《電子技術應用》
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未來智能電網的“神經脈絡”

2015-06-13
作者:致遠電子

  摘要:IEC61850協(xié)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(tǒng))在電力系統(tǒng)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(xié)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(tǒng)、故障信息管理系統(tǒng),電能計量系統(tǒng),電能質量監(jiān)測系統(tǒng),一次設備的在線監(jiān)測系統(tǒng),各系統(tǒng)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(xié)議不便于自動化系統(tǒng)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(xié)議,還包括通信網絡性能、對象建模、系統(tǒng)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。

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  IEC61850協(xié)議核心體系主要包括:SV協(xié)議、GOOSE協(xié)議、MMS協(xié)議。
  SV協(xié)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(tǒng)的電壓、電流被轉換為數(shù)字信號,經過光纖或網絡傳遞給二次設備,實現(xiàn)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(xiàn)上,直接將應用數(shù)據(jù)映射到數(shù)據(jù)鏈路層,對實時性要求極高。
  GOOSE協(xié)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(xiàn)上,直接將應用數(shù)據(jù)映射到數(shù)據(jù)鏈路層,對實時性要求極高。
  MMS協(xié)議:MMS協(xié)議是IEC61850中最為復雜的協(xié)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(tǒng)、控制中心等,服務器指一個或幾個實際設備或子系統(tǒng)。如圖1和圖2所示,由于MMS協(xié)議目前主要應用在變電站層與間隔層之間,在實現(xiàn)方式上通過TCP/IP協(xié)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(shù)達到1000頁之多,描述上難免出現(xiàn)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(xiàn)信息的高度集成和共享,采用統(tǒng)一的平臺和模型,以實現(xiàn)電網內設備和系統(tǒng)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。
 

QQ截圖20150613212024.png致遠電子

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