基于IEC-61850标准的数字化开闭所建设

摘要:结合国家新近推出的DL/T860(IEC61850)变电站通讯网络和系统标准,提出建设基于IEC61850标准的开闭所,不仅能大幅提高配网的自动化水平和供电可靠性,而且能为企业和用户带来直接的经济效益和社会效益。

Abstract: Combined with the State newly introduced DL/T860(IEC61850)standards for substation communication networks and systems,it proposed the building of open and close stationbased on the IEC61850 standard which not only can greatly improve the automation of distribution network and power supply reliability,but also can directly bring the economic and social benefits to enterprises and users.

关键词:IEC61850;可编程;开闭所;GOOSE

Key words: IEC61850;programmable;open and close station;GOOSE

中图分类号:TM63 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)12-0207-02

1IEC61850标准简介

IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准,它是由国际电工委员会(IECTC57) 的三个工作组 (WG10/11/12)负责制定的。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准,其中主要包括:IEC870-5-101远动通信协议标准;IEC870-5-103继电保护信息接口标准等。IEC61850标准将变电站通信体系分为三层:变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备(IED,测控单元和继电保护)均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。IEC61850的特点是:面向对象建模;抽象通信服务接口;面向实时的服务;配置语言;整个电力系统统一建模等。

2IEC61850标准在开闭所的实际应用

本溪钢铁集团冶金渣公司于2009.6月同北京天能继保电力科技有限公司合作,从天能继保引进了一套基于IEC61850标准的数字化变电站综合自动化系统,该系统基于面向对象的设计理念,保护和控制功能完全按照IEC-61850-7-4的要求建模,完全实现标准开放、未来可扩展、易于升级、柔性化的系统框架设计方法。

2.1 系统总体介绍

项目的主接线图如图1:

如图1所示,系统中有两路进线,配置两个进线保护单元DSI-5111,两段母线之间配置一个母联间隔保护DSI-5111,共有7条出线单元,其中两条电容器出线配置两个电容器保护单元DSI-5141,两条电动机出线配置两个电动机保护单元DSI-5151,三条变压器出线单元配置三个所用变压器保护单元,每个单元划分为一个IED,系统内信息的传输采用基于TCP/IP工业以太网的IEC61850规约。

2.2 IED建模

在每个IED中,根据功能需求划分不同的逻辑节点,并定义每个逻辑节点的数据对象、数据属性、需要实现的功能操作等。

2.3 IED配置

将设计好的逻辑节点在配置工具DSI5000中设计对应的节点模型,设定各节点之间的连接关系,并生成对应的配置描述文件,最后通过ftp工具下传到IED物理设备中就完成了该IED的配置工作。

2.4 配置文件

配置文件完全遵守IEC61850-6标准,采用XML描述语言,该标准的实施使得变电站自动化设备具有了自描述、自诊断的特性,极大地方便了系统的集成。上述DSI-5111的部分XML文件如下:

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3基于IEC61850标准的系统扩展功能

在本钢冶金渣公司投入运行的基于IEC61850标准的保护自动化系统中,对电动机保护、接地变压器保护、线路保护、电容器保护等保护功能的配置完全覆盖了国家有关标准和用户投入的功能,无需另外介绍,但在数字化变电站中,由于所有的间隔设备(IED)都挂接在公共的TCP/IP网络上,采用MMS和GOOSE传输协议,各IED设备可以共享所有的数据,每个IED设备都可以得到其想要的信息,而不需要增加额外的电缆连接,这使得一些原来希望增加但只能采购独立设备来实现的功能得以实现。

3.1 母线保护功能

3.2 备用电源自投功能

3.3 断路器之间连锁功能

3.4 故障录波功能

由上面的叙述可以看出,基于IEC61850标准的数字化变电站采用通用网络信息平台,采用者/订阅者模式,网内设备可以订阅需要的信息,不再受制于具体设备的资源限制,达到信息共享,而且系统采用GPS实时对时,保证数据的同时性,从而可以实现更多复杂的功能,除了上面叙述的主要功能外,另外诸如微机五防功能、电能计量功能、电能质量分析功能等都可以考虑在整个系统框架下实现。

4基于IEC61850数字化开闭所存在的问题

基于IEC61850的数字化开闭所设计主要体现在变电站层、间隔层、过程层三个层次的设计中,存在的问题主要集中在以下几个方面:

4.1 过程层数字化问题

过程层数字化设备主要包括数字式互感器、智能开关设备,主要存在以下三个方面的问题:

①此类设备目前成本很高,尤其相对于110KV及以下系统;

②一次设备智能化还缺少标准或实施细则,这导致各厂家设备兼容性差;

③实时性很强、数据量很大的数字化模拟量数据给网络的实时性和可靠性提出很高要求(实现共享的过程层网络应该为1000兆),且使变电站通讯网络设备造价很高。

所以从经济性和可实施性的角度看110KV及以下变电站没有必要进行过程层的数字化,而且在国际上过程层数字化也在摸索试验阶段。低压变电站的数字化主要集中在间隔层和变电站层。

4.2 开放式数字化变电站的安全问题

数字化变电站综合自动化系统基于开放的、标准的网络技术之上,所有的供应商都可以开发基于因特网的应用程序来监测、控制或远方诊断,但是带来的问题是可能导致计算机控制系统的安全性降低。对于电力系统这样一个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言,安全问题尤其突出[3]。

4.3 对运行和维护人员提出了更高的要求

由于数字化变电站与传统变电站有很大不同,传统变电站内通讯一般采用过程总线的方式,通讯规约简单,维护方便;而数字化变电站是基于以太网的网络通讯变电站,通讯规约基于IEC61850标准,相对比较复杂,因此运行和维护人员不仅需要具有传统继电保护运行维护经验,还需要具有丰富的网络知识和经验,并且需要精通IEC61850规约报文,因此对运行和维护人员提出了更高的要求。

5结论

本文论述了基于IEC61850标准的数字化变电站的主要特点,并主要探讨了将其应用于基于厂用电的开闭所建设中所带来的效益和面临的问题。

在国家建设智能电网的大背景下,数字化变电站是智能电网的基础,虽然目前仍然存在很多问题和需要深入研究的方面,但数字化变电站给用户、社会带来的效益是非常明显的,不仅可以节省大量的人力物力成本,而且可以避免大量人为故障,提高供电可靠性和供电质量,这在资源日益紧张的今天,显得尤为重要。目前数字化变电站的实现主要应用在110KV及以上高电压等级的变电站中,但是低压开闭所或厂用电变电站目前普遍存在设备相对落后、自动化程度低的特点,当前配网自动化的步伐正在加快,如何能够提高低压变电站的自动化水平和供电可靠性,基于IEC61850的数字化变电站的引入给我们提供了一条明确的道路。

参考文献:

[1]DL/T860.1-2004 变电站通讯网络和系统[Z].

[2]顾坚,张国秦,江宏.厂站继电保护的信息管理系统[J].供用电,2004,21(3):24-27.

[3]苏麟,周小勇.建设数字化变电站必要性和亟待解决的问题[J].江苏电机工程,2007,26(8):14-16.

[4]赵跃华,王纪志,周涛,等.基于IEC61850标准的工程开发方法研究[J].计算机工程与设计,2009,30(12).