基于IEC61850標準的電網自動化系統集成模型探討

邱琳

(廣東電網公司中山供電局，廣東 中山 528400)

IEC61850標準為變電站綜合自動化系統的建設和技術升級改造提供了統一系統的標準，從而實現了不同廠家或同廠家不同智能IED設備間數據信息的通信共享和互操作功能。參考IEC61850標準中的建模技術方法，將IEC61850標準建模體系和通訊規約標準引入到智能電網自動化系統中，通過統一集成建模和通訊標準，實現電網自動化智能設備間具有數據信息資源共享、互操作、以及即插即用等功能，有效解決電網自動化系統中大量設備的有效可靠接入和系統擴展問題，就顯得非常有研究意義。

1 IEC61850在電網自動化系統中應用簡介

在IEC61850標準中，重點闡述了由過程層、間隔層、總站層三層結構的變電站自動化系統通信結構體系，并通過定義智能IED設備抽象的類和服務語言，實現了不同IED設備間數據信息資源交互應用和實時通信的解耦，為不同智能IED設備間實現數據信息資源通訊共享、互操作性，以及高級應用系統間無縫集成提供了重要的技術支撐。IEC61850標準中的核心技術內容主要包括：采用面向服務對象的統一標準建模技術，對電網系統中的功能設備和智能IED設備進行集成建模；為實現智能IED設備在應用與通信功能方面的分離，采用抽象通信服務接口直接映射到具體通信協議棧中，完成數據信息資源的實時傳輸共享；采用基于擴展標識語言（XML）電網自動化設備配置語言（SCL）對整個電網自動化系統的電氣設備和智能IED設備進行統一標準配置。在IEC61850標準中，利用面向服務對象的統一標準建模技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務接口直接映射的通訊結構，對實際電網系統中智能IED設備進行集成建模是IEC61850標準在電網自動化系統中應用的關鍵技術。電網自動化系統裝置的統一集成數據建模，是實現不同智能IED設備間統一的數據信息轉換標準和接口標準的關鍵環節。

2 基于IEC61850的電網自動化系統集成模型結構

IEC61850標準中，對解決不同智能IED設備間數據信息資源的轉化共享和互操作問題，是其它通信規約標準無可比擬和替代的，在電網自動化系統中具有非常強大的應用前景。從邏輯組成結構來看，整個電網系統可以看作是一個"大變電站系統"，也就是可以參照IEC61850變電站通信標準的3層結構集成模型，將整個電網系統按照主站層、饋線（環網）層、終端層（FTU、DTU、TTU）、以及過程層（開關、TA、TV、以及配電變壓器）4層結構，其具體總體集成建模結構如圖1所示：

圖1 電網自動化系統總體集成模型結構

從圖1可知，主站層相當于變電站自動化系統中的變電站層，是整個電網自動化系統的控制中心；饋線（環網）層位于主要負責連接電網系統中的整個饋線或環網上的所有饋線自動化終端，實現終端層與主站層間數據信息的通信轉換和控制命令轉換；終端層是由按照在電網線路上的智能終端IED設備組成，主要包括柱上開關FTU、環網柜FTU、變配電臺區監測終端TTU、以及開閉所監控終端DTU等智能設備，等同與變電站自動化系統中的測控保護設備；過程層是整個電網自動化系統的基礎設施，是具體電氣設備實時數據采集、遠程操作等功能的實現層，主要包括配電開關、變壓器、電子式電流互感器TA、電子式電壓互感器TV等。

3 基于IEC61850的電網線路保護IED信息集成模型

電網線路保護智能IED設備主要集成建模功能模塊，與實現電網自動化系統線路保護為服務對象，即：IED信息集成模型中，應當具有保護、測控、錄波、以及通信等保護功能。IED設備數據采集功能模塊，主要負責對各個通道中的模擬信號量進行模數轉換，然后動態掃描電網自動化系統中的遙信狀態；集成功能模塊在對所采集到的數據信息，進行FFT邏輯轉換運算，進而獲得電網自動化系統中各線路模擬量的基波、高次諧波、功率、以及相角等特性數據，為電網自動化系統饋線監測和故障判斷功能模塊提供重要數據信息和依據。根據電網線路保護技術指標要求，線路保護智能IED設備集成模型應配置的功能主要包括:三段式相間距離保護、三段式接地距離保護、四段式零序方向過流保護、三相一次重合閘、以及電壓互感器(TV)斷線檢測和故障事件錄波等功能。IEC61850標準采用面向服務對象的統一集成建模技術，即定義了基于客戶機/服務器的電網四層結構的數據集成模型。在電網自動化系統中每個服務器(Server)均包含一個或多個邏輯功能設備LD(Logic Device)，同時每個邏輯功能設備LD中又包含一個或多個邏輯功能節點LN(Logic Node)。在邏輯功能節點LN中，包含電網自動化系統中的數據對象(Data Object)，而這些數據對象則是由許多數據對象屬性(Data Attributes)共同集合而成，進而實現不同智能IED設備間數據信息的實時傳輸共享和互操作。電網線路保護IED設備軟件設計，除了要實現線路保護和控制等基本功能外，在模型集成建模過程中，還需要充分考慮和遵循IEC61850標準中所定義的數據模型結構、設備模型結構、以及描述數據對象的語言方法及面向對象服務技術，以實現不同IED設備間真正具有互操作性與可擴展性，提高電網集成自動化水平。按IEC61850-7-4定義的邏輯功能節點集成模型，按照面向對象分層描述語言方法對線路過電壓保護邏輯功能節點(PTOV)進行建模，其具體方法如圖2所示：

圖2 電網線路過電壓保護邏輯節點集成模型示意圖

結束語

IEC61850標準是統一的變電站網絡通信標準，其也必將成為電網自動化系統裝置間實現數據信息資源實時共享和互操作無縫通信的協議標準。將IEC61850標準引入到智能電網自動化信息集成模型結構體系構筑過程中，嚴格按照IEC61850標準中的面向對象和服務節點建模技術，可以有效提高電網線路保護智能IED設備間數據信息資源的實時共享和互操作能力，進而有效推動常規電網自動化系統向統一標準的高級智能電網自動化系統方向快速建設發展。

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