论析IEC61850标准的智能变电站中的应用.doc

1、1论析 IEC61850 标准的智能变电站中的应用摘要：智能变电站作为智能电网的一个重要组成部分，将会是变电站未来发展的方向并贯穿智能电网建设的整个过程。本文介绍了智能变电站的概念，探讨了智能变电站的的现状及发展方向，从而针对IEC61850 国际标准在数字化变电站中的应用进行了分析。 关键词：智能变电站；IEC61850；现状；发展方向 中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号： 目前， “智能电网”一词已成为一个流行的专业术语，代表了当今世界电力系统发展变革的最新动向，被认为是 2l 世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到输电、变电、配电、

2、用电各个环节。在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。作为智能电网的重要基础，智能变电站为智能电网提供标准的、可靠的节点(包括一次、二次和系统) 支撑。 一、智能变电站的概念 目前，随着智能电网的发展，业界对智能变电站的含义也逐步达成共识，智能变电站指基于 IEC61850 标准建立全站统一的数据通信平台，依靠先进的智能一次设备，通过网络化的通信平台实现数字化信息的共享，自动完成信息采集、在线测量、精准保护等基本功能，并根据自动控制、智能辅助控制、智能告警、在线分析决策等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。智能变电站可以看成是数字化变2电站的继承和发展，智能变电站技术体

3、系是以数字化变电站为技术基础，在数字化变电站的技术构架体系上融入在线监测、智能告警及辅助决策、顺序控制等高级应用技术而组成的一体化信息平台，最后形成智能变电站。 二、智能变电站的的现状及发展方向 2.1 发展简史 最初的变电站控制系统出现在三十年前，是由数字化通讯继电保护装置发展而来，时至今日变电站技术与计算机技术的发展结合日趋紧密。1994 年由德国国家委员会提出制定通用的变电站自动化标准建议，是变电站技术形态发展的又一个里程碑，在 IECTC57 工作组 2002 年北京会议上，指出了今后的工作方向：追求现代技术水平的通信体系，实现完全的互操作性，体系向下兼容，基于现代技术水平的标准信息和

4、通信技术平台，在 IT 系统和软件应用通过数据交换接口标准化实现开放式系统。事实上，技术形态的发展，始终与电网公司管理模式、运营模式、设备制造、设计施工与维护相互影响、相互促进。 2.2 发展的驱动力 变电站形态的发展是需求与技术支撑力双重作用的结果。面向变电站的需求是多种因素综合的结果，公司运营的成本压力通过多种渠道延伸至变电站设计、施工、运维和新设备研发制造等各个方面，逐渐的赋予了变电站越来越多的使命。例如从电网运行的角度，希望变电站能够提供更多、更有效的数据，这就是区域调度层面的成本压力向变电站的自然传递，区域调度需要更多的准确数据进行电网状态估计，用以准确3地把握电网运行局势，从而增强

5、电网可靠性。 2.3 变电站成本压缩的实现路径 单从纯技术发展的形态上来看，变电站的成本压缩最为明显的体现是在其功能的小型化、集成化。一个简单的例子是将多个功能集成在同一个设备上（如保护、控制、测量等） ，而这些功能过去分散在多个元件中。小型化和集成化的 IED 设备无疑能够降低占地面积，减少运维人员，最终降低企业建设运维成本。 2.4 基本的发展方向 从过去的经验中也可以看出，在驱动利润改善过程中产生了三个方面的发展方向。 （1）传统自动化电气岛的功能集成与数据网络化。这减少了设备个数（例如在保护设备中装设自动重合闸和扰动录波装置） ，从而减少了硬件投入和维护。在数据管理中，特别是考虑到所有

6、的数据资源都能够在网络中方便的调用。 （2）标准方案的推行。从一个电网公司的角度来看，这意味着可能会进行项目管理模式与运维模式上的巨大转变。从提供商角度来看，最大化的 COTS（商业货架产品，即具有开放式标准定义的接口的软硬件产品，例如 PC 或操作系统）和创造在世界范围应用的可以配置的平台，以此降低开发的摊销成本。 （3）针对变电站总体成本的资产分析与控制，这至少包括以下两个方面：一是维护与监测的问题，系统越大维护越关键。维护策略逐渐变成了最初需求的一部分。二是为了最大化各种设备的剩余寿命，改造计4划变得更加复杂，找到一种可以伸缩的适合各种情况的方法是非常重要的。 三、智能变电站 IEC61

7、850 标准 网络通信和计算机技术的发展促进了 IED 在变电站局域网的应用。基于微处理器的 IED 提供了强大的通信能力，IED 的推广为改进系统操作运行和引进标准规约打下了良好基础。标准规约的使用将使得不同制造商的 IED 间满足互操作性要求，这种兼容性还可以延伸到新型系统结构的控制中心，即任 IED 的信息可以被与该变电站有网络联系的任何访问者访问。只有应用通用的对象建模工具，建立统一的对象模型和对象字典，采用统一的通信协议，才能满足系统集成的要求。在这样的背景下，IEC TC57 总结了 UCA2.0 和 IEC60870-5 系列标准的实践经验，提出了关于未来变电自化系统通信体系结构

