IEC61850在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用

顧賽婷　季東輝

摘 要：將IEC61850應(yīng)用于主動(dòng)配電網(wǎng)中當(dāng)中，完成配網(wǎng)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(shè)備的接入問題，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的即插即用。采用信息分層的方法將主動(dòng)配電網(wǎng)自動(dòng)化分為3層：主站層、終端層、過程層。分析了IEC61850信息交互，認(rèn)為通信模型各層級間的信息交互應(yīng)根據(jù)各自特點(diǎn)選用不同的模型。通過分析認(rèn)為IEC61850的應(yīng)用能夠提高主動(dòng)配電網(wǎng)的互操作性。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)配電網(wǎng) IEC61850 通信系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（c）-0051-02

隨著電力需求不斷增長、傳統(tǒng)化石能源緊缺以及智能電網(wǎng)技術(shù)愈發(fā)成熟，分布式電源在全球范圍內(nèi)得到較為廣泛的應(yīng)用，而未來大面積接入的DG必將對配電網(wǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為應(yīng)對DG出力間歇性、隨機(jī)性及其他新形勢的挑戰(zhàn)，學(xué)者提出將現(xiàn)有被動(dòng)配電網(wǎng)改造成為具備主動(dòng)管理能力的主動(dòng)配電網(wǎng)。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為變電站自動(dòng)化提供了統(tǒng)一的通信模式、高效的建模方法和規(guī)范化的配置手段，有效解決了各供應(yīng)商生產(chǎn)的智能電子設(shè)備系統(tǒng)無縫集成與互操作的問題，獲得了廣泛應(yīng)用。借鑒IEC61850的技術(shù)與方法，可以將其引入DOA中規(guī)范數(shù)據(jù)接口和通信方式，解決ADN中大量DG、儲(chǔ)能以及其它配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備接入問題，大大減小系統(tǒng)維護(hù)工作量。文獻(xiàn)[1]則分析對比了變電站自動(dòng)化中各種不同的通信協(xié)議，重點(diǎn)研究了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)過程，總結(jié)了其在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)勢。

綜上所述，目前已有的學(xué)術(shù)成果對于IEC61850在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用的研究還不夠深入，有進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)的空間。

1 基于IEC61850的主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成結(jié)構(gòu)

IEC61850協(xié)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(gòu)和集中控制的主體思想，將主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成結(jié)構(gòu)也分為3個(gè)層次：主站層、終端層和過程層。

主站層處于控制中心，是整個(gè)ADN信息集成結(jié)構(gòu)的核心大腦。主站層的主要部分即主動(dòng)配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（含DSCADA子系統(tǒng)），負(fù)責(zé)收集終端層的運(yùn)行信息，并完成各類高級應(yīng)用和全局優(yōu)化算法，向終端層下發(fā)長時(shí)間尺度的全局優(yōu)化控制命令，從而實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)監(jiān)視與控制、故障定位、隔離和恢復(fù)供電。

終端層包含了主動(dòng)配電網(wǎng)內(nèi)所有具有過程層接口的保護(hù)裝置、測控終端，測試終端包括RTU、柱上開關(guān)FTU、環(huán)網(wǎng)柜FTU、開閉所監(jiān)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(shè)備上，負(fù)責(zé)完成ADN能量管理系統(tǒng)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(fù)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(jìn)行了拓展，包括了主動(dòng)配電網(wǎng)中變電站、線路、儲(chǔ)能、分布式能源電站內(nèi)的一次設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)采集、控制等一次設(shè)備相關(guān)功能。

2 信息模型

對于ADN海量調(diào)度運(yùn)行信息來說，統(tǒng)一的信息模型將能夠賦予各類信息明確的語義、標(biāo)準(zhǔn)的組織封裝方式及數(shù)據(jù)接口，完成信息的有效集成，為實(shí)現(xiàn)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(xié)議應(yīng)用到ADN信息模型中，需要根據(jù)ADN的特點(diǎn)做相應(yīng)的擴(kuò)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(shè)備IED。IED模型主要由5個(gè)層級嵌套而成，如圖1所示。

各層級的概念如下。

（1）數(shù)據(jù)屬性與數(shù)據(jù)對象。

IEC61850面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想指出每個(gè)對象包含屬性與服務(wù)兩要素，數(shù)據(jù)對象就是用來描述一個(gè)對象預(yù)設(shè)好數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)屬性則是一些不可再分的基本數(shù)據(jù)類型，用來對數(shù)據(jù)對象進(jìn)行描述。

（2）邏輯節(jié)點(diǎn)。

邏輯節(jié)點(diǎn)LN是IED最基礎(chǔ)的具體功能單元，一系列邏輯節(jié)點(diǎn)共同工作，負(fù)責(zé)控制、保護(hù)及測量整個(gè)變電站，變電站的具體功能及信息模型均由邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

