IEC61850在电力系统的应用.doc

IEC61850在电力系统中的应用摘要：在变电站自动化技术近20年的发展过程中，随着智能电子设备的普及，形成许多单项自动化系统，这些系统间相对独立，没有直接的电气联系，通常由电力企业不同部门来管理、维护。由于种类繁多，提供的接口和功能各不相同，设备间不能够共享信息，形成“自动化孤岛”问题，不仅增加成本，也影响系统的可靠性，增加用户的维护工作量。目前各种各样的集成方案都不能提供高层次的信息共享。在这样的背景下，国际电工委员会提出了IEC61850标准。这是一个基于网络的通信体系标准，包括面向对象、通信网络、接口和映射、系统和管理项目等多方面的内容。关键词：变电站自动化系统；IEC 61850；互操作性；统一建模；通信模式1.概述随着现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时信息传送量成倍整多，对调度自动化系统和厂站自动化系统的数据通信提出了更高的要求。电力系统的传输规约和传输网络的标准化，是实现可靠快速通信的保证。目前变电站自动化系统通信规约的情况是：一个普通的变电站使用的产品可能是南瑞、东方电子、许继、四方、ABB、GE；采用的规约可能是CDT、60870-5-101、102、103、104、Tase2。几乎每个产品供应商都具有一套自己的标准，整个电网里运行的规约就可能达到上百种。不同厂家的设备不能兼容，需要进行协议转换，增加了工程和培训费用，影响了电力系统综合自动化的发展1。2002年通过的IEC61850变电站通信网络和系统的国际标准草案，IEC61850通信协议对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口(ACSI)，并支持TCP/IP协议，是一个开放的、面向未来的新一代变电站自动化系统通信协议。为在各种自动化系统内部准确、快速地收集、处理并传送从发电厂、变电站到最终用户接口的各种实时信息，提供了一种解决方案。2.IEC61850标准变电站层站级监测单元站级控制单元间隔IED间隔IED隔离开关隔离开关断路器电流互感器电压互感器断路器电流互感器电压互感器间隔层过程层局域网IEC61850将变电站通信体系分为3层，如图1所示：变电站层，间隔层和过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口（ACSI） 映射到制造报文规范（MMS）和基于以太网或光纤网的TCP/IP协议。在间隔层和过程层之间的网络采用多点传输的单向传输以太网结图1基于IEC 61850的变电站自动化系统结构构。所有站内具有通信能力的自动化设备均被看做IED。IEC 61850标准中，变电站内的IED（实现测控，保护等功能）采用统一的协议，通过网络进行信息交换。IEC 61850通信协议对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，IEC 61850提供了80多种逻辑节点名代码和350多种数据对象代码，23个公共数据类（CDC），涵盖了变电站所有功能和数据对象，提供了扩展新的逻辑节点的方法。采用面向对象自我描述方法。采用独立于网络结构的抽象通信服务接口（ACSI），并支持TCP/IP协议，是一个开放的，面向未来的新一代变电站自动化系统通信协议2。3.基于IEC 61850的设备建模方法为了达到通信的要求，IEC61850提供了建立通信数据模型的方法。从变电站的角度出发，可以将每个间隔单元看作一个整体进行建模3，也可以将每一台物理装置作为一个整体建模，从规约的实施方（自动化设备生产厂家）的角度看，后者更为直观，更容易将模型与实际装置结合起来。每个实际装置实际就是一个IED，IED中的每一种功能（如保护功能和各种辅助功能）可以定义为逻辑节点的一个实例，考虑IED实现的功能，一个IED中一般集成有多个逻辑节点。所有逻辑节点的集合再加上辅助服务就构成了逻辑设备（logical device）。则每一个IED均由服务器和应用组成，将服务器（Server）分层为逻辑设备（Logical Device），逻辑节点（Logical Node）,数据对象（Data Object）,数据属性（Data Attributes）。在实际设备中，服务器就是物理装置的通信接口，有相应的通信地址。