基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)研究

李廣元 天津凱發(fā)電氣股份有限公司

基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)研究

李廣元 天津凱發(fā)電氣股份有限公司

針對當(dāng)前地鐵牽引變電所數(shù)字化升級需求，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電所綜合自動化系統(tǒng)解決方案，結(jié)合傳統(tǒng)牽引變電所存在的問題，對牽引變電所現(xiàn)有架構(gòu)的系統(tǒng)建模原理進(jìn)行了簡單探討。最后對牽引變電所IED智能電子設(shè)備統(tǒng)一集成建模技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

數(shù)字化牽引變電所 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn) 集成建模

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、電力通信技術(shù)、以及傳感器技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電力系統(tǒng)變電所綜合自動化技術(shù)在我國經(jīng)十余年的發(fā)展已達(dá)到一個較高的水平，尤其在電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)升級改造與新建工程中，不僅中低壓變電所實(shí)現(xiàn)了無人值班，遠(yuǎn)程集控功能，同時在220kV及以上的高壓及超高壓變電所系統(tǒng)中也廣泛采用綜合自動化新技術(shù)，在很大程度上推動了電網(wǎng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化、智能自動化等方向發(fā)展，有效提高了變電所運(yùn)行安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。相比之下，我國地鐵牽引變電所大多仍處于傳統(tǒng)階段，面對電力系統(tǒng)已取得研究成果，牽引變電所的數(shù)字化升級具有一定的實(shí)用價值和經(jīng)濟(jì)意義。電網(wǎng)調(diào)度集成自動化和智能數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在變電所自動化系統(tǒng)構(gòu)建過程中，逐步引入了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、開放協(xié)議、智能一次設(shè)備、以及統(tǒng)一電力信息接口等標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、規(guī)范化技術(shù)等先進(jìn)的解決方案。IEC61850可為牽引變電所建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成模型和數(shù)據(jù)實(shí)時通信共享平臺，不僅實(shí)現(xiàn)了變電所內(nèi)一次設(shè)備的集成智能化，同時實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化。為了確保牽引變電所綜合自動化統(tǒng)中的智能化二次設(shè)備間具有實(shí)時通信共享和互操作性，就需要建立基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一集成系統(tǒng)模型。

1 引言

在IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)頒布以后，變電所綜合自動化系統(tǒng)已成為牽引變電所乃至整個電力系統(tǒng)升級改造研究的重要內(nèi)容?；贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電所綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)，能夠很好地解決常規(guī)變電所IED設(shè)備間不能完全兼容和數(shù)據(jù)信息不能實(shí)時通信互享間的缺陷，能確保變電所綜合自動化系統(tǒng)中的測控、保護(hù)、故障錄波等智能IED設(shè)備具有良好的實(shí)時通信互享功能。因此，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對傳統(tǒng)地鐵牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的升級要點(diǎn)進(jìn)行研究，具有一定的工程實(shí)踐意義。

2 基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地鐵牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)中，由于電力分配調(diào)度、運(yùn)行、控制、保護(hù)等所需采集的數(shù)字信號和傳輸?shù)拿畈僮餍盘栞^多。常規(guī)依靠控制保護(hù)電纜作為數(shù)據(jù)信號傳輸載體，不僅其二次電纜繁多，增加了變電所綜合自動化系統(tǒng)的綜合投資，同時其數(shù)據(jù)傳輸可靠性和后期檢修維護(hù)特性很難滿足現(xiàn)代智能變電所調(diào)控需求?；贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電所綜合自動化系統(tǒng)，維持了常規(guī)變電所綜合自動化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)，即過程層、間隔層、站控層三層結(jié)構(gòu)，同時大量引起計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能斷路器、IED電子設(shè)備等，并以IEC61850-8-1和IEC61850-9-2為標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)站控層與間隔層間的網(wǎng)絡(luò)通道和間隔層與過程層間的網(wǎng)絡(luò)通道，實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備智能自動化（如智能斷路器、電子式TA/VT互感器、MU智能終端等）和二次設(shè)備集成網(wǎng)絡(luò)化（將測控、保護(hù)、故障錄波等裝置集成在間隔層中），從而實(shí)現(xiàn)了變電站綜合自動化系統(tǒng)的智能自動化、集成網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化等功能特性，大大簡化變電所自動化系統(tǒng)的測控保護(hù)邏輯二次接線結(jié)構(gòu)。

