未來(lái)智能電網(wǎng)的“神經(jīng)脈絡(luò )”

IEC61850協(xié)議標準將是未來(lái)電力自動(dòng)化領(lǐng)域的全球唯一通信標準，讓我們一起來(lái)提前了解一下智能電網(wǎng)的“神經(jīng)脈絡(luò )”。

1.1 背景

20世紀90年代初期，SAS(分層分布式的變電站自動(dòng)化系統)在電力系統逐步得到推廣和應用。由此而帶來(lái)的問(wèn)題主要集中在：

1、 二次設備之間互操作性差;

早期各廠(chǎng)家主要使用IEC60870-5-101/103、DNP3.0、私有協(xié)議等，設備之間無(wú)法互操作。

2、 信息難以共享。

變電站內的SCADA系統、故障信息管理系統，電能計量系統，電能質(zhì)量監測系統，一次設備的在線(xiàn)監測系統，各系統之間信息相對獨立，難以共享，嚴重妨礙信息的有效利用。

3、 信息的可擴展性差。

通信及嵌入式技術(shù)的發(fā)展迅猛，早期的協(xié)議不便于自動(dòng)化系統的長(cháng)期運行和維護。

4、 二次電纜回路安全隱患多

常規變電站大量采用電纜連接帶來(lái)安全隱患，以太網(wǎng)代替二次電纜是必然趨勢。

IEC61850應用而生，其發(fā)展歷程如下：

1994年德國國家委員會(huì )提出設想;

1995年IEC TC57為此成立了三個(gè)工作組(WG10/11/12);

1998年，IEC、IEEE、EPRI達成共識，由IEC牽頭，以UCA2.0為基礎制定標準;

2002~2005年，IEC61850標準的各個(gè)分冊陸續頒布并成為國際標準;

2004~2008年，我國電力標準委員會(huì )對IEC61850系列標準進(jìn)行同步跟蹤和翻譯工作。

1.2 主要內容

IEC61850不止是一個(gè)通信協(xié)議，還包括通信網(wǎng)絡(luò )性能、對象建模、系統和項目管理、一致性測試等多方面的規范要求。以IEC61850 V1示例說(shuō)明。

表1 IEC61850 V1體系說(shuō)明

IEC61850核心協(xié)議部分如下圖1所示。

圖1 IEC61850 核心協(xié)議體系說(shuō)明

圖2 基于IEC61850的智能化變電站的體系圖

IEC61850協(xié)議核心體系主要包括：SV協(xié)議、GOOSE協(xié)議、MMS協(xié)議。

SV協(xié)議：采用 “發(fā)布方—訂閱者”模式。隨著(zhù)電子式互感器工程化應用，一次系統的電壓、電流被轉換為數字信號，經(jīng)過(guò)光纖或網(wǎng)絡(luò )傳遞給二次設備，實(shí)現了一次和二次設備之間的電氣隔離。在智能化變電站中SV主要在間隔層和過(guò)程層之間通信，在實(shí)現上，直接將應用數據映射到數據鏈路層，對實(shí)時(shí)性要求極高。

GOOSE協(xié)議：采用“發(fā)布方—訂閱者”模式。GOOSE采用網(wǎng)絡(luò )信號代替了常規變電站裝置之間硬件線(xiàn)的通信方式，在實(shí)際應用中主要傳輸保護跳閘等重要的實(shí)時(shí)性報文，能滿(mǎn)足繼電保護“可靠性、速動(dòng)性”要求。在智能化變電站中GOOSE主要在間隔和過(guò)程層之間通信。在實(shí)現上，直接將應用數據映射到數據鏈路層，對實(shí)時(shí)性要求極高。

MMS協(xié)議：MMS協(xié)議是IEC61850中最為復雜的協(xié)議集。MMS通信采用客戶(hù)端/服務(wù)器通信模式，客戶(hù)端一般是運行監控系統、控制中心等，服務(wù)器指一個(gè)或幾個(gè)實(shí)際設備或子系統。如圖1和圖2所示，由于MMS協(xié)議目前主要應用在變電站層與間隔層之間，在實(shí)現方式上通過(guò)TCP/IP協(xié)議棧，在實(shí)時(shí)性無(wú)特別要求。

1.3 應用展望

IEC61850第一版應用以來(lái)，已逐步暴露了不足之處，該標準內容龐大，分為14個(gè)分冊，標準頁(yè)數達到1000頁(yè)之多，描述上難免出現前后不一致的地方，各廠(chǎng)家有不同的理解和解釋?zhuān)瑢е略O備間的互操作問(wèn)題，阻礙標準的推廣和應用。

按照國際慣例，國際標準一般5年左右修訂一次，至2007年起，IEC TC57 WG10工作組對第一版已開(kāi)始進(jìn)行修訂，目前已發(fā)布第二版。

智能電網(wǎng)要求實(shí)現信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，以實(shí)現電網(wǎng)內設備和系統的互操作，這與IEC61850標準的設計思路是一致的。美國電科院和中國電科院都選取IEC61850標準作為智能電網(wǎng)建設的核心標準，該標準作為智能電網(wǎng)中連接電力生產(chǎn)和消費環(huán)節的紐帶，必將擔當起越來(lái)越重要的角色。

作為未來(lái)變電站自動(dòng)化領(lǐng)域的唯一國際標準，IEC61850必將對變電站自動(dòng)化產(chǎn)生里程碑式影響。

周立功致遠電子自主研發(fā)的E8000系列電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置已率先通過(guò)開(kāi)普實(shí)驗室IEC61850通信規約一致性認證。

圖3 E8000電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

圖4 開(kāi)普實(shí)驗室IEC61850通信規約認證