IEC61850在主动配电网中的应用

顾赛婷　季东辉

摘 要：将IEC61850应用于主动配电网中当中，完成配网主站与配电终端、配电终端与配电终端之间的通信，以解决大量终端设备的接入问题，实现终端设备的即插即用。采用信息分层的方法将主动配电网自动化分为3层：主站层、终端层、过程层。分析了IEC61850信息交互，认为通信模型各层级间的信息交互应根据各自特点选用不同的模型。通过分析认为IEC61850的应用能够提高主动配电网的互操作性。

关键词：主动配电网 IEC61850 通信系统

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0051-02

随着电力需求不断增长、传统化石能源紧缺以及智能电网技术愈发成熟，分布式电源在全球范围内得到较为广泛的应用，而未来大面积接入的DG必将对配电网产生深远的影响。为应对DG出力间歇性、随机性及其他新形势的挑战，学者提出将现有被动配电网改造成为具备主动管理能力的主动配电网。

IEC61850标准为变电站自动化提供了统一的通信模式、高效的建模方法和规范化的配置手段，有效解决了各供应商生产的智能电子设备系统无缝集成与互操作的问题，获得了广泛应用。借鉴IEC61850的技术与方法，可以将其引入DOA中规范数据接口和通信方式，解决ADN中大量DG、储能以及其它配网自动化设备接入问题，大大减小系统维护工作量。文献[1]则分析对比了变电站自动化中各种不同的通信协议，重点研究了IEC61850标准的核心内容及实现过程，总结了其在建设标准的变电站自动化系统的优势。

综上所述，目前已有的学术成果对于IEC61850在主动配电网中的应用的研究还不够深入，有进一步优化改进的空间。

1 基于IEC61850的主动配电网信息集成结构

IEC61850协议将变电站通信体系划分为变电站层、间隔层与过程层。借鉴其分层、分布式体系架构和集中控制的主体思想，将主动配电网信息集成结构也分为3个层次：主站层、终端层和过程层。

主站层处于控制中心，是整个ADN信息集成结构的核心大脑。主站层的主要部分即主动配电网能量管理系统（含DSCADA子系统），负责收集终端层的运行信息，并完成各类高级应用和全局优化算法，向终端层下发长时间尺度的全局优化控制命令，从而实现配网监视与控制、故障定位、隔离和恢复供电。

终端层包含了主动配电网内所有具有过程层接口的保护装置、测控终端，测试终端包括RTU、柱上开关FTU、环网柜FTU、开闭所监控终端DTU、配变检测终端TTU和MU等。该部分装置位于配电线路的一次设备上，负责完成ADN能量管理系统遥测、遥信和遥控等测量与控制功能，短路断路、小电流接地等故障检测功能，电压及负荷管理功能及智能充放电功能等。

ADN过程层对IEC61850中对过程层的定义进行了拓展，包括了主动配电网中变电站、线路、储能、分布式能源电站内的一次设备，主要实现采集、控制等一次设备相关功能。

2 信息模型

对于ADN海量调度运行信息来说，统一的信息模型将能够赋予各类信息明确的语义、标准的组织封装方式及数据接口，完成信息的有效集成，为实现配电终端的即插即用及各层级间高效的信息交互扫除障碍。将IEC61850协议应用到ADN信息模型中，需要根据ADN的特点做相应的扩充。

2.1 IEC61850信息建模方法

终端层的IEC61850信息建模的主要对象是智能电子设备IED。IED模型主要由5个层级嵌套而成，如图1所示。

各层级的概念如下。

（1）数据属性与数据对象。

IEC61850面向对象的设计思想指出每个对象包含属性与服务两要素，数据对象就是用来描述一个对象预设好数据，数据属性则是一些不可再分的基本数据类型，用来对数据对象进行描述。

（2）逻辑节点。

逻辑节点LN是IED最基础的具体功能单元，一系列逻辑节点共同工作，负责控制、保护及测量整个变电站，变电站的具体功能及信息模型均由逻辑节点实现。

（3）逻辑设备。

逻辑设备不仅包括数个逻辑节点，还包括至少两种基本信息：一是描述具体设备自身状态的信息如铭牌信息、运行状况及失电警告等；二是各逻辑节点间的通信服务，如GOOSE、采样值服务等通信服务无法定义在逻辑节点内部。

（4）物理设备。

数个逻辑设备构成物理设备，进而构成一个实际的物理装置。IED建模方式比逻辑设备更加方便灵活，理论上任何逻辑设备均可封装至物理设备之中。

2.2 配电自动化终端建模

配电自动化终端用于采集、监控各种实时及准实时消息，是配网中所有远方监控单元的总称。根据应用场所及监控对象差异大致分为配电变压器终端TTU、站所终端DTU和馈线终端FTU。配变终端架设在配变低压侧旁，实现监测变压器运行参数的功能。站所终端则安装在配电线路的配电所、开闭所、环网柜、箱式变压器等地方，负责采集、监控与故障检测等功能。本文以馈线终端FTU为例，建立配电自动化终端信息模型。

2.3 储能系统终端建模

储能系统在主动配电网中具有削峰填谷、平衡DG出力等重要作用，大大提高了配网的DG消纳能力。基于IEC61850的储能系统终端建模将规范信息传输格式，提升设备间的互操作性，优化系统控制性能。储能终端FTU的基本功能需包括开关设备测控、保护、计量、并网运行、交直流转换监控、环境监测等功能.根据需求分析对各逻辑节点进行了合理的组合与嵌套构成了ADN储能系统逻辑设备，包括LD1、LD2、LD5、LD6、LD7、LD8和LD9。其中LD1、LD2和LD3与馈线FTU的对应逻辑设备功能一致。

2.4 分布式光伏发电系统终端建模

分布式光伏发电系统的出力与所处环境有很大的关系，具有出力不稳定性的特点。基于此建立的DG信息模型应包括以下功能：光伏系统运行监控、并网运行监控、逆变器监控、随光监控、环境监测、开关设备监控、计量等功能。

对分布式光伏系统的信息模型进行了建模，包括了LD1、LD7、LD8、LD10、LD11和LD12，也可以根据实际应用需求对模型进行相应的拓展。

3 基于IEC61850的主动配电网信息交互

统一的信息建模为ADN的信息交换创造了有利基础。过程层采集的各类主动配电网自动化控制所需的原始信息没有信息模型支撑。终端层根据IEC61850标准，对过程层信息以及终端层各类功能进行标准化信息建模和开发，将信息封装在IEC61850的IED/LD/LN/DO/DA的分层信息模型当中，并将满足IEC61850信息模型的信息通过标准接口、协议对外发送。主站层则是基于IEC61968的通用信息模型对ADN量测、全局拓扑和其他辅助类信息进行建模，以满足信息模型语义的IEC61968消息作为交互格式，实现ADN能量管理系统内各高级应用、优化算法及数据平台之间或管理系统和其他配电管理业务系统间的信息交互，该交互由IEC61968信息交换总线进行统一路由和管理。

4 结语

将IEC61850引入到主動配电网中当中，以开放式IP网络为基础，采用面向对象的建模技术和MMS技术，提高设备之间的互操作性，将对传统的配网自动化带来比较深刻的变化，推动传统配网向主动配电网过渡。

参考文献

[1] 徐宁.传统电力规约向IEC 61850转换的研究[D].华北电力大学（保定），2006.

[2] 陈羽，徐丙垠，范开俊，等.IEC61850在主动配电网中的应用[J].供用电，2015，32（9）：29-33.