IEC61850在配电自动化中的应用(V2.0)

任雁铭[e-mail]2014-8IEC61850在配网自动化中的应用内容提要配网自动化系统的新需求IEC61850的新进展配网自动化系统采用IEC61850的益处需要解决的问题小结配网自动化系统的新需求现代配电网已进行到主动配电网时代，包含了可再生能源及微电网的接入、储能、电动汽车的充放电、配电网一次设备的状态监测及资产管理等诸多方面。需要与变电站自动化系统、控制中心等智能电网其它部分配合，进行系统集成与信息共享。配网自动化系统的新需求需要数据模型描述与配网自动化系统相关的丰富信息。需要与智能电网其它领域的数据模型相协调。需要丰富的通信服务支持，通信服务应能支持多种通信技术（光纤、无线等）。IEC61850的新进展2004年IEC61850Ed1.0发布，《变电站自动化系统通信网络与系统》，解决变电站自动化系统中不同厂商IED之间的互操作问题。2009年IEC61850Ed2.0开始发布，《电力自动化系统通信网络与系统》，解决智能电网中不同厂商IED之间的互操作问题。IEC61850Ed2.0的应用领域是面向智能电网，涵盖了配电自动化，突破IEC61850Ed1.0的变电站自动化应用领域。IEC61850的最新进展IEC智能电网通信标准体系架构分为三大部分1）控制中心以IEC61970/IEC61968为主2）子站端以IEC61850为基础，拓展应用范围，涵盖变电站、DER、电动汽车、风电场、水电厂监控等。3）信息安全以IEC62351为主。目前IEC61850标准已经形成了一个丰富的体系，有关文件以国际标准（IS）和技术报告（TR）形式发布。这些文件对智能电网的应用将发挥重要作用。IEC61850的最新进展IEC61850的新进展在IEC61850标准架构中，很多文件是通用的，适用于多个领域。例如：IEC61850-4系统和项目管理IEC61850-10通信一致性测试。通用文件通过经过5年左右会修订一次。有些文件则是针对特定领域的，例如：IEC61850-7-410水电厂监控应用的逻辑节点IEC61850-7-420分布式能源应用的逻辑节点。IEC61850的新进展技术报告（TR）是针对特定应用领域或特定工程问题所给出的应用指南或对标准的补充和扩展。例如：IEC61850-90-3是关于输变电设备状态监测与诊断领域应用IEC61850的指南。随着IEC61850应用领域的不断扩展，IEC61850的技术报告会不断增加。IEC61850的新进展IECTC57WG10与各标准化组织合作通过对国际标准的不断修订以及相关技术报告和技术规范的不断起草使IEC61850技术不断前进，形成一个大的技术体系，满足智能电网的应用需求。IEC61850的新进展可再生能源领域1）IEC61400-25：风电场监控IECTC57WG10与IECTC88合作制定，以IEC61850为基础，增加新逻辑节点用于对风电场进行数据建模，底层通信协议除了映射到制造报文规范（MMS）外，新增了对WebService等其他4种协议的映射，并完善了通信一致性测试案例。IEC61400-25使风电场监控系统有标准可依，实现了设备间的互操作，简化了系统集成。IEC61850的新进展可再生能源领域2）IEC61850-7-410：水电厂监控IECTC57WG10与IECTC57WG18合作制定，该标准继承了IEC61850技术体系，针对水电厂应用的特殊性，新增了逻辑节点用于数据建模。IEC61850的新进展可再生能源领域3）IEC61850-7-420针对分布式能源的监控需求，新增了一系列逻辑节点，涵盖分布式能源的管理、单元控制器、发电系统、电池监视、联网等应用。可支持热电联产（CHP）、光伏、储能等多种分布式能源的监控。IEC61850-7-420分布式能源（DER）DER的逻辑设备与逻辑节点IEC61850的新进展可再生能源领域4）IEC61850-90-7：分布式能源系统应用IEC61850技术指南该文件对光伏、储能等分布式能源系统进行了全面介绍，分析了基于逆变器的分布式能源系统的各种运行和控制模式。该文件对如何在分布式能源中应用IEC61850技术给出了详细的指南。IEC61850的新进展设备领域1）IEC61850-90-3：输变电一次设备状态监测诊断与分析（CMD）该报告所涵盖的一次设备包括GIS、变压器、变压器有载分接开关（LTC）、地下电缆、架空输电线、辅助电源系统等。对于每一类设备，以案例图方式对需要进行CMD的项目做了详细的描述与分析，然后给出这些项目的IEC61850数据建模方案。IEC61850的新进展设备领域2）IEC61869：互感器IECTC57WG10与IECTC38合作起草互感器的最新标准IEC61869，电子互感器的数字接口和工程配置将按照IEC61850技术体系进行规范。IEC61869发布后将取代现有的互感器标准IEC61400-7/-8。IEC61850的新进展智能用电领域针对电动汽车的兴起，IECTC57WG10正在起草2份技术报告IEC61850-90-8和IEC61850-90-9。这2份技术报告分别针对电动汽车和储能系统中如何运用IEC61850技术进行了规范。IEC61850的新进展特定通信服务映射（SCSM）IECTC57WG10起草了技术报告IEC61850-8-2，该文件规范了ACSI与底层通信协议WebService之间的映射。IEC61850-7-3CommonDataClassIEC61850-7-4LogicalNodeClassIEC61850-7-2ACSIXMPPTLSTCPIPApplicationIEC61850的新进展配网自动化系统应用IEC61850指南IECTC57WG10与WG17正在合作制定配网自动化系统中IEC61850应用指南技术文件IEC61850-90-6。