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摘 要:变电站是电网的重要节点,在整个电力系统的运行中是至关重要的。变电站自动化系统的发展关系到我国电力的发展,IEC61850标准在数字化变电站中的应用为电力系统通信的提供了统一的标准协议,使电厂、变电站与调度中心之间的连接通信更加方便快速。
关键词:IEC61850 数字化变电站 变电站自动化系统
中图分类号:TM764 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)11(b)-0093-02
变电站是电网的重要节点,担负着对电能传输和分配进行控制和管理的任务,变电站的安全、可靠运行对电力系统的稳定性及供电可靠性至关重要。过去的几十年中,变电站的一次系统和二次系统都发生了巨大的变化。一次设备除容量增大之外,还呈现出电力电子化、智能化的趋势;二次设备则经历了从电磁式到模拟电路式,再到的微机智能式的发展。这些变化是变电站发展的重要选择,是我国电力系统发展的里程碑式的改变。
1 变电站自动化系统简介
变电站自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计。利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术,实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的门动测量、监控和微机保护以及与调度控制中心通信等综合性的自动化功能。通信系统是变电站自动化系统的基础,为实现变电站自动化系统站内通信网络的开放性和兼容性,最好的办法和途径就是采用标准的通信协议来实现各装置间的无缝通信。
在电力系统通信的早期没有统一的通信协议,电厂、变电站与调度中心之间只是根据简单的约定来实现通信过程,并且通信的内容和要求也没有统一的规定。后来,电力系统通信发展到远动阶段,出现了电力调度通信“四遥”(遥测、遥控、遥调、遥信),分别完成模拟量采集、模擬量调节、数字量采集以及数字量控制的功能。随着世界电力市场的不断发展以及通信技术与计算机技术的突飞猛进,电力系统通信仅仅完成“四遥”已经远远不能满足市场的需求了。IEC61850应运而生,是至今为止最完善的变电站自动化标准,规范二次智能装置的通信模型、通信接口,而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备的通信模型、通信接口。采用IEC61850国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平,节约开发、验收、维护的人力物力,实现完全互操作。
2 基于IEC61850标准的数字化变电站
数字化变电站是由智能化的一次设备(电子式互感器、智能化开关等)和网络化的二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建,是建立在IEC61850通信规范基础上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
2.1 IEC61850标准的优缺点
IEC61850标准是变电站自动化的通信国际标准,为变电站自动化系统所要完成的监视、控制和继电保护等功能提供了完整的信息模型及相关服务。任何标准的制定都是具有两面性的,IEC61850标准也具有其突出的优点和正在努力克服的缺点。
优点:实现通信无缝连接,弱化各厂商设备型号;加强设备数字化应用,提高自动化性能;自定义规范化,可使用变电站特殊要求;集成化规模增大,增强无人值守站可靠性;减少电缆使用量,节约一二次设备成本。
IEC61850标准与传统规约相比较,也突出了它的优越性。传统规约信息体系是扁平的,不同类型信息并列存在,不能体现装置功能的主从关系;传统装置需要通信的内容不能任意配置;传统规约扩展太随意,对于有特殊通信要求的变电站局限较大;传统规约是底层传输,IEC61850是上层用。
缺点:网络依赖性强;站内通信设备抗干扰性对设备运行影响增大。
2.2 基于IEC61850标准的数字化变电站自动化系统的结构
数字化变电站是应用IEC61850进行建模和通信的变电站,数字化变电站体现在过程层设备的数字化,整个站内信息的网络化,以及开关设备实现智能化。
图1所示是变电站自动化系统的接口模型,IEC61850标准将变电站的通信体系分成变电站层、间隔层和过程层三个层次,并且定义了层与层之间的逻辑接口。各层次内部及层次之间采用高速网络通信,通信媒介为网络线或光纤。
三个层次的主要功能分别是以下几点。