现场设备（如断路器，电压互感器，电流互感器）的描述性信息就存贮在相应的逻辑节点的属性数据中，即IED的信息模型中，站内其他装置或监XCBRPTRCRRECPDISTCTRTVTRMMXUMMTRIED1IARCIHMIIED2Q0T1T2控中心需要访问这些数据。图2 某线路保护及测量IED信息模型以被保护线路的一整套保护及自动重合闸装置为例，每一套装置就是逻辑设备的一个实例。线路保护装置的所有功能和数据可通过服务器提供和访问4。图2中所示变电站的高压设备断路器Q0，电流互感器T1, 电压互感器T2。图中给出了此间隔内的两台变电站自动化设备IED1和IED2。IED1为此出线的线路保护及重合闸装置，IED2为一台PC机。断路器Q0，电压互感器T1, 电流互感器T2分别采用逻辑节点XCBR，TCTR，TVTR构建，则关于这些设备的信息便可与其它保护信息一样由外部访问。IED1中包括8个逻辑节点，分别为XCBR，TCTR， TVTR，PTRC，PDIS，RREC，MMTR，MMXU，示例IED1中只包括了一种保护功能（距离保护），而实际中一条出线配有多套保护，只需定义不同功能的保护的逻辑节点，并加入IED1的信息模型中即可。IED2中包括2个逻辑节点，为IHMI和IARC，实现监测数据显示等人机交互和文档操作。各逻辑节点的信息描述详见IEC61850 规约，此处不再赘述。IED与现场设备之间的连接由虚线表示，细实线代表各逻辑节点之间的逻辑连接，表明相连的逻辑节点之间有信息交换，粗实线给出了IED1和IED2之间的物理连接，此处，IED1，IED2通过LAN连接，不同IED中的逻辑节点之间的数据交换实际是通过LAN实现的，如图中逻辑节点IARC与MMTR之间。4.基于IEC61850的变电站通信模式56变电站内各IED通过局域网互连在一起。根据IEC 61850标准，他们之间的通信可以划分为两组：采用客户/服务器模式，用于交换控制信息或读取数据，或利用GSE（变电站通用事件）服务以1：1或1：N的模式通信。客户服务器数据服务器数据客户服务器数据物理设备物理设备物理设备客户/服务器模式，客户提出服务请求，从执行该服务的服务器收到确认或响应。客户也可以收到来自服务器的报告指示（Report indications）。每个IED既可作为客户，又可作为服务器，如图3所示。后者采用组播图3 物理设备客户/服务器角色示意图 的方式，可以实现保护IED之间，或一个IED与多个远方IED之间高速、稳定的通信。上述两组通信模式均采用与网络独立的抽象通信服务接口（ACSI），它独立于具体的网络应用层协议，和采用的网络无关，可以通过特殊通信服务映射（specific communication service mapping）的方法映射到不同的通信协议和通信网络，灵活性很高。电力系统生产复杂，信息传输和响应时间要求不同，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络，网络技术的更新速度很快，采用抽象通信服务接口就很容易适应这种变化，只要改变相应的特定通信服务映射（SCSM）即可。如图4中应用过程和抽象通信服务接口是一样的，不同的网络应用层协议和通信栈与不同的SCSM1SCSMn相对应7。应用过程SCSM1SCSM2SCSMnAL1AL2ALnACSI抽象通信服务接口特殊接口应用层Layer1-6图4 ACSI映射至通信栈理论上你可以将ACSI映射到任何规约，但是如果试图将其映射到一个只提供对简单变量读，写，报表服务的规约，将是一项非常复杂和繁重的工作。IEC 61850中定义了ACSI到MMS（制造报文规范）的映射。MMS是由ISO TC184开发和维护的网络环境下计算机或IED之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文规范，也是目前唯一可以很方便的支持IEC61850的复杂的命名和服务的协议。信息模型和ACSI服务被映射到MMS中，然后根据采用的网络添加上相应的低层协议的控制和地址信息，如TCP头信息和IP头信息。接收报文的IED能够根据标志，长度，名称和其他数据解释所收到的信息。当然这一解释需要通信双方采用相同的通信栈或协议子集。控制中心与变电站之间可以通过网关相连实现通信。可通过以下几种可选方式访问变电站数据：由网关/代理提供对变电站内物理设备的直接访问；在网关/代理内定义的逻辑设备中设定数据集收集控制中心所需数据；定义新的逻辑节点类和数据类用于网关/代理内，为控制中心提供变电站数据的镜像。