未來智能電網的“神經脈絡”

　　摘要：

　　IEC61850協議標準將是未來電力自動化領域的全球唯一通信標準，讓我們一起來提前了解一下智能電網的“神經脈絡”。

　　1.1 背景

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

　　1、二次設備之間互操作性差;

　　早期各廠家主要使用IEC60870-5-101/103、DNP3.0、私有協議等，設備之間無法互操作。

　　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，電能質量監(jiān)測系統，一次設備的在線監(jiān)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。

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

　　4、 二次電纜回路安全隱患多

　　常規(guī)變電站大量采用電纜連接帶來安全隱患，以太網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年德國國家委員會提出設想;

　　1995年IEC TC57為此成立了三個工作組(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標準的各個分冊陸續(xù)頒布并成為國際標準;

　　2004~2008年，我國電力標準委員會對IEC61850系列標準進行同步跟蹤和翻譯工作。

　　1.2 主要內容

　　IEC61850不止是一個通信協議，還包括通信網絡性能、對象建模、系統和項目管理、一致性測試等多方面的規(guī)范要求。以IEC61850 V1示例說明。

　　表1 IEC61850 V1體系說明

　　IEC61850核心協議部分如下圖1所示。

　　圖1 IEC61850核心協議體系說明

　　圖2 基于IEC61850的智能化變電站的體系圖

　　IEC61850協議核心體系主要包括：SV協議、GOOSE協議、MMS協議。

　　SV協議：采用“發(fā)布方—訂閱者”模式。隨著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，經過光纖或網絡傳遞給二次設備，實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主要在間隔層和過程層之間通信，在實現上，直接將應用數據映射到數據鏈路層，對實時性要求極高。

　　GOOSE協議：采用“發(fā)布方—訂閱者”模式。GOOSE采用網絡信號代替了常規(guī)變電站裝置之間硬件線的通信方式，在實際應用中主要傳輸保護跳閘等重要的實時性報文，能滿足繼電保護“可靠性、速動性”要求。在智能化變電站中GOOSE主要在間隔和過程層之間通信。在實現上，直接將應用數據映射到數據鏈路層，對實時性要求極高。

　　MMS協議：MMS協議是IEC61850中最為復雜的協議集。MMS通信采用客戶端/服務器通信模式，客戶端一般是運行監(jiān)控系統、控制中心等，服務器指一個或幾個實際設備或子系統。如圖1和圖2所示，由于MMS協議目前主要應用在變電站層與間隔層之間，在實現方式上通過TCP/IP協議棧，在實時性無特別要求。

　　1.3 應用展望

　　IEC61850第一版應用以來，已逐步暴露了不足之處，該標準內容龐大，分為14個分冊，標準頁數達到1000頁之多，描述上難免出現前后不一致的地方，各廠家有不同的理解和解釋，導致設備間的互操作問題，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始進行修訂，目前已發(fā)布第二版。

　　智能電網要求實現信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，以實現電網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標準作為智能電網建設的核心標準，該標準作為智能電網中連接電力生產和消費環(huán)節(jié)的紐帶，必將擔當起越來越重要的角色。

　　作為未來變電站自動化領域的唯一國際標準，IEC61850必將對變電站自動化產生里程碑式影響。

　　周立功致遠電子自主研發(fā)的E8000系列電能質量在線監(jiān)測裝置已率先通過開普實驗室IEC61850通信規(guī)約一致性認證。

　　圖3 E8000電能質量在線監(jiān)測裝置

　　圖4 開普實驗室IEC61850通信規(guī)約認證