(1)过程层。过程层是一次设备与二次设备的结合面,是指智能化电气设备的智能化部分。主要功能分三类:电力运行实时的电气量检测;运行设备的状态参数检测;操作控制执行与驱动。
(2)间隔层。主要功能是:汇总本间隔过程层实时数据信息,实施对一次设备保护控制功能,和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能;对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制;承上启下的通信功能,即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时,上下网络接口具备双口全双工作方式,以提高信息通道的冗余度,保证网络通信的可靠性。
(3)变电站层。主要功能是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库;按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;具有站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能;具有对间隔层、过程层各个设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。
数字化变电站自动化系统的实施将极大降低信息共享的难度和成本,允许智能电子设备间的互操作,有利于实现高性能、低成本的自动化功能。实现这些优点的前提是使用统一通信标准,IEC61850是变电站通信系统的国际标准,其优越性已得到初步证实,并且已经被包括我国在内的多个国家采用为电力系统通信行业标准。因此,基于IEC61850标准构建数字化变电站自动化信息系统是最优选择。
2.4 基于IEC61850标准的数字化变电站的实例运用
2009年1月19日,范村变电站——山西省第一座110kV全数字化变电站顺利进行数字化改造后投运。它是山西省内第一座“两型一化”(资源节约型、环境友好型、工业化)数字化变电站。110kV范村数字化变电站的投运,为山西电网打造坚强智能电网迈出坚实的一步奠定了坚实的基础。
“全站设备的功能和数据传输按IEC61850-9-2协议建模,采用分层分布式结构,设有变电站层、间隔层和过程层;在原有一次设备上加装智能单元,原电磁型互感器更换为光电式互感器或电子式互感器,通过合并器、采集器和100M以太网实现二次系统的网络化;使电流电压的实时状态,断路器设备的实际状态,变压器等一次设备的信息以及控制过程的传输和处理完全数字化。”晋中分公司科信部主任工程师刘玲说到。
范村数字化变电站的改造项目实现了“四个首次”:首次将光学原理的电子式电压互感器应用于实际工程;首次应用EC61850-9-2通信技术;首次实现了EC61850-9-2和GOOSE信息共网传输在变电站网络化二次系统中的应用;首次实现了基于网络化采样值的网络化保护控制技术应用。
这是IEC61850在山西省第一座数字化变电站的成功运用,不仅是山西电力发展的里程碑,也是我国电力事业发展的重要实践。
3 IEC61850标准发展前景
IEC61850标准体现出来的是一种系统的观念,而不仅仅是一个协议。与传统的变电站自动化系统的工程设计和通信实现相比,IEC61850标准更加侧重于统一环境即系统平台的建立,这个平台包括通信平台(模型、接口、性能要求等)、管理平台(参数、工具、文件化等)以及测试平台(系统测试、设备测试、规约测试等),在这个平台上可以实现一致性要求。对于IEC61850标准的研究和应用也是一个系统工程,需要电力工程师和软件工程师之间的协同工作。尽管从目前的实际应用来看,现有的通信体系和协议基本可以满足电力系统的功能需求,并且对于IEC61850标准的研究投资在短期内很难带来经济效益,但是考虑到国际上电力系统的发展趋势,以及随着电力系统的发展所带来的各种问题的激化,对于IEC61850标准的研究和应用还是具有经济价值的。
参考文献
[1] 刘双,戴斌.IEC 61850标准在变电站自动化系统中的应用[J].供用电,2010,27(1):49～51.
[2] 王惠文.基于61850的数字化变电站[J].农网自动化,2009,1:31～32.
[3] 田遐.基于IEC61850的变电站自动化系 统[J].电气开关,2009,5:38～41.
[4] 朱永利,王德文,王艳.基于IEC 61850的电力远动通信建模方法[J].电力系统自动化,2009,32(21):72～76.
[5] 张长明,刘玲.基于IEC61850的数字化变电站远动方案探讨[J].福建电脑,2009,8:23.
