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来源：职称驿站所属分类：电力论文 发布时间：2012-12-26浏览：18次
摘要: 未来的电力网络系统需要新的信息架构支持, 将监控、保护和就地自动化等前后台信息连接成为一个整体,以保证电力系统安全和高效地管理。IEC61850采用面向对象的建模方法和抽象、分层映射的技术, 通过规范系统和项目管理及一致性测试等途径保证其目标的实现。它不仅适用于变电站自动化内部网络通信, 也适用于配电自动化、电能计量系统、发电厂自动化系统、风力发电及其他工业自动化领域。然而, IEC 61850标准的广泛应用还需要多方面的努力, 包括: 标准化普及、科学研究、工业研究与发展、网络安全和新型设备的发展等等。
关键词: 电力自动化系统,IEC61850技术,应用
1 引言
随着电力系统的发展, 装机容量不断的增加, 输电电压等级的不断升高和电网的覆盖范围的不断扩大, 电力网日益庞大而且复杂; 因此, 对电网运行管理手段的要求愈来愈高, 电力系统自动化技术也随着电网的发展而不断发展。大致而言, 从电网运行分析, 电力系统的自动化系统( 以下简称电力自动化系统) 可分为三部分: SCADA(数据采集和监控) 系统, 发电厂、变电站和馈线就地自动控制和保护系统, 电力供需管理系统。
2 IEC61850电力系统概况
IEC61850 是2001年6月由国际电工委员会颁布的,它针对变电站综合自动化系统SAS 制定了变电站通信网络和系统标准。IEC 61850 是在总结欧美经验的基础上提出的关于未来变电站自动化系统的通信体系标准, 其目标是最大限度地应用现有的标准和被广泛接受的通信原理,在不同制造商的智能电子设备( IED) 之间实现无缝联接,且能适应通信及应用技术的快速发展。IEC 61850 与传统的SCADA 协议不同的是, 它不是一个简单的协议, 它涉及到通信网络性能要求、对象建模、系统和项目管理等多方面的规范要求。
2.1 架构模型
IEC61850最主要的目的是为了确保设备和系统之间能相互交换信息, 实现良好的互操作性。为了实现这一目的, 考虑到电力系统和变电站综合自动化的需求, 提出了一个未来长期适用的、独立的和易接受的标准架构模型。其核心就是一个普通的自动化系统, 它由信息模型和抽象通信服务接口组成, 其中抽象通信服务接口作用在于各子系统之间传递信息。IEC 61850 标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务, 设计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口ACSI。在IEC61850- 7- 2 中, 建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务模型, 包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过ACSI, 由专用通信服务映射( SCSM) 映射到所采用的具体协议栈, 如制造报文规范( MMS) 。IEC61850 标准采用面向对象的建模技术, 定义了基于客户的服务器结构数据模型。每个IED 包含一个或多个服务器, 每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点, 逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言, IED 同时也扮演客户的角色。任何一个客户都可利用抽象通信服务接口( ACSI) 通过服务器访问数据对象。IEC 61850 标准对逻辑节点提供了一整套面向对象的数据自描述方法, 如: 设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名; 此外, 还定义了对象之间的通信服务, 比如, 获取和设定对象值的通信服务, 取得对象名列表的通信服务, 获得数据对象值列表的服务等。
2.2 区域模型
就变电站综合自动化( SAS) 模型而言,IEC 61850 标准定义80 多个逻辑节点模型, 其中包括当前变电站所有的功能系统界面。区域模型包括二次系统模块如断路器倒闸操作规程和一次设备模拟。逻辑界面不仅包括程序信息, 而且含有资产和职能的鉴定、描述信息和参数信息。
2.3 通信网络