3 基于IEC61850的牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)建模原理

在地鐵牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)中，不同IED智能電子設(shè)備通過對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)地址與自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)變電所集控中心的集成統(tǒng)一調(diào)度管理。每個IED智能電子設(shè)備均由一個或多個邏輯集成功能設(shè)備（Logic Device，簡稱：LD）共同組成。按照變電所綜合自動化系統(tǒng)中各LD設(shè)備在測量、保護(hù)、控制等系統(tǒng)中的功能不同，可以劃分為保護(hù)LD、測量LD、以及控制LD等多種邏輯集成功能設(shè)備，當(dāng)然也可以將不同功能的LD邏輯設(shè)備集成在一個多功能的LD設(shè)備中。每個LD邏輯功能設(shè)備又是由一個或多個邏輯功能節(jié)點(diǎn)（Logic Node，簡稱LN）共同組成。LN邏輯功能節(jié)點(diǎn)中主要包含用于數(shù)據(jù)信息實(shí)時通信和與服務(wù)功能相關(guān)的對應(yīng)特征數(shù)據(jù)和服務(wù)地址功能組成，用于實(shí)現(xiàn)變電所綜合自動化系統(tǒng)中的某些具體功能，即每個LN邏輯功能節(jié)點(diǎn)主要由一個或多個數(shù)據(jù)對象（Data Object，簡稱DO）共同組成。

4 牽引變電所IED智能電子設(shè)備集成建模

4.1 IED智能電子設(shè)備的功能建模

對于不同廠家或同廠家生產(chǎn)的不同型號IED智能電子設(shè)備，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)給予了統(tǒng)一的集成建模規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，尤其對IED智能電子設(shè)備的通信接口、內(nèi)容表達(dá)、語義描述、交互對象、以及功能模式等給予了詳細(xì)的規(guī)定，給出了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，這為數(shù)字化智能變電所綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能數(shù)字化變電所中，將設(shè)備功能虛擬映射建模技術(shù)利用規(guī)范的語言定義和信息格式，直接映射到變電所中的一二次物理設(shè)備中，也就是將變電所一二次設(shè)備按照應(yīng)用功能具體劃分為若干功能實(shí)體，然后通過對應(yīng)的虛擬地址編碼，將這些功能實(shí)體具體分配到對應(yīng)的IED智能電子設(shè)備中，這樣就完成了不同服務(wù)接點(diǎn)間數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約化轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了不同IED智能電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息的實(shí)時共享和互操作。

4.2 IED智能電子設(shè)備的抽象通信服務(wù)接口

國際電工委員會為了實(shí)現(xiàn)不同IED智能電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息的無規(guī)約轉(zhuǎn)換，即實(shí)現(xiàn)即插即用功能，提出了利用抽象通信服務(wù)接口（ACSI）來統(tǒng)一定義各IED智能電子設(shè)備的通信功能接口的數(shù)據(jù)模型和服務(wù)接口。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的變電所綜合自動化系統(tǒng)，按照變電所在實(shí)際調(diào)度運(yùn)行過程中功能特性，結(jié)合ACSI抽象通信服務(wù)接口協(xié)議，定義了7種不同的實(shí)時數(shù)據(jù)信息報文規(guī)范和模式，也就是變電所綜合自動化系統(tǒng)在實(shí)際增加、刪除、修改等過程中，無需變更修改ACSI服務(wù)接口相關(guān)語言定義，只需修改特定通信服務(wù)映射SCSM就能實(shí)現(xiàn)，這樣不僅提高了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理的便捷可操作性，同時還大大提高變電所綜合自動化系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。

5 結(jié)束語

目前，基于IEC61850的智能變電所技術(shù)，已在電力系統(tǒng)中得到廣泛的推廣和使用，有效克服了傳統(tǒng)變電所電纜數(shù)量較多、數(shù)據(jù)傳輸干擾較多、操作復(fù)雜、變更困難等問題，實(shí)現(xiàn)了一鍵式程序化智能自動化操作運(yùn)行，減輕了變電站運(yùn)行人員的工作量，有效提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和正確率。經(jīng)大量工程實(shí)踐應(yīng)用效果表明，基于上述技術(shù)的地鐵牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)升級后，一、二次設(shè)備均能正常穩(wěn)定運(yùn)行，減少了繁雜的線纜，達(dá)到信息共享化，通信平臺一體化，滿足牽引變電所系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)控運(yùn)行中心技術(shù)功能的要求。

[1]趙江河，王立巖．智能配電網(wǎng)的信息構(gòu)架[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（15）：26-29．

[2]范建忠，沐連順，戰(zhàn)學(xué)牛，等．基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模[J]．電力系統(tǒng)自動化，2006，30（5）：43-47．