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IEC61850Ed+2在电力系统通信中的应用

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IEC61850Ed+2在电力系统通信中的应用

185 IEC61850Ed 2在电力系统通信中的应用【摘要】IEC 61850作为最新的变电站通信领域国际标准于2003年起

陆续发布、修订以及增改。最初其应用于变电站内部通信系统,但逐步发展

至其他领域,比如水电站控制系统。本文研究了IEC61850的核心内容、其在

电力系统不同领域的应用以及对其未来的展望。

【关键词】IEC 61850;变电站;保护;协议;电力系统通信

1、简介

现代电力自动化系统的正常运作依赖于可靠、稳定的信息交互,包

括自动化系统内部通信以及与其他自动化系统的通信。国际电工委员会

制定IEC61850的目的即在于规范电力自动化系统的通信。

IEC61850定义了一系列的抽象通信服务用于IED、本地人机接口以

及控制中心之间的信息交互。这些服务需要通过抽象通信服务接口映射

至具体的网络协议中进行通信,IEC61850推荐采用MMS和TCP/IP协议

【1】。

2、IEC 61850在变电站中的应用

本节将基于变电站自动化系统的某些典型功能来分析IEC61850的

通信服务,以及如何利用IEC61850的逻辑节点以及数据对某个功能进

行建模。

2.1断路器的控制与监视

以变电站中的断路器为例。间隔层IED通过数字开出连接到开关

线圈,通过数字开入连接到位置指示。操作命令从站控主机通过IEC

61850站层总线发送到间隔层IED。收到操作请求后,判断联锁条件,间

隔层IED激活开关线圈进行相关操作,通过位置指示判断操作结果,最

终返回相关信息给站控主机【2】。

该功能相关的IEC 61850数据模型如图1所示。站控主机通过对逻

辑节点CSWI来操作断路器的,而逻辑节点XCBR用来抽象模型化来自

断路器的信息,逻辑节点CILO提供关于开、关断路器所需要的联锁信息

【3】。

站控主机发出对数据对象“CSWI.Pos.stva”的操作请求后,间隔

层将先检查联锁信息,若联锁信息提示允许动作,将激活连接到断路器

开路线圈的输出。然后,间隔层控制器监视断路器的位置信息。如果操

作成功,则向站层控制器发送一个命令结束报文(CmdTerm)。

另一方面,断路器的位置变化信息需要及时上送站控主机。

IEC61850定义了报告模型以实现此功能。间隔层IED上一般配置有报告

控制模块,用于监视某数据集。例如在我们的例子里面数据CSWI.Pos.

stVal的值发生了变化,IED将发送相关信息至站控主机。

2.2电流和电压的采样

通过CT和VT对一次侧电流电压进行采样后,得到的数字采样值

需传输到对应IED,计算电流、电压幅值与角度、有功和无功功率等。图

2通过数据模型解释了上述过程。逻辑节点TCTR和TVTR是单相电流

互感器和电压互感器的抽象模型。逻辑节点MMXU代表计算结果,图

中显示的是相电压。IEC61850支持利用通信网络直接传输来自CT/VT

数字采样值到间隔层IED。

采样值的传输对实时性要求很高,特别是采样值用于保护功能的

时候。IEC 61850-5要求传输延时不能大于3毫秒。另外还规定采样值

报文必须传输到多个接收端。客户/服务器模型或网络7层模型不能达

到以上要求。因此,服务利用了多播机制,并映射ASN.1编码的报文到

以太网,并采用了优先级机制以保证实时性【4】。

3、IEC 61850在变电站外部的应用

3.1IEC61850在发电领域的应用

发电领域中有三个方向利用了IEC61850的基本概念来进行面向对

象的域建模。

IEC 61850-7-410,该标准用于监视和控制水力发电厂的通信。这

个标准中定义了电力系统功能的逻辑节点:各种控制功能,跟发电机励

磁相关的功能。这些新的逻辑节点并没有针对水力发电厂,而是面向各

种大型发电厂。

IEC 61850-7-420-分布式电源的通信系统(DER),是用于不同

DER设备和控制系统之间的信息交互。这个标准定义了一个普通DER系

统的逻辑节点以及往复式动力机(汽轮机)、燃料电池、光电伏系统或

热电结合设备这类DER相关设备的模型。

IEC 61400-25系列定义了用于风力发电厂组件与SCADA系统之间

通信的逻辑节点。

3.2IEC61850在广域通信的应用

IEC 61850可应用于变电站之间或者变电站与控制中心之间的广域

网通信。

1.保护功能,如线路电流差动保护、有允许和闭锁方案的距离保

护、方向和相位比较式保护、联锁分闸、广域预言保护和变电站完整保

护方案。

2.控制功能,如自动重合闸、联锁、交叉触发、甩发电机或负荷、失

步检测和拓扑结构确定高压网络。

IEC61850-90-2论述了利用IEC61850实现变电站与远方控制中心

或其他电力系统层面的通信。

4、结论

IEC 61850作为当前最为全面、统一的变电站通信领域国际标准,

得到了越来越广的应用,从变电站内部通信领域扩展至电力系统中的

其它自动化领域,如发电控制系统、广域通信与保护等。本文研究了

IEC61850在上述领域的应用,并重点讨论了相关的关键技术。

胡慧贞1 黎永昌2

1.深圳供电局有限公司 深圳 518020

2.华南理工大学电力学院 广州 510641

参考文献

[1]杨俊伟.IEC61850 通信体系的研究和实践[D].北京:华北电力大

学,2005.

[2]薛诚星.电力系统通讯协议及 IEC61850 体系的研究与应用[D].

厦门:厦门大学,2007.

[3]IEC 61850-7-1变电站和馈线设备的基本通信结构(S) 第7-1部

分:原理和模型.

[4]IEC 61850-7-2变电站和馈线设备的基本通信结构(S) 第
7-2部

[4]IEC 61850-7-2变电站和馈线设备的基本通信结构(S) 第7-2部

分:抽象通信服务接口.

キ Џ

䯈䱨

IED 䏃

CSWI.Pos.ctlVal

CSWI.Pos.stlVal

CSWI.Pos.q

CSWI.Pos.t

CILO0.EnaOpn.stVal

CILO0.EnaCls.stVal

XCBR.Pos.stVal

XCBR.Pos.q

XCBR.Pos.t

图1 断路器控制相关数据模型

CT

䯈䱨

IED

VT

MMXU.PhV.phsA.cVal.mag

MMXU.PhV.phsB.cVal.mag

MMXU.PhV.phsC.cVal.mag

Sampled values

A_TCTR.AMP.insMag

B_TCTR.AMP.insMag

C_TCTR.AMP.insMag

A_TVTR.AMP.insMag

B_TVTR.AMP.insMag

C_TVTR.AMP.insMag

图2 采样值数据模型

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