智能變電站信息建模與工程應用研究

高一冉，樊文倩

(1.衡水市第一中學,河北 衡水 053000；2.秦皇島供電公司,河北 秦皇島 066000)

智能變電站信息建模與工程應用研究

高一冉1，樊文倩2

(1.衡水市第一中學,河北 衡水 053000；2.秦皇島供電公司,河北 秦皇島 066000)

智能電網一直是電力行業的前進方向和工作重點。在電網規模不斷發展和智能電網整體規劃的推動下，智能變電站將成為新建變電站的主流。本文首先從智能變電站的概念和特點出發，對智能變電站與數字化變電站的區別進行了對比研究。根據智能變電站的“三層兩網”結構和各部分的技術要求，介紹了基于IEC61850標準的變電站體系結構，并在深入理解IEC61850分層建模思想的基礎上，對智能電子設備信息建模，實現了由信息模型到數據模型的轉換。

智能變電站；IEC61850；分層建模

緒論

國際電工委員會第57技術委員會(簡稱IEC TC57)總結了變電站發展歷史和未來需求，以傳統變電站通信協議為基礎，制訂了IEC61850通信協議。目前電力系統自動化領域最完善的通信標準是IEC61850標準，該標準旨在提升設備間的互操作性，通過對設備的規范化，實現系統的無縫連接。此外，IEC61850標準的可擴展性和面向未來的開放性，使得它具有其他通信協議無法比擬的優越性，是發展智能電網最為核心的標準之一。變電站的智能化是智能電網建設的基礎，智能變電站是未來變電站的一種發展趨勢，對智能變電站的研究具有極其重要的意義。

1 智能變電站概述

智能變電站使用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能電子設備，全站信息數字化、通信平臺網絡化和信息共享標準化是智能變電站的基本要求。智能變電站通過智能電子設備自動完成信息的采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可能夠根據需要對電網進行實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級控制功能。

智能變電站和數字化變電站有著密不可分的聯系。智能變電站的部分特征是在數字化變電站的基礎上發展而來。二者差別主要體現在：數字化變電站主要從滿足變電站自身的運行需求出發，建立全站統一的數據通信平臺，實現站內一、二次設備的數字化通信與控制，在統一通信平臺的基礎上，側重于提高變電站內部設備與系統之間的互操作性。而智能變電站則從提高智能電網運行的要求出發，比數字化變電站更加側重于變電站之間、變電站和調度中心之間的信息統一與功能層次化，它以提高全網范圍內系統的整體運行水平為目標。

2 基于IEC61850的智能變電站體系結構

2.1 IEC61850標準特點

IEC 61850系列標準是通用的變電站網絡通信標準，它規范了變電站內智能電子設備(IED)之間的通信行為和相關的系統要求。IEC 61850系列標準吸收了多種國際最先進的新技術，并且大量引用了目前正在使用的多個領域內的其它國際標準作為61850系列標準的一部分。IEC61850的特點是：面向對象建模；抽象通信服務接口；面向實時的服務；配置語言；整個電力系統統一建模。IEC61850定義了大多數公共實際設備和設備組件。所以它不僅僅是一個通信協議標準，更是一個十分龐大的標準體系。IEC 61850看起來很像又一新的協議。其實它不是，確切地說，它是一種新的變電站自動化的方法，一種影響工程、維護、運行和電力行業組織的新方法。它的建模技術面向對象，面向未來通訊的可擴展架構，實現“一個世界，一種技術，一個標準”的預期目標。

2.2 基于IEC61850的變電站體系

智能變電站的發展基于現有變電站的綜合自動化，其采用的新技術包括：數字傳感技術、計算機技術、以太網通信技術，為實現電網的自動化、智能化、數字化、信息化奠定了基礎，智能變電站應遵循的設計原則為：按照IEC61850通信標準，實現變電站的三層體系結構。