[6] 李慧,赵萌,杨卫星,等.应用IEC61850规约的220kV变电所继电保护设计[J].电力系统保护与控制,2009,37(6):60～63.
关键词:IEC61850 数字化变电站 变电站自动化系统
中图分类号:TM764 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)11(b)-0093-02
变电站是电网的重要节点,担负着对电能传输和分配进行控制和管理的任务,变电站的安全、可靠运行对电力系统的稳定性及供电可靠性至关重要。过去的几十年中,变电站的一次系统和二次系统都发生了巨大的变化。一次设备除容量增大之外,还呈现出电力电子化、智能化的趋势;二次设备则经历了从电磁式到模拟电路式,再到的微机智能式的发展。这些变化是变电站发展的重要选择,是我国电力系统发展的里程碑式的改变。
1 变电站自动化系统简介
变电站自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计。利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术,实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的门动测量、监控和微机保护以及与调度控制中心通信等综合性的自动化功能。通信系统是变电站自动化系统的基础,为实现变电站自动化系统站内通信网络的开放性和兼容性,最好的办法和途径就是采用标准的通信协议来实现各装置间的无缝通信。
在电力系统通信的早期没有统一的通信协议,电厂、变电站与调度中心之间只是根据简单的约定来实现通信过程,并且通信的内容和要求也没有统一的规定。后来,电力系统通信发展到远动阶段,出现了电力调度通信“四遥”(遥测、遥控、遥调、遥信),分别完成模拟量采集、模擬量调节、数字量采集以及数字量控制的功能。随着世界电力市场的不断发展以及通信技术与计算机技术的突飞猛进,电力系统通信仅仅完成“四遥”已经远远不能满足市场的需求了。IEC61850应运而生,是至今为止最完善的变电站自动化标准,规范二次智能装置的通信模型、通信接口,而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备的通信模型、通信接口。采用IEC61850国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平,节约开发、验收、维护的人力物力,实现完全互操作。
2 基于IEC61850标准的数字化变电站
数字化变电站是由智能化的一次设备(电子式互感器、智能化开关等)和网络化的二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建,是建立在IEC61850通信规范基础上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
2.1 IEC61850标准的优缺点
IEC61850标准是变电站自动化的通信国际标准,为变电站自动化系统所要完成的监视、控制和继电保护等功能提供了完整的信息模型及相关服务。任何标准的制定都是具有两面性的,IEC61850标准也具有其突出的优点和正在努力克服的缺点。
优点:实现通信无缝连接,弱化各厂商设备型号;加强设备数字化应用,提高自动化性能;自定义规范化,可使用变电站特殊要求;集成化规模增大,增强无人值守站可靠性;减少电缆使用量,节约一二次设备成本。
IEC61850标准与传统规约相比较,也突出了它的优越性。传统规约信息体系是扁平的,不同类型信息并列存在,不能体现装置功能的主从关系;传统装置需要通信的内容不能任意配置;传统规约扩展太随意,对于有特殊通信要求的变电站局限较大;传统规约是底层传输,IEC61850是上层用。
缺点:网络依赖性强;站内通信设备抗干扰性对设备运行影响增大。
2.2 基于IEC61850标准的数字化变电站自动化系统的结构
数字化变电站是应用IEC61850进行建模和通信的变电站,数字化变电站体现在过程层设备的数字化,整个站内信息的网络化,以及开关设备实现智能化。
图1所示是变电站自动化系统的接口模型,IEC61850标准将变电站的通信体系分成变电站层、间隔层和过程层三个层次,并且定义了层与层之间的逻辑接口。各层次内部及层次之间采用高速网络通信,通信媒介为网络线或光纤。
三个层次的主要功能分别是以下几点。
(1)过程层。过程层是一次设备与二次设备的结合面,是指智能化电气设备的智能化部分。主要功能分三类:电力运行实时的电气量检测;运行设备的状态参数检测;操作控制执行与驱动。
