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IEC61850与数字化变电站任雁铭内容提要IEC61850介绍IEC61850国内外应用现状数字化变电站关键技术分析四方公司的工程实践IEC61850技术-背景全称《变电站通信网络和系统》，规范了变电站内IED之间的通信行为。由IECTC57制订（1995~2004）。中国等同引用为DL/T860系列。目标“一个世界，一种技术，一个标准”。代表了SAS技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个普通通信协议。IEC61850与数字化变电站的关系“一次设备智能化，二次设备网络化”通信是数字化变电站的关键IEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案IEC61850技术-信息模型模型-通信传输的内容原则：IEC61850使用动态方法。采用面向对象建模方法，提供了基本素材，使用者可灵活采用建立自己的模型，也允许扩展。优点：1）能够满足各种IED的个性化需求；2）能够互操作；缺点：实现复杂，对硬件要求高。IEC61850技术-信息模型IEC61850数据组织示例：PhysicalDevice(networkaddress)LogicalDevice(e.g.Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAVLogicalNodesFunctionalConstraint“MMXU2$MX$A”=Feeder#2CurrentMeasurementsIEC61850技术-通信服务通信服务-数据访问的方法IEC61850定义了60多种服务，可满足数字化变电站通信需求。特点：1）支持在线获取数据模型；2）支持保护设备之间横向通信（GOOSE报文）。IEC61850技术-通信服务传统IED之间沟通方式：IEC61850技术-通信服务IED之间逻辑互锁：61850GOOSEIEC61850技术-通信网络IEC61850使用以太网技术。总线型和环网以及双网或单网等多种形式。以太网交换机必须支持优先级设置（IEEE802.1Q）和虚拟局域网（VLAN，IEEE802.1P）。IEC61850技术-工程配置语言SCL基于XML技术，IEC61850定义了一种变电站配置语言（SCL），描述变电站自动化系统与一次开关场之间的关系及IED配置情况。SCL提供了统一工程数据格式。SCL-实现了不同厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程。IEC61850技术-一致性测试开始静态一致性检查选择和参数化基本关联测试能力测试行为测试动态测试结果分析测试报告输出结束PICSMICSPIXIT静态一致性要求动态一致性测试一致性测试组信息测试人工干预控制流数据流IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-发展IEC61850技术-获得互操作性的途径统一数据模型统一服务模型统一通信协议统一物理网络统一工程数据交换格式统一一致性测试标准IEC61850技术-与现有技术比较互操作性数据模型通信协议工程配置过程影响范围IEC61850应用现状-国外IEC于2004年正式发布IEC61850。目前国际主要厂商产品都支持IEC61850变电站层、间隔层应用比较多，过程层比较少。市场对IEC61850技术反应积极。IEC61850应用现状-国外2006年8月巴黎CIGRE会议，UCAING组织了13个厂商通过IEC61850进行产品的互联展示IEC61850应用现状-国外ABB在CIGRE的展台：IEC61850应用现状-国外ABB三层结构：调度中心(NCC)间隔层过程总线层变电站层变电站总线(LAN)过程总线(LAN)变电站主机StationgatewayProtection过程总线接口ProcessInterfaceControl保护控制Control&ProtectionEngineeringstationIEC61850应用现状-国外ABB三层结构：IEC61850应用现状-国外SIEMENS在CIGRE的展台：IEC61850应用现状-国外AREVA在CIGRE的展台：IEC61850应用现状-国外AREVA在CIGRE的展台：IEC61850应用现状-国外AREVA在CIGRE的展台：IEC61850应用现状-国内DL/T860出版。成功进行了6次互操作实验。检测机构同步成长2层结构已经有一些工程实例。3层结构在积极探索。IEC61850应用现状-国内2层结构1）目前国内主要厂家能够提供二层结构的IEC61850变电站的技术方案。2）方案主要包含变电站层的监控系统、远动系统，间隔层的各种保护装置、测控装置等，用于工程实施的系统配置工具。3）主要采用双总线以太网架构。为了满足GOOSE的需求，使用支持IEEE802.3P/Q标准的以太网交换机。4）国内主要厂家的通信服务基本没有问题。在对IED建模方面，大家还存在一些差异。IEC61850应用现状-国内2层结构发展趋势很快会在国内普及。IEC61850应用现状-国内3层结构1）非传统互感器（ECT/EPT，或OCT/OPT）取代电磁型互感器。传统断路器+智能终端2）网络化保护/测控装置。IEC61850应用现状-国内3层结构控制中心监控主机远动主站交换机路由器r站控总线保护A测控单元r光电互感器保护B保护A测控单元传统一次设备保护BIEC61850-9-1IEC61850-8智能终端传统一次设备间隔层过程层r站控层r光电互感器IEC61850应用现状-国内3层结构智能终端基本功能：1）通过过程总线接口给间隔层设备提供电气信息，接受间隔层设备的跳合闸等控制命令；2）各断路器的智能终端输入开关位置、低气压、刀闸位置等状态量，输出跳合闸命令，含操作回路；3）本体智能终端输入非电量、中性点刀闸位置、档位等信号，输出档位控制、中性点刀闸控制和风扇控制等接点。