数字化变电站自动化系统中IEC61850标准的应用研究

摘  要：IEC61850标准的实现是数字化变电站自动化系统的基础，同时也是将来自动化系统的发展方向。变电站自动化系统以IEC61850标准为基础，可以缓解长时间干扰电力自动化系统用户及相关设备制造商的系统联网、设备连接问题，进而带来巨大的经济效益。鉴于此，本文主要研究分析IEC61850标准在数字化变电站自动化系统中的应用情况。
关键词：数字化变电站；IEC61850标准；自动化系统；应用
引言：
变电站是电网的重要节点，它具有传输分配、调控管理电能的功能，整座变电站的安全、稳定运行直接影响到电力系统的供电可靠性、稳定性。变电站自动化系统的发展直接影响着我国电力事业的发展，而IEC61850标准在数字化变电站中的应用，可以为电力系统通信提供统一的标准协议，进一步促使电厂、变电站及调度中心三者之间的连接通信更便捷。
1变电站自动化系统概述
所谓变电站自动化指的是将变电站中的所有二次设备，主要包括继电保护、测量仪表、自动装置、信号系统等通过功能组合、优化设计；然后借助现代化通信技术、网络电子技术、信号处理技术等，适时监测、调控变电站的重要设备，输配电线路的门动等各种自动化功能。所有变电站自动化系统的基础是通信系统，为了确保变电站自动化系统内所有通信网络的兼容性、开放性，可借助标准通信协议促使各个装置之间实现无缝通信。
早期的电力系统通信基本没有统一性的电信协议，整座变电站、电厂及调度中心之间单纯地根据约定完成整个通信流程，更没有统一规定通信内容与通信要求[1]。随着电力系统通信的进一步发展，直至后来的远动环节，产生了电力调度通信“四遥”，主要包括“遥测、遥控、遥调、遥信”四个方面，利用他们采集、调节模拟量，采集、控制数字量。当全球电力市场进一步扩展、电子技术、通信技术获得巨大进步，原来电力系统通信的“四遥”已经不能满足当前市场的发展需求。在这种情况下，出现了IEC61850标准，它是迄今为止最完善的变电站自动化标准，在一定程度上能够合理规范二次智能装置的通信接口与模型。此外，它还能定义数字式PT与CT，智能化开关等各种设备的通信接口及与模型。将IEC61850标准应用于数字化变电站自动化系统中能够提高变电站自动化技术水平，安全平稳运行水平等，达到完全互操作状态[2]。
2 IEC61850标准的优缺点
目前，变电站自动化通信国际标准即IEC61850标准，它能够为变电站自动化体系完成监控、实施继电保护等要求，同时还可以为相关功能提供非常完善的信息模型与信息服务。
IEC61850标准本身有一定的优点与缺点。（1）优点：达到通信的无缝连接，强化设备的数字化应用，降低各厂商设备型号的影响，进而提高自动化性能。其自定义规范化，可以用变电站的特殊要求，提高无人值守站的可靠性，集成化的规模变大，进一步减少了电缆使用数量，并节约了一次、二次设备的成本。和传统规约相比而言，IEC61850标准信息体系不是扁平结构，针对有特殊通信要求的变电站无太大局限性，其主要供上层传输使用[3]。（2）缺点：IEC61850标准有较强的网络依赖性，且站内通信设备的抗干扰性能会严重影响到设备的正常运行。
3 IEC61850标准在数字化变电站自动化系统中的应用
现代社会，数字化变电站通常包括电子式互感器、智能化开关等各种一次设备，同时包括网络化的过程层、站控层与间隔层等二次设备，其主要在IEC61850通信规范基础之上建立的，能够促使变电站内部各种智能电气设备之间实现信息共享，相互操作，是典型的现代化变电站。数字化变电站的过程层设备数字化，同时整个站内信息网络化，开关设备智能化。IEC61850标准把变电站的通信系统分成过程层、间隔层与变电站层三个不同的层次。
IEC61850标准不但将变电站的通信系统分成了三个不同层次，还定义了层与层之间的逻辑性接口。每个层次内部及各层次之间采用的是高速网络通信，光纤或者网络线是通信媒介。上述三个层次的主要作用为：（1）过程层，它实质是一次设备与二次设备之间进行结合的平面，是智能化电气设备的智能部分，其功能主要体现在以下三方面：在电力运行过程中有效检测电力数量，同时还会检测运行设备状态参数，以此起到操控执行、驱动的作用[4]。（2）间隔层可以将本间隔过程层的各种数据信息进行汇总，同时保护控制一次设备，与本间隔操作闭锁、同期及相关控制功能。与此同时，针对采集数据、统计分析计算以及发出控制命令有优先级别的控制作用，可以起到了解过程层与变电站层的通信作用，高速实现与过程层、站控层的网络通信。如有必要，上下网络接口使用双口全双的工作方式，进一步提升信息通道的冗余程度，保证整个网络通信系统的稳定性[5]。（3）变电站层主要通过高级网络汇总整个站内出现的数据信息，其能够不间断地刷新实时数据库，并根据一定时间登录到相关历史数据库，根据既定的规约把不同类型的数据信息输送到控制中心或者调度中心，当其接收到控制命令以后，继而中转入间隔层与过程层进行执行。变电站层的在线可编程全程操作闭锁有一定的控制作用，在变电站内部当地监控和人机相互联系。此外，还可以起到在线维护、组态、修改过程层与间隔层的作用。
从某种程度上说，数字化变电站自动化系统降低了进行共享信息的难度与成本，它允许智能电子设备间进行互操作，进而发挥出高性能、低成本的自动化功能。然而若想充分发挥上述优点的功用还必须采用统一的通信标准，目前变电站通信系统的国家标准即IEC61850标准，它的优越性已经得到初步验证，且被中国、美国等多个国家定义为电力系统通信行业的重要标准。早在2009年，山西省首座110KV的全数字化变电站完成了数字化改造，开始进入正式运营状态，这座数字型变电站的成功运营，进而为山西电网进一步建设智能电网奠定了基础，同时也说明了我国电力事业发展取得了明显进步。
3结束语
综上所述，IEC61850标准展现的是一种体系化理念，而不单单是一个协议。和过去所有变电站自动化系统的工程设计、通信实现相比而言，该标准注重构建系统平台，这个平台主要由通信平台、管理平台与测试平台三部分组成，其完全满足一致性要求。研究利用IEC61850标准，可以说是一个体系化工程，需电力工程师、软件工程师二者加强合作。从现阶段看，针对IEC61850标准的研究投资在较短时间内难以获得经济效益，但纵观国内外电力系统发展趋势，深入研究应用IEC61850标准还是具有一定经济价值的。
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，2010，2(01):35-38.
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[3]田遐.基于IEC61850的变电站自动化系统[J].电气开关，2009，6(05):116-118.
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[5]王灿.IEC61850数字变电站综合自动化系统[J].华中电力，2011，3(01):76-79.
[6]黄沛亮.基于IEC 61850的数字化变电站自动化系统探讨[J].广东科技，2009，7(16):235-238.