(2)间隔层。主要功能是:汇总本间隔过程层实时数据信息,实施对一次设备保护控制功能,和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能;对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制;承上启下的通信功能,即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时,上下网络接口具备双口全双工作方式,以提高信息通道的冗余度,保证网络通信的可靠性。
(3)变电站层。主要功能是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库;按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;具有站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能;具有对间隔层、过程层各个设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。
数字化变电站自动化系统的实施将极大降低信息共享的难度和成本,允许智能电子设备间的互操作,有利于实现高性能、低成本的自动化功能。实现这些优点的前提是使用统一通信标准,IEC61850是变电站通信系统的国际标准,其优越性已得到初步证实,并且已经被包括我国在内的多个国家采用为电力系统通信行业标准。因此,基于IEC61850标准构建数字化变电站自动化信息系统是最优选择。
2.4 基于IEC61850标准的数字化变电站的实例运用
2009年1月19日,范村变电站——山西省第一座110kV全数字化变电站顺利进行数字化改造后投运。它是山西省内第一座“两型一化”(资源节约型、环境友好型、工业化)数字化变电站。110kV范村数字化变电站的投运,为山西电网打造坚强智能电网迈出坚实的一步奠定了坚实的基础。
“全站设备的功能和数据传输按IEC61850-9-2协议建模,采用分层分布式结构,设有变电站层、间隔层和过程层;在原有一次设备上加装智能单元,原电磁型互感器更换为光电式互感器或电子式互感器,通过合并器、采集器和100M以太网实现二次系统的网络化;使电流电压的实时状态,断路器设备的实际状态,变压器等一次设备的信息以及控制过程的传输和处理完全数字化。”晋中分公司科信部主任工程师刘玲说到。
范村数字化变电站的改造项目实现了“四个首次”:首次将光学原理的电子式电压互感器应用于实际工程;首次应用EC61850-9-2通信技术;首次实现了EC61850-9-2和GOOSE信息共网传输在变电站网络化二次系统中的应用;首次实现了基于网络化采样值的网络化保护控制技术应用。
这是IEC61850在山西省第一座数字化变电站的成功运用,不仅是山西电力发展的里程碑,也是我国电力事业发展的重要实践。
3 IEC61850标准发展前景
IEC61850标准体现出来的是一种系统的观念,而不仅仅是一个协议。与传统的变电站自动化系统的工程设计和通信实现相比,IEC61850标准更加侧重于统一环境即系统平台的建立,这个平台包括通信平台(模型、接口、性能要求等)、管理平台(参数、工具、文件化等)以及测试平台(系统测试、设备测试、规约测试等),在这个平台上可以实现一致性要求。对于IEC61850标准的研究和应用也是一个系统工程,需要电力工程师和软件工程师之间的协同工作。尽管从目前的实际应用来看,现有的通信体系和协议基本可以满足电力系统的功能需求,并且对于IEC61850标准的研究投资在短期内很难带来经济效益,但是考虑到国际上电力系统的发展趋势,以及随着电力系统的发展所带来的各种问题的激化,对于IEC61850标准的研究和应用还是具有经济价值的。
参考文献
[1] 刘双,戴斌.IEC 61850标准在变电站自动化系统中的应用[J].供用电,2010,27(1):49～51.
[2] 王惠文.基于61850的数字化变电站[J].农网自动化,2009,1:31～32.
[3] 田遐.基于IEC61850的变电站自动化系 统[J].电气开关,2009,5:38～41.
[4] 朱永利,王德文,王艳.基于IEC 61850的电力远动通信建模方法[J].电力系统自动化,2009,32(21):72～76.
[5] 张长明,刘玲.基于IEC61850的数字化变电站远动方案探讨[J].福建电脑,2009,8:23.
[6] 李慧,赵萌,杨卫星,等.应用IEC61850规约的220kV变电所继电保护设计[J].电力系统保护与控制,2009,37(6):60～63.