基于IEC61850的配網(wǎng)自動化開放式通信體系.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對供電可靠性的要求越來越高。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中面向最終用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是目前制約供電可靠性提高的瓶頸所在。加強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)，實(shí)施配網(wǎng)自動化，解決配電網(wǎng)“盲管”問題，對于提高供電質(zhì)量，保障社會經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。近年來，智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的興起又進(jìn)一步推動了配網(wǎng)自動化的建設(shè)。配電網(wǎng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是終端設(shè)備點(diǎn)多面廣，這就導(dǎo)致了配網(wǎng)自動化建設(shè)和維護(hù)的成本都很高。目前采用的通信規(guī)約只解

2、決了數(shù)據(jù)傳輸問題，數(shù)據(jù)含義(來源)不明，數(shù)據(jù)之間缺少必要的關(guān)聯(lián)關(guān)系，終端設(shè)備缺乏自描述功能。如何實(shí)現(xiàn)大量配網(wǎng)自動化設(shè)備的有效接入和減少維護(hù)的工作量，一直是困擾配網(wǎng)自動化發(fā)展的一大難題。
　　 IEC61850為變電站自動化提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)不同智能設(shè)備之間的互操作提供了基礎(chǔ)。本文將IEC61850的技術(shù)和方法應(yīng)用到配網(wǎng)自動化中，并結(jié)合目前廣泛使用的IEC60870-5-104標(biāo)準(zhǔn)，建立一套開放式的通信體系，力圖解決配電終端

3、之間、配電終端與主站之間的通信問題，最終實(shí)現(xiàn)配電終端的即插即用，減少施工和維護(hù)的工作量。具體研究內(nèi)容包括：
　　 (1)分析了IP網(wǎng)絡(luò)在配網(wǎng)自動化中的應(yīng)用和性能，認(rèn)為IP網(wǎng)絡(luò)是目前配網(wǎng)自動化的發(fā)展方向，能夠滿足配網(wǎng)自動化通信的要求。通信網(wǎng)絡(luò)是配網(wǎng)自動化通信體系的基礎(chǔ)，采用IP網(wǎng)絡(luò)有助于實(shí)現(xiàn)配電終端之間的對等通信，可以更多的使用標(biāo)準(zhǔn)的通信設(shè)備，簡化配電自動化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。配網(wǎng)自動化使用分層的IP網(wǎng)絡(luò)，變電站與控制中心之間為主干網(wǎng)絡(luò)、

4、配電終端與變電站之間為分支網(wǎng)絡(luò)，分析了主干網(wǎng)絡(luò)和分支網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量。采用OPNET進(jìn)行仿真，結(jié)果表明采用光纖通信的IP網(wǎng)絡(luò)，報(bào)文的傳遞時(shí)間<10ms，完全能夠滿足配網(wǎng)自動化的需要。在已建成的廣州供電局配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，采用了IP通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)踐證明報(bào)文的傳遞時(shí)間(光纖通道<1s，GPRS通道<2s)滿足要求。
　　 (2)建立了以IEC61850為基礎(chǔ)的配網(wǎng)自動化通信體系。總結(jié)分析了配網(wǎng)自動化通信體系的需求，包括通信接口、通信性能

5、、數(shù)據(jù)刷新周期、配電終端的規(guī)模，將配網(wǎng)自動通信系統(tǒng)分為主站層、饋線層、終端層、過程層，提出了以IEC61850為基礎(chǔ)，并結(jié)合其它通信規(guī)約的開放式配網(wǎng)自動化通信體系。對IEC61850的配置語言進(jìn)行了相應(yīng)的擴(kuò)展，增加了對饋線、環(huán)網(wǎng)柜的描述。論述了采用IEC61850的配網(wǎng)主站與配電終端之間、配電終端與配電終端之間通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
　　 (3)結(jié)合配網(wǎng)自動化的特點(diǎn)，擴(kuò)展了IEC61850的邏輯節(jié)點(diǎn)，建立了配電終端的信息模型。分析了配

6、網(wǎng)自動化中的通信的功能應(yīng)用，認(rèn)為大部分功能可以采用IEC61850-7-4的邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模，對于配網(wǎng)自動化中特有的小電流接地故障選線和定位結(jié)合目前常用的幾種算法，建立了相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)。在使用這些邏輯節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立了柱上開關(guān)FTU、環(huán)網(wǎng)柜FTU、配變TTU、小電流接地選線裝置等智能設(shè)備的設(shè)備信息模型。
　　 (4)增加了Discover/Register模型，用于實(shí)現(xiàn)配電終端的即插即用。分析了配網(wǎng)自動化通信體系的信息交換模型，

7、認(rèn)為大部分可以采用IEC61850-7-2的抽象服務(wù)模型ACSI。為了實(shí)現(xiàn)配電終端與配網(wǎng)自動化主站之間的即插即用，提出了Discover/Register模型，用于主站發(fā)現(xiàn)新的配電終端和配電終端主動上報(bào)信息。
　　 (5)將配網(wǎng)自動通信體系的信息模型和信息交換模型映射到標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約上。將Discover/Register模型采用ASN.1表示，采用UDP通信，映射到IP網(wǎng)絡(luò)。分析了GOOSE模型的實(shí)時(shí)性，提出了GOOSE模型的

8、UDP映射方式，認(rèn)為在配網(wǎng)自動化中UDP通信能夠滿足實(shí)時(shí)性的需求。對于核心服務(wù)可以采用MMS映射、Web Services映射、IEC60870-5-104映射。重點(diǎn)論述了Web Services映射和IEC60870-5-104映射，認(rèn)為 Web Services映射適合進(jìn)行信息模型的傳輸，IEC60870-5-104映射適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將這兩種映射相結(jié)合比較適合于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。
　　 (6)開發(fā)試驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證了本文提出的通

9、信體系的可行性。試驗(yàn)系統(tǒng)包括配網(wǎng)主站配電終端數(shù)據(jù)采集模塊Manager樣機(jī)、配電終端FTU樣機(jī)。Manager采用Visual C++編程實(shí)現(xiàn)了配電終端的自動發(fā)現(xiàn)、信息模型獲取、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收等功能。FTU樣機(jī)在科匯公司PZK-3平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了注冊、信息模型發(fā)送、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。
　　 總結(jié)本文的主要研究工作，取得的創(chuàng)新性成果主要包括：
　　 (1)建立了基于IEC61850的配網(wǎng)自動化通信體系。該體系采用IEC6

10、1850的信息模型和信息交換模型，Web Services傳輸信息模型，IEC60870-5-104傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
　　 (2)針對于配網(wǎng)自動化的特點(diǎn)，擴(kuò)展了IEC61850的邏輯節(jié)點(diǎn)，定義了小電流接地故障選線、定位邏輯節(jié)點(diǎn)，建立了FTU的信息模型，擴(kuò)展了IEC61850的應(yīng)用范圍。
　　 (3)建立了發(fā)現(xiàn)/注冊模型，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)與配電終端之間的即插即用。主站通過發(fā)現(xiàn)(Discover)命令召喚終端設(shè)備信息，