未來智能電網(wǎng)的“神經(jīng)脈絡(luò)”

IEC61850協(xié)議標準將是未來電力自動化領(lǐng)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(wǎng)的“神經(jīng)脈絡(luò)”。

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(yīng)用。由此而帶來的問題主要集中在：

1、 二次設(shè)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(shè)備之間無法互操作。

2、 信息難以共享。

變電站內(nèi)的SCADA系統(tǒng)、故障信息管理系統(tǒng)，電能計量系統(tǒng)，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，一次設(shè)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(shù)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(wǎng)代替二次電纜是必然趨勢。

IEC61850應(yīng)用而生，其發(fā)展歷程如下：

1994年德國國家委員會提出設(shè)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(chǔ)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(nèi)容

IEC61850不止是一個通信協(xié)議，還包括通信網(wǎng)絡(luò)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。

表1 IEC61850 V1體系說明

IEC61850核心協(xié)議部分如下圖1所示。

圖1 IEC61850 核心協(xié)議體系說明

圖2 基于IEC61850的智能化變電站的體系圖

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(yīng)用，一次系統(tǒng)的電壓、電流被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過光纖或網(wǎng)絡(luò)傳遞給二次設(shè)備，實現(xiàn)了一次和二次設(shè)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)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(fù)雜的協(xié)議集。MMS通信采用客戶端/服務(wù)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(wù)器指一個或幾個實際設(shè)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(yīng)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(yīng)用展望

IEC61850第一版應(yīng)用以來，已逐步暴露了不足之處，該標準內(nèi)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(dǎo)致設(shè)備間的互操作問題，阻礙標準的推廣和應(yīng)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(wǎng)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(wǎng)內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)的互操作，這與IEC61850標準的設(shè)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(wǎng)建設(shè)的核心標準，該標準作為智能電網(wǎng)中連接電力生產(chǎn)和消費環(huán)節(jié)的紐帶，必將擔(dān)當(dāng)起越來越重要的角色。

作為未來變電站自動化領(lǐng)域的唯一國際標準，IEC61850必將對變電站自動化產(chǎn)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(zhì)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。

圖3 E8000電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

圖4 開普實驗室IEC61850通信規(guī)約認證