IEC61850Ed 2在电力系统通信中的应用

【摘要】IEC 61850作为最新的变电站通信领域国际标准于2003年起陆续、修订以及增改。最初其应用于变电站内部通信系统，但逐步发展至其他领域，比如水电站控制系统。本文研究了IEC61850的核心内容、其在电力系统不同领域的应用以及对其未来的展望。

【关键词】IEC 61850；变电站；保护；协议；电力系统通信

1、简介

现代电力自动化系统的正常运作依赖于可靠、稳定的信息交互，包括自动化系统内部通信以及与其他自动化系统的通信。国际电工委员会制定IEC61850的目的即在于规范电力自动化系统的通信。

IEC61850定义了一系列的抽象通信服务用于IED、本地人机接口以及控制中心之间的信息交互。这些服务需要通过抽象通信服务接口映射至具体的网络协议中进行通信，IEC61850推荐采用MMS和TCP/IP协议【1】。

2、IEC 61850在变电站中的应用

本节将基于变电站自动化系统的某些典型功能来分析IEC61850的通信服务，以及如何利用IEC61850的逻辑节点以及数据对某个功能进行建模。

2.1断路器的控制与监视

以变电站中的断路器为例。间隔层IED通过数字开出连接到开关线圈，通过数字开入连接到位置指示。操作命令从站控主机通过IEC 61850站层总线发送到间隔层IED。收到操作请求后，判断联锁条件，间隔层IED激活开关线圈进行相关操作，通过位置指示判断操作结果，最终返回相关信息给站控主机【2】。

该功能相关的IEC 61850数据模型如图1所示。站控主机通过对逻辑节点CSWI来操作断路器的，而逻辑节点XCBR用来抽象模型化来自断路器的信息，逻辑节点CILO提供关于开、关断路器所需要的联锁信息【3】。

站控主机发出对数据对象“CSWI.Pos.stva”的操作请求后，间隔层将先检查联锁信息，若联锁信息提示允许动作，将激活连接到断路器开路线圈的输出。然后，间隔层控制器监视断路器的位置信息。如果操作成功，则向站层控制器发送一个命令结束报文（CmdTerm）。

另一方面，断路器的位置变化信息需要及时上送站控主机。IEC61850定义了报告模型以实现此功能。间隔层IED上一般配置有报告控制模块，用于监视某数据集。例如在我们的例子里面数据CSWI.Pos.stVal的值发生了变化，IED将发送相关信息至站控主机。

2.2电流和电压的采样

通过CT和VT对一次侧电流电压进行采样后，得到的数字采样值需传输到对应IED，计算电流、电压幅值与角度、有功和无功功率等。图2通过数据模型解释了上述过程。逻辑节点TCTR和TVTR是单相电流互感器和电压互感器的抽象模型。逻辑节点MMXU代表计算结果，图中显示的是相电压。IEC61850支持利用通信网络直接传输来自CT/VT数字采样值到间隔层IED。

采样值的传输对实时性要求很高，特别是采样值用于保护功能的时候。IEC 61850-5要求传输延时不能大于3毫秒。另外还规定采样值报文必须传输到多个接收端。客户/服务器模型或网络7层模型不能达到以上要求。因此，服务利用了多播机制，并映射ASN.1编码的报文到以太网，并采用了优先级机制以保证实时性【4】。

3、IEC 61850在变电站外部的应用

3.1IEC61850在发电领域的应用

发电领域中有三个方向利用了IEC61850的基本概念来进行面向对象的域建模。

IEC 61850-7-410，该标准用于监视和控制水力发电厂的通信。这个标准中定义了电力系统功能的逻辑节点：各种控制功能，跟发电机励磁相关的功能。这些新的逻辑节点并没有针对水力发电厂，而是面向各种大型发电厂。

IEC 61850-7-420-分布式电源的通信系统（DER），是用于不同DER设备和控制系统之间的信息交互。这个标准定义了一个普通DER系统的逻辑节点以及往复式动力机（汽轮机）、燃料电池、光电伏系统或热电结合设备这类DER相关设备的模型。

IEC 61400-25系列定义了用于风力发电厂组件与SCADA系统之间通信的逻辑节点。

3.2IEC61850在广域通信的应用

IEC 61850可应用于变电站之间或者变电站与控制中心之间的广域网通信。

1.保护功能，如线路电流差动保护、有允许和闭锁方案的距离保护、方向和相位比较式保护、联锁分闸、广域预言保护和变电站完整保护方案。

2.控制功能，如自动重合闸、联锁、交叉触发、甩发电机或负荷、失步检测和拓扑结构确定高压网络。

IEC61850-90-2论述了利用IEC61850实现变电站与远方控制中心或其他电力系统层面的通信。

4、结论

IEC 61850作为当前最为全面、统一的变电站通信领域国际标准，得到了越来越广的应用，从变电站内部通信领域扩展至电力系统中的其它自动化领域，如发电控制系统、广域通信与保护等。本文研究了IEC61850在上述领域的应用，并重点讨论了相关的关键技术。

参考文献

[1]杨俊伟.IEC61850 通信体系的研究和实践[D].北京：华北电力大学，2005.

[2]薛诚星.电力系统通讯协议及 IEC61850 体系的研究与应用[D].厦门：厦门大学，2007.

[3]IEC 61850-7-1变电站和馈线设备的基本通信结构（S） 第7-1部分：原理和模型.

[4]IEC 61850-7-2变电站和馈线设备的基本通信结构（S） 第7-2部分：抽象通信服务接口.