该文件将对配网自动化系统中应用IEC61850所遇到的关键问题进行分析，并给出应用指导。IEC61850的新进展配网自动化系统应用IEC61850指南IECTC57WG10与WG17正在合作制定配网自动化系统中IEC61850应用指南技术文件IEC61850-90-6。该文件将对配网自动化系统中应用IEC61850所遇到的关键问题进行分析，并给出应用指导。配网自动化系统采用IEC61850的益处信息模型可继承IEC61850在可再生能源、微电网、输变电设备状态监测等领域已有的丰富信息模型，避免重新定义有关信息模型。可使配网自动化系统的信息方便、高效地与智能电网其它部分进行集成，避免形成信息孤岛。如IEC61850ED2.0现有模型不能完全描述配网自动化系统，可做必要的扩展。配网自动化系统采用IEC61850的益处通信服务IEC61850标准定义了60多种抽象通信服务接口（ACSI），为配网自动化系统的应用提供了良好的支撑。IEC61850完备的ACSI、丰富的底层协议映射、开放的通信服务架构，可适应配网自动化系统点多面广的特点。配网自动化系统采用IEC61850的益处已有经验的继承从2004年至今，IEC61850在变电站自动化领域已有近10年的应用历史，积累了大量工程应用经验。各设备供应商积累了丰富的产品研发和系统集成经验。第三方检测机构也积累了丰富的检测经验。在配电自动化系统中应用IEC61850可以继承已有的宝贵经验。需要解决的问题架构IEC61850针对变电站自动化系统提出三层设备的架构体系：站控层、间隔层、过程层。配网自动化系统点多面广，还需要考虑微网、可再生能源接入等问题，情况较变电站自动化系统复杂得多。不能照搬变电站自动化系统的三层架构，需要根据配网自动化系统的实际情况，例如分布式智能控制需求，设计出合适的架构。目前，国内外都在做相关工作。需要解决的问题架构IEC61850-90-15给出的DER集成5层设备架构ProcessFieldStationOperationEnterpriseMarketDistributionTransmissionMarketDERDERUnitDERUnitDERUnitDERUnitDERUnitTSODSOMarketOperatorMarketOperatorMarketOperatorFacilityDERManagementSystemDERUnitControllerDERUnitControllerDERSystemDERSystemDERUnitControllerDERUnitControllerDERUnitControllerDERSystemDSODERManagementSystemMarketDERManagementSystem需要解决的问题终端设备即插即用为简化配网自动化系统的工程实施与维护，配网自动化系统的终端设备需要支持即插即用。可基于IEC61850的ACSI服务，对终端设备的数据模型进行补充和丰富，使终端与主站间具有合理的应答与识别机制，从而实现终端设备的即插即用功能。例如：1）终端设备调试后，将数据模型和标示主动上送主站，主站根据收到的信息识别已投入的终端设备；2）主站将拓扑关系下发给各终端装置，各终端据此了解与之有关联的终端情况，从而实现分布式控制。需要解决的问题与控制中心的信息交互与协调控制中心的数据模型都是基于IEC61970/IEC61968建立的，此外还要与生产管理等其他系统进行信息集成。终端设备基于IEC61850建立的模型，与控制中心的IEC61970/IEC61968模型之间需要转化与协调。IEC61850侧重二次设备状态和及被监测设备的详细信息，IEC61970/IEC61968侧重电网状态和一次设备信息。尽管建模思想类似，但在具体内容方面两者存在一定差异。常见的处理方式是在主站端部署一个IEC61850/CIM翻译器，实现两种模型的相互转化。需要解决的问题系统集成过程变电站自动化系统是基于SCL语言所规范的模型文件实现系统集成的，其系统集成过程往往一次性完成。配网自动化系统的集成往往是分多次进行的。系统集成过程可参考但不能照搬变电站自动化系统的做法。可根据配电自动化系统工程配置特点，对IEC61850-6Ed2.0所提出的集成过程进行调整，使之适应配电自动化系统分次集成的需求。需要对IEC61850-6所定义的SCL文件进行修改与调整，使之满足配电自动化系统的需求。需要解决的问题系统集成过程IEC61850-6Ed2.0所定义的文件格式与模板（Schema）都是变电站自动化系统特点的。这些文件格式与模板不能直接应用于配电自动化系统。例如：IEC61850-6所定义的SSD文件格式，用于描述变电站内的主接线，描述了电压等级、变压器连接关系、每个电压等级的间隔划分、每个间隔内IED的配置等信息，并提供了模板。这种内容与层次结构不适合配电自动化系统。有必要根据配电自动化系统的架构，重新定义SSD的内容与模板。此外，SCD文件是基于变电站的间隔进行信息组织，不适合配网自动化系统，需要调整与修改为以馈线为单位。需要解决的问题通信一致性测试一致性测试时设备互操作的重要保证，IEC61850-10Ed2.0对一致性测试的环境搭建、测试案例（testcase）等都进行了规定。这些内容原则上都可应用于配电自动化系统。针对配电自动化系统的特点，还要对有关内容进行补充与修订，例如新增模型的检测、新的即插即用通信模式的检测、SCL文件格式的检测等。需要补充和完善新的测试案例。现有检测平台需要进行功能扩展与完善。需要解决的问题信息安全与变电站中主要应用光纤局域网（LAN）不同，配电自动化系统范围广、节点多、通信方式多样，不能照搬变电站信息安全防护的措施。可以结合IEC62351，考虑新的信息安全措施。小结IEC61850经过多年发展，应用领域早已突破了变电站自动化系统，现在已面向智能电网这个广阔的应用领域了。介绍了IE