智能變電站“三層”結構主要由過程層(也稱設備層)、間隔層與站控層構成。如圖2-1所示。

圖2-1 智能變電站三層兩網機構圖

2.3 IEC61850通信協議分析及建模思想

IEC61850提出了一種公共通信標準，通過對設備的一系列規范化，使其形成規范的輸出，實現系統的無縫連接。

(1)IEC61850分層建模思想

IEC61850標準的主要特征就是它的分層建模思想，從應用層面來分析，服務器中包括邏輯設備，邏輯設備包括邏輯節點，邏輯節點包括數據，數據又是由若干數據屬性組成的；從通信層面來分析，這種分層結構中的數據交換需要有相對應的抽象通信服務來實現，ACSI服務分別定義了數據集模型，數據模型，邏輯節點模型，邏輯設備模型和服務器模型。Data Directory服務可收集每個數據中數據屬性的名字；LN Directory服務可收集每個邏輯節點中數據對象的名字；LD Directory服務可收集每個邏輯設備中邏輯節點的名字；server Directory服務可收集每個服務器中邏輯設備的名字。這樣的服務模型可建立起一個完整的分層數據庫模型。這樣就可建立起一個統一的數據模型，如此就能實現各個廠家的數據結構在通信層面上是統一的。

(2)IEC61850服務建模

在變電站層和間隔層之間的網絡采用的是抽象通信服務接口映射到制造報文規范(MMS)、傳輸控制協議/網際協議(TCP/IP)以太網或光纖網。在間隔層和過程層之間采用的是單點向多點的單向傳輸以太網網絡。變電站內的智能電子設備(IED，測控單元和繼電保護)均采用統一的協議，它們通過網絡來進行信息交換。IEC61850標準根據電力系統生產過程的特點和要求，總結出必需的信息傳輸網絡服務，設計出獨立于具體網絡協議的抽象通信服務接口，它與目前所采用的網絡無關，是通過特定通信服務映射(SCSM)來映射到通信協議棧，這樣一來，當網絡類型發生變化時，只要改變SCSM就可以了，從而實現了通信協議和通信介質之間的解耦。如圖2-3所示。

圖2-3 ACSI向SCSM的映射模型

(3)數據自描述

由于技術的不斷發展，變電站內新功能不斷出現，若傳輸信息沒有按照一個統一的標準來規定，變電站設備的信息與調度中心數據庫信息必須事先約定，造成了極大不便，為了適應這種變化的發展，IEC61850采用數據的自描述方法，這樣傳輸到調度中心的數據都帶有自我說明，能馬上建立數據庫而不受事先約定的限制。

3 智能電子設備信息建模

3.1 邏輯節點

IEC61850-7-4部分定義了許多邏輯節點，每一個邏輯節點代表變電站中某個具體的功能，每個邏輯節點由若干數據對象構成，數據用來描述邏輯節點的功能。

IEC61850定義的邏輯節點，大約有一半是與保護功能有關的，本文建立了變壓器保護裝置的信息模型，下面詳細介紹差動保護邏輯節點PDIF、自動重合閘邏輯節點RREC，測量邏輯節點MMXU的信息模型。

3.2 邏輯設備建模

邏輯設備的建模原則為：具有類似功能的邏輯節點可劃分為一個邏輯設備。邏輯設備提供了它所在的IED信息和由它控制的外部設備信息。每個邏輯設備必須包含兩個邏輯節點：LLN0和LPHD。其中：LLN0是用來描述邏輯設備本身的信息，LPHD是用來描述邏輯設備所在的IED信息。

例如：將控制功能、監事告警功能、測量功能、保護功能劃分為四個LD，每個LD由若干LN組成，這樣就得到了邏輯設備的信息模型。

3.3 通信服務建模

IEC61850-7-2定義了面向對象的抽象通信服務接口(ACSI)，它獨立于實際的通信協議，定義了變電站系統所需的通信服務模型，除上述邏輯節點中包含的通信服務外，還有一些服務需包含在服務器模型中，仍以變壓器保護IED為例，來說明通信服務建模過程。

4 結論

智能變電站是未來變電站的發展趨勢，IEC61850標準是智能變電站領域最為核心的標準之一，在全世界范圍內已引起廣泛關注，本文在深入理解IEC61850分層建模思想的基礎上，實現了智能電子設備的信息建模。隨著智能變電站的日益增多，智能化設備和軟件技術的逐漸成熟，使得變電站的智能化、自動化水平不斷提高。

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高一冉，女，漢族，河北秦皇島人，衡水市第一中學高三學生，研究方向：智能電網建設。 樊文倩(1988.03-)，女，漢族，河北唐山人，大學本科，助理工程師，研究方向：智能電網。

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1671-1602(2016)24-0156-02