IEC61850应用现状-国内3层结构存在问题：1）传统断路器+智能终端方式在技术上比较受限制，智能开关技术发展不快。2）国内非传统互感器运行时间短，经验少，其可靠性需要进一步考察；3）与过程层配套的网络化间隔层IED运行时间短，经验少，还需要进一步观察。4）间隔层的组网方式还不成熟，有用IEC61850-9-1点对点方式的，也有用IEC61850-9-2方式的。IEC61850应用现状-国内3层结构三层结构是技术发展的趋势。目前还存在不少技术问题需要解决。IEC61850应用现状-国内中国IEC61850互操作实验成果国内主要厂商IEC61850标准的研发和开发已经取得重大进展。国内参加试验的大多数厂家的研究水平已基本与国外厂家处于同一水平。电科院检测中心作为IEC61850检测单位积累了的IEC61850检测经验，掌握了IEC61850的检测技术，为IEC61850在中国的推广做好了准备。IEC61850应用现状-国内IEC61850工程实施规范由国调中心牵头组织有关单位正在编写《IEC61850工程应用规范》。关键问题分析-一次设备可靠性和使用寿命新型一次设备使用了电子电路，使一次设备的可靠性、稳定性以及使用寿命都成为人们关注的焦点。与传统设备相比，新设备工程运行时间不长，还需要继续观察。关键问题分析-设计规程现有变电站设计规程对于CT二次线圈的配置是有要求的，对于保护的配置也有一定的原则。在数字化条件下，需要做部分调整。关键问题分析-设计规程数字化变电站二次设计输出端子接线图形式将发生变化。可使用虚端子法。关键问题分析-检测方法和运行规程新型一次设备对外实现了数字化接口，组合电器又将隔离开关和接地刀闸、EVCT集成到GIS罐体中，使得现有检测方法和运行规程不适应，需要做调整。保护、测控装置之间通过GOOSE进行逻辑配合，已经没有硬连线。关键问题分析-间隔层设备网络化IED硬件和软件需要改造，以适应与一次设备的接口。关键问题分析-过程层以太网交换机EMC要求非常高。IEEE802.1p和IEEE802.1q协议。关键问题分析-保护算法需要调整对于只使用单个间隔数据的保护，没有什么影响。对于使用多个间隔甚至线路对侧数据的保护，例如：变压器保护、母线保护和光纤纵差，都涉及到同步以及算法调整的问题。对于差动保护，例如变压器保护，如果一侧为电子式CT，另一侧为传统电磁式CT。由于2种互感器的特性不一样，情况会更加复杂。关键问题分析-测控装置原有的硬件频率跟踪等算法不再适用，需要使用新的算法。此外，开入、开出不再自行采样，而是直接获得数字量结果，测控装置要做相关调整。关键问题分析-辅助装置电压切换箱备自投关键问题分析-电度计量需要使用支持数字接口的新型电度表。关键问题分析-PMU在使用PMU的数字化变电站中，时间同步源的技术指标和要求要按照PMU要求进行配置。关键问题分析-录波器以及保护故障信息系统在数字化变电站条件下，对故障信息子站的影响主要体现在信息输入和组织方式的变化。要求故障信息子站能够以IEC61850方式接入并处理站内保护装置的信息。随着IEC61850的应用，故障信息子站的保护信息接入越来越规范，将逐步结束现在各个协议并存的混乱局面，子站保护接入的工作将更容易开展。关键问题分析-检测设备以及网络记录分析工具从工程现场验收、检测，到厂家在开发过程中的自我验证，都需要相关的仪器设备支持。目前的主要手段是动模、继电保护测试仪和RTDS等。在数字化变电站条件下，这些仪器需要做一些调整，以适应新的需求。需要通信记录和分析工具。四方公司的实践-前期预研2004年3月四方公司完成了IEC61850DEMO系统的研发工作。2002年开始过程层研发。四方公司的实践-工程实用化2005年11月完成工程实用化。CSC-2000（V2）变电站自动化系统全面支持IEC61850标准。四方公司的实践-检测2005年11月CSC-2000（V2）变电站自动化系统在中国电力科院通RTU检测中心通过了检测。这是在检测中心通过检测的第一套支持IEC61850的系统。2007年1月6大类间隔层IED通过了检测。四方公司的实践-鉴定2005年11月12日，CSC-2000（V2）变电站自动化系统通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。这是国内通过鉴定的第一套支持IEC61850的系统。四方公司的实践-V2系统涉及范围变电站层、间隔层众多设备。变电站层：当地监控、远动，及系统工具软件。间隔层：保护装置、测控装置，及工具软件四方公司的实践-监控系统在UNIX/Windows平台上开发，能够完成IEC61850客户端通信功能。特点：接入IEC61850的同时能够兼容现有协议，能够较好满足IEC61850过渡期的需求。四方公司的实践-远动系统在嵌入式远动主站上开发。能够完成IEC61850客户端通信功能。特点：接入IEC61850的同时能够兼容现有协议，能够较好满足IEC61850过渡期的需求。四方公司的实践-系统配置工具按照IEC61850-6标准，设计系统配置器，该工具能够以设备能力描述文件（ICD）和系统描述文件（SSD）为输入，经过系统集成商的干预，输出供监控系统和远动使用的系统配置文件（SCD）和间隔层装置配置描述文件（CID）。特点：使用方便，具有跨平台能力。四方公司的实践-IED通信管理插件为了满足在装置内运行IEC61850的需要，采用最新的嵌入式软硬件技术，设计了保护/测控通用的新型通信管理插件。特点：1）接口丰富，处理能力强；2）操作系统先进，运行稳定。四方公司的实践-IED61850实现在新型通信管理插件上实现，装置内其他插件软件不改动，使装置具有良好的兼容和安全稳定性。特点：支持多种协议，适应性强，能够满足IEC61850过渡期的需求。CSC2000(V2)的IEC61850互操作实验参加了6次国内互操作实验。2006年2月27~28日在AREVA上海工厂与C264、P139两种装置进行了实验。