端子聯(lián)系表的方式代替，該表中體現(xiàn)了所有IED之間的二次回路連線。

4 SCD文件工程配置實(shí)例

SCD文件配置流程如下：

第一步，獲取虛端子表和全站所采用智能電子設(shè)備的全部ICD文件。

第二步，進(jìn)入配置工具，新建變電站，在Header界面填入對(duì)應(yīng)版本和構(gòu)建時(shí)間、構(gòu)建人等基本信息。

第三步，在Substation界面填入對(duì)應(yīng)信息，如變電站名稱、電壓等級(jí)等。

第四步，在Communication界面定義通訊網(wǎng)絡(luò)，建立對(duì)應(yīng)的MMS網(wǎng)絡(luò)和GOOSE、SV網(wǎng)絡(luò)。

第五步，在IED界面導(dǎo)入全部ICD文件，進(jìn)行命名，并更改IED設(shè)備的描述。

第六步，全部IED文件導(dǎo)入完畢后，將IED添加入對(duì)應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)中，具體添加規(guī)則如表1所示。

表1 各通訊網(wǎng)絡(luò)添加規(guī)則

第七步，按照虛端子表，鏈接所有IED的輸入信號(hào)。注意輸入信號(hào)鏈接界面一定要在Inputs對(duì)應(yīng)的GOOSE、SV輸入界面下進(jìn)行。GOOSE信號(hào)對(duì)應(yīng)鏈接到IED內(nèi)部信號(hào)DA層級(jí)，SV信號(hào)對(duì)應(yīng)鏈接到IED內(nèi)部信號(hào)DO層級(jí)。

第八步，全部虛端子鏈接完成后，按照設(shè)計(jì)院提供的光纖接口配置圖，分配插件光口，確定GOOSE和SV的發(fā)送和接收口。

第九步，校驗(yàn)SCD文件語義和Schema，如有錯(cuò)誤進(jìn)行改正，直到校驗(yàn)正確為止，至此SCD文件制作完畢。

第十步，導(dǎo)出全部CID文件，下裝到相應(yīng)IED，全站聯(lián)調(diào)驗(yàn)證回路正確性。

5 總結(jié)

對(duì)于采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)建立的變電站中，智能電子設(shè)備大量應(yīng)用、信息的傳輸方式發(fā)生了根本性的改變。這些智能化的變革對(duì)相關(guān)專業(yè)人員的知識(shí)構(gòu)成和技術(shù)素質(zhì)提出了新的要求。本文全面系統(tǒng)的介紹IEC 61850的層次結(jié)構(gòu)模型、配置文件等理論知識(shí)和SCD文件制作的實(shí)踐技巧。有助于生產(chǎn)一線的技術(shù)人員盡快理解、掌握這一新標(biāo)準(zhǔn)，向先進(jìn)技術(shù)靠攏。

[1]陳樹勇，宋書芳.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）：1～7.

[2]劉希峰，韓振峰，李 穎.GOOSE報(bào)文與SCD文件間對(duì)應(yīng)關(guān)系的應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（24）：95～100.

[3]郝曉光.智能變電站應(yīng)具有的功能及建設(shè)策略分析[J].河北電力技術(shù)，2009（11）：27～29.

TM63

A

2095-2066（2016）34-0043-02

2016-11-17

何吉翔（1982-），男，工程師，本科，主要從事配電網(wǎng)規(guī)劃及工程管理專責(zé)工作。