（3）邏輯設(shè)備。

邏輯設(shè)備不僅包括數(shù)個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，還包括至少兩種基本信息：一是描述具體設(shè)備自身狀態(tài)的信息如銘牌信息、運(yùn)行狀況及失電警告等；二是各邏輯節(jié)點(diǎn)間的通信服務(wù)，如GOOSE、采樣值服務(wù)等通信服務(wù)無法定義在邏輯節(jié)點(diǎn)內(nèi)部。

（4）物理設(shè)備。

數(shù)個(gè)邏輯設(shè)備構(gòu)成物理設(shè)備，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的物理裝置。IED建模方式比邏輯設(shè)備更加方便靈活，理論上任何邏輯設(shè)備均可封裝至物理設(shè)備之中。

2.2 配電自動(dòng)化終端建模

配電自動(dòng)化終端用于采集、監(jiān)控各種實(shí)時(shí)及準(zhǔn)實(shí)時(shí)消息，是配網(wǎng)中所有遠(yuǎn)方監(jiān)控單元的總稱。根據(jù)應(yīng)用場所及監(jiān)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(shè)在配變低壓側(cè)旁，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測變壓器運(yùn)行參數(shù)的功能。站所終端則安裝在配電線路的配電所、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變壓器等地方，負(fù)責(zé)采集、監(jiān)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(dòng)化終端信息模型。

2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)終端建模

儲(chǔ)能系統(tǒng)在主動(dòng)配電網(wǎng)中具有削峰填谷、平衡DG出力等重要作用，大大提高了配網(wǎng)的DG消納能力。基于IEC61850的儲(chǔ)能系統(tǒng)終端建模將規(guī)范信息傳輸格式，提升設(shè)備間的互操作性，優(yōu)化系統(tǒng)控制性能。儲(chǔ)能終端FTU的基本功能需包括開關(guān)設(shè)備測控、保護(hù)、計(jì)量、并網(wǎng)運(yùn)行、交直流轉(zhuǎn)換監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等功能.根據(jù)需求分析對各邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了合理的組合與嵌套構(gòu)成了ADN儲(chǔ)能系統(tǒng)邏輯設(shè)備，包括LD1、LD2、LD5、LD6、LD7、LD8和LD9。其中LD1、LD2和LD3與饋線FTU的對應(yīng)邏輯設(shè)備功能一致。

2.4 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)終端建模

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力與所處環(huán)境有很大的關(guān)系，具有出力不穩(wěn)定性的特點(diǎn)?；诖私⒌腄G信息模型應(yīng)包括以下功能：光伏系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、逆變器監(jiān)控、隨光監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、開關(guān)設(shè)備監(jiān)控、計(jì)量等功能。

對分布式光伏系統(tǒng)的信息模型進(jìn)行了建模，包括了LD1、LD7、LD8、LD10、LD11和LD12，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求對模型進(jìn)行相應(yīng)的拓展。

3 基于IEC61850的主動(dòng)配電網(wǎng)信息交互

統(tǒng)一的信息建模為ADN的信息交換創(chuàng)造了有利基礎(chǔ)。過程層采集的各類主動(dòng)配電網(wǎng)自動(dòng)化控制所需的原始信息沒有信息模型支撐。終端層根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，對過程層信息以及終端層各類功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化信息建模和開發(fā)，將信息封裝在IEC61850的IED/LD/LN/DO/DA的分層信息模型當(dāng)中，并將滿足IEC61850信息模型的信息通過標(biāo)準(zhǔn)接口、協(xié)議對外發(fā)送。主站層則是基于IEC61968的通用信息模型對ADN量測、全局拓?fù)浜推渌o助類信息進(jìn)行建模，以滿足信息模型語義的IEC61968消息作為交互格式，實(shí)現(xiàn)ADN能量管理系統(tǒng)內(nèi)各高級應(yīng)用、優(yōu)化算法及數(shù)據(jù)平臺(tái)之間或管理系統(tǒng)和其他配電管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的信息交互，該交互由IEC61968信息交換總線進(jìn)行統(tǒng)一路由和管理。

4 結(jié)語

將IEC61850引入到主動(dòng)配電網(wǎng)中當(dāng)中，以開放式IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)和MMS技術(shù)，提高設(shè)備之間的互操作性，將對傳統(tǒng)的配網(wǎng)自動(dòng)化帶來比較深刻的變化，推動(dòng)傳統(tǒng)配網(wǎng)向主動(dòng)配電網(wǎng)過渡。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐寧.傳統(tǒng)電力規(guī)約向IEC 61850轉(zhuǎn)換的研究[D].華北電力大學(xué)（保定），2006.

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