8、的一个国际标准I EC61850。 3.1 IEC61850 标准的特点 由 IEC61850 的 10 部分内容可见，IEC61850 与以往 SCADA 通信协议不同的是， 除了定义变电站自动化系统的通信要求和数据交换外，还对整个系统的通信网络结构、对象模型、项目管理控制(组织、配置、文档和安全运行)、测试方法等进行了全面详尽的描述和规范。 IEC61850 标准具有以下突出的特点。 （1）分层 IEC61850 除了将变电站自动化系统分成变电站层、间隔层、过程层之外， 每个物理装置又由服务器和应用组成，将服务器分为逻辑装置、 逻辑节点、数据对象、数据属性，物理装置内包含服务器和应用。从应

9、5用方面来看，服务器包含通信网络和 I /O。从 IEC61850 来看，服务器包含逻辑装置，逻辑装置包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象、数据属性。IEC61850 提供了服务器目录、逻辑节点目录和读数据定义等各种服务。 从通信的角度来看,服务器通过子网和站网相连, 每 1 个 I ED 既可扮演服务器角色也可扮演客户的角色。这种分层, 需要有相应的抽象服务来实现数据交换。ACSI 服务有服务器模型、 逻辑装置模型、 逻辑节点模型、 数据模型和数据集模型, 建立起完整的分层数据库模型。IEC61850 的对象模型的层次结构如图 1 所示。 决策层管理层调度指挥层 监控层 现场层 图 1 IEC

10、61850 对象模型的层次结构 （2）采用与网络独立的抽象通信服务接口(ACSI) EC61850 总结了电力生产过程特点和要求，归纳出电力系统所必需的信息传输的网络服务， 设计出抽象通信服务接口，它独立于具体的网络应用层协议(例如目前采用的 MMS)， 和采用的网络无关。由于电力系统生产的复杂性，信息传输的响应时间的要求不同，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络，IEC61850 采用抽象通信服务接口就很容易适应这种变化，只要改变相应的特定通信服务映射(SCSM)。 （3）面向对象的自我描述 IEC61850 采用自我描述面向对象的办法，要彻底解决面向对象的自6我描述，达到互操作性，则需要

11、定义如下内容： 1)定义完整的各类(单元)数据对象和逻辑节点、逻辑设备的代码；2)定义用这些代码组成的完整地描述数据对象的方法；3)定义一套面向对象的服务。 在 IEC61850-7-3、-7-4 中定义了各类 (单元)数据对象和逻辑结点、逻辑装置的代码，在 IEC61850-7-2 中定义了用这些代码组成完整地描述数据对象的方法和一套面向对象的服务。IEC61850-7-3、-7-4 提供了 80 多种逻辑节点名字代码和 350 多种数据对象代码，23 个公共数据类，涵盖了变电站所有功能和数据对象，提供了扩展新的逻辑节点的方法，并规定了由一套数据对象代码组成的方法，还定义了一套面向对象的服务

12、。这 3 部分有机地结合在一起，完全解决了面向对象自我描述的问题。（4）电力系统的配置管理 由于 IEC61850 提供了直接访问现场设备，对各个制造厂的设备用同一种方法进行访问。这种方法可以用于重构配置，很容易获得新加入设备的名称并用于管理设备属性，I EC61850 是面向设备的。 3.2 IEC61850 的使用 采用无缝通信系统协议(IEC61850)可以避免协议转换之外，还有更深层次的意义。 IEC61850 和以前使用的协议不同之处在于对象模型，它建模了大多数公共实际设备和设备组件。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制，例如变电站和馈线设备。 IEC61850(例如以太网

13、、TCP/IP、MMS )在终端设备中采用了先进的7IT 技术，低廉的宽带设备、高效的处理器能力、定义和传输过程数据的元数据，将应用重复使用的标准名和类型信息用以在线验证整个系统的数据库的集成和配置。自我描述能显著降低数据管理费用、简化数据维护、减少由于配置错误而引起的系统停机时间。 采用 IEC61850 协议能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。 由上可以看到，在各个 IED 和各变电站的数据都是自我描述的、重复使用数据类、简化数据维护、无缝的命名规则、对数据统一建模、容易集成到

14、Web 技术、具有灵活性、可扩性、可用性， 定义了大量数据属性和元数据，这些必然影响 SCADA 系统主站的集成方式。因此会出现新一代的实现无缝通信系统的 SCADA 系统。 四、结束语 综上所述，本文对智能变电站的概念做了详细的解析，作为智能电网的关键环节之一，智能变电站从结构上分为站控层、间隔层、过程层为实现智能化控制，智能一次设备和二次智能装置都按照 IEC61850 标准建立智能变电站的一体化信息平台进行通信，基于全景一体化的数据采集和可视化操作，以供大家参考。 参考文献 1司为国.智能变电站若干关键技术研究与工程应用J.上海：上海大学，2009 2李孟超，王允平，等.智能变电站及技术特点分析J.电力系统8保护与控制，2010(18).