变电站自动化( SAS) 通信方式较多,有串行总线、现场总线技术、工业以太网等, 性能各不相同,其中以现场总线技术应用较为成熟。IEC61850 推荐在间隔层采用工业以太网技术,在物理层和数据链路采用基于CSMA/CD 的IEEE 80213 协议,在网络和传输层采用TCP/IP, 将应用层协议加以改进可提高传输的可靠性, 可提供10M至100M的速率, 较好地保证传输的可靠性、实时性。变电站层和间隔层之间采用ACSI, 间隔层和过程层采用单点到多点的单向传输。为了改善传输性能, IEC61850 根据变电站的不同需求和紧急程度, 将报文分为7类: 即快速报文、中速报文、低速报文、生数据报文、文件、时间同步报文和存取控制的命令报文, 级别由高到低, 并为它们IP报文设置不同的优先级来减少数据传输的冲突和碰撞。
2.4 模型描述语言
为了方便自动化系统工程设计、测试、运行和维护, 定义了基于XML 的结构化语言叫SCL语言。SCL 语言用于描述IED 结构化数据、设备、系统配置和系统说明书等。SCL 语言本身具有扩展性, 支持商家专用工具或其他协议映射。
2.5 统一的实时通信构架
IEC61850 已经成功地应用于变电站综合自动化领域, 预期也可成功地应用于电力系统其它领域。如果广域网有足够的带宽, 通道可以得到保证, 那么从处理层到控制和管理层的统一的IEC61850 实时通信将可期实现。
3 当前电力自动化系统现状
3.1工作规模和地域性
电力自动化系统由大量的智能电子设备( IED) 组成。例如: 通用可编程控制器、专用控制器、数字式保护继电器、数据集中器、通信设备、工作站、SCADA 服务器等。此外, 如果不考虑接入国际互联网, 电力系统网络是地域性分配的全国性网络。
3.2 多样性
随着电力自动化功能的扩展, 从电网远程终端监控到馈线保护等, 都对电力自动化技术和设备提出了更高的要求, 跨行业或多领域技术和设备的结合将是必然的。电力系统本身是多样性的( 发电装置、电力网架、变电站等) , 这也使得电力自动化系统( 包括其子系统) 功能具有多样性, 此外, 各个商家设备和技术是各不相同的,而集成各种设备和技术是必不可少的。
3.3 架构
电力自动化系统功能控制分级被设定, 通过通信网络, 以垂直信息流实现实时信息功能。过去的网络通信主要由窄带和其他多种信道, 现在正逐步更新为宽带广域网和就地自动化系统的局域网。
4 IEC61850在电力系统的应用分析
IEC61850 标准将当前各厂家无序的通信协议( 比如:LON, CAN, PROFIBUS, IEC60870- 5) 等规范化, 实现所谓的“ One World, One Technology, One Standard”。而从现在来看, 由于IEC 的影响, 世界上各电力巨头开始放弃自己原来的规约, 转而支持和致力于IEC61850 的开发。IEC61850 的应用主要体现为三个方面:
①系统架构。IEC61850 层次系统构架将很多动态信息汇集于服务层,同时各终端用户可以共享这些信息, 始终保持信息的实时性, 并减少数据冗余。
②系统无缝集成。对各子系统建模,并通过SCL 语言为他们建立交互。
③ 运行和维护。IEC61850 将多个系统进行集成, 并统一数据, 这无疑有助于电力系统运行和维护管理, 包括设备和功能鉴定、运行状态监控、系统实时诊断等等。IEC61850 标准为变电站甚至整个电力自动化系统提供了新的通信系统框架模型, 为不同厂商的IED 实现互操作和系统无缝集成提供了途径, 在不久的将来必将得到广泛应用。
5 结束语
随着电力系统的迅速发展, 电力网络的结构及运行方式日趋复杂, 为保证系统的安全经济运行,对电力系统自动化水平和调度管理功能要求越来越高。很多新的应用系统软件相继出现, 如: 实时系统诊断系统、维护管理系统、系统监视和资产管理系统等等, 将这些独立的系统整合起来, 成为一个相互联系的整体, 是电力系统自动化发展的必然。IEC61850 标准无疑将是今后网络通信架构的方向。依据IEC61850 标准,不同厂商的各个自动化系统将具有互操作性, 从而整个大系统具有同一的编程开发维护环境和同一的企业标签名数据库, 方便系统建模和升级扩展。
《试论IEC61850在电力变电站中的应用技术》
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文章名称： 试论IEC61850在电力变电站中的应用技术
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