从维护角度看，方式最为有利。方式，相比，方式中，由于将网关/代理和变电站内其他设备同等对待，采用相同的建模的概念和方法，从建模角度看，方式更为有利。采用后两种方法，可以根据控制中心的需要，对变电站数据进行过滤，访问更加灵活。而控制中心和网关/代理及变电站物理设备之间的通信的具体实现与站内各IED之间通信采用相同的方法，采用ACSI映射至具体的网络应用层协议实现。5.结语本文重点从设备建模和通信模式两个方面阐述了IEC 61850在电力系统中的应用。举例说明了IEC61850中定义的建模方法与实际设备及功能如何对应，并对规约中定义的站内设备之间及变电站与控制中心之间的通信方法进行了归纳。为IEC61850标准在变电站自动化系统中的应用提供了参考。参考文献1 茹锋，夏成军，许扬，“IEC 61850标准在变电站自动化系统中的应用探讨，”江苏电机工程，Vol. 23（3），2004：8-122 高湛军，潘贞存，卞鹏，黄德斌，唐毅，“基于IEC 61850标准的微机保护数据通信模型，”电力系统自动化，Vol。27(18)，2003: 4346。3 章坚民，朱炳铨，赵舫，蔡永梁，“基于IEC 61850的变电站子站系统建模与实现，”电力系统自动化，Vol. 28(21), 2004: 43-48.4 Otto Preiss, Alain Wegmann, Towards a Composition Model Problem Based on IEC61850, The Journal of Systems and Software, Vol. 65/3, Elsevier Science, 2003, pp. 227-2365 IEC 61850：Communication networks and system in substations, part 1 to part 10.6 周乐荣，韦岗，“UCA在变电站通信中的分析与应用，”计算机工程与应用，32，2004：202-205。7 谭文恕，“变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍，”电网技术，Vol.25（9），2001：8-11，15。谷光磊，彭海，“变电站远动信息网络传输方法应用分析，”电力系统通信，5，2004：47-50。其中专业理论知识内容包括：保安理论知识、消防业务知识、职业道德、法律常识、保安礼仪、救护知识。作技能训练内容包括：岗位操作指引、勤务技能、消防技能、军事技能。二培训的及要求培训目的安全生产目标责任书为了进一步落实安全生产责任制，做到“责、权、利”相结合，根据我公司2015年度安全生产目标的内容，现与财务部签订如下安全生产目标：一、目标值：1、全年人身死亡事故为零，重伤事故为零，轻伤人数为零。2、现金安全保管，不发生盗窃事故。3、每月足额提取安全生产费用，保障安全生产投入资金的到位。4、安全培训合格率为100%。二、本单位安全工作上必须做到以下内容： 1、对本单位的安全生产负直接领导责任，必须模范遵守公司的各项安全管理制度，不发布与公司安全管理制度相抵触的指令，严格履行本人的安全职责，确保安全责任制在本单位全面落实，并全力支持安全工作。 2、保证公司各项安全管理制度和管理办法在本单位内全面实施，并自觉接受公司安全部门的监督和管理。 3、在确保安全的前提下组织生产，始终把安全工作放在首位，当“安全与交货期、质量”发生矛盾时，坚持安全第一的原则。 4、参加生产碰头会时，首先汇报本单位的安全生产情况和安全问题落实情况；在安排本单位生产任务时，必须安排安全工作内容，并写入记录。 5、在公司及政府的安全检查中杜绝各类违章现象。 6、组织本部门积极参加安全检查，做到有检查、有整改，记录全。 7、以身作则，不违章指挥、不违章操作。对发现的各类违章现象负有查禁的责任，同时要予以查处。 8、虚心接受员工提出的问题，杜绝不接受或盲目指挥；9、发生事故，应立即报告主管领导，按照“四不放过”的原则召开事故分析会，提出整改措施和对责任者的处理意见，并填写事故登记表，严禁隐瞒不报或降低对责任者的处罚标准。 10、必须按规定对单位员工进行培训和新员工上岗教育；11、严格执行公司安全生产十六项禁令，保证本单位所有人员不违章作业。 三、 安全奖惩： 1、对于全年实现安全目标的按照公司生产现场管理规定和工作说明书进行考核奖励；对于未实现安全目标的按照公司规定进行处罚。 2、每月接受主管领导指派人员对安全生产责任状的落8