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智能变电站辅助综合监控系统中的IEC61850应用

作者：万顺 许强 张谢 桂宁

来源：《中国科技纵横》2016年第16期

【摘 要】 智能变电站辅助综合监控系统以“智能感知和智能控制”为核心，实现全站的状态监视和智能控制；实际应用中由于设备通信协议多样化，不能大规模应用于多个变电站。本文以IEC 61850标准为基础通信系统协议，通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，实现不同厂家设备间的无缝连接，较好解决了智能变电站辅助综合监控系统大规模应用协议兼容问题。

【关键词】 智能变电站辅助综合监控系统 IEC 61850 互操作性 1 变电站辅助系统应用现状

随着智能电网的不断建设，合肥地区智能变电站数量也在不断增加。智能变电站站内的电器设备、二次设备、现场环境监测是生产运行人员的重要抓手，为此合肥公司逐步开展了变电站辅助综合监控系统的建设[1]，通过最新的传感器及物联网技术实现站内关键设备、主要测点的自动化采集与监测。辅助综合监控系统针对变电站内的环境、视频、门禁、空调、安全、消防、SF6等监测对象建立了监测子系统，但由于各类物理量测量的传感器类型、测量方法及传输方式均不同，以及各子系统使用的厂家也不同，在实现综合监测时，涉及到多厂家、多协议版本、多数据类型的异构数据集成问题，为数据的集成综合管理带来了一定的挑战。为此需要规范各类物理量采集的统一通信协议，实现站内数据采集标准，支撑综合监控系统的数据集成。本文以IEC 61850协议为基础，探讨了基于IEC 61850的辅助综合监控系统数据采集功能实现。

2 IEC 61850标准概述

变电站IEC61850标准做为智能变电站数据交换的重要基础标准，以实现站内IED [Intelligent Electronic Device]设备之间的互操作为目标，通过采用面向对象的建模技术对站内自动化系统包含的可监测、可操作自动化对象进行统一建模[2]，以实现不同厂家、不同类型设备间的互联互通，同时对应用层提供标准的数据采集接口，以降低应用层与设备间通信的复杂性，最终实现智能变电站数据交换的互操作性、功能自由分布、可扩充性及长期稳定性[3]。

3 IEC 61850在辅助监测系统中的应用

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智能变电站辅助系统综合监控平台以构建省级智能变电站站内自动化系统集中监控为目标，通过分省、地区、站内三级建设，其中站端系统系统通过IEC61850协议实现站内自动化装置的数据采集。

3.1 基于IEC61850的设备通信建模方法

IEC61850可以针对综合监控系统各自自动化监测子系统的功能进行建模，以对监测功能进行细化，得到采集对象集合，再对采集对象集合中的采集项目与站内设备进行映射；也可以以站内设备为对象进行建模，约束设备厂家支持IEC61850通讯规范，建立设备集合后对设备提供的监测项进行整合支撑各项监测功能。两种方法各有优劣，前者以监测功能为核心，能够保障监测功能的全覆盖，不足在于功能通常有多个设备共同完成，难以对站内单个物理设备提出完整的约束要求；后者优点在于可建立设备与模型之间较为直观的映射，可以对设备厂家提出明确的规范要求，不足之处在于需要对多设备功能进行整合支撑总体功能。由于智能变电站综合监测系统的建设处于一个摸索阶段，为此本问采用后者方法，以保证站内设备的互操作性，实现初步较为可靠的数据采集和监测。

在建模时，每个物理装置定义为一个IED，每个IED由Server、逻辑设备LogicDevice、逻辑节点LogicNode、数据对象（Data Object）及数据属性（Data Attributes）构成，其中Server对应IED对外提供的通信接口，将IED内部的多个LogicDevice进行发布， LogicDevice内部包括多个逻辑节点LogicNode，每个逻辑节点LogicNode的实例对应该物理设备的每项具体功能，功能由数据进行定义，包括数据对象（Data Object）与数据属性（Data Attributes）。在实际应用中，物理装置通信接口对应Srever，具有站内统一通信地址；现场设备（如门禁）对应站内IED中LogicDevice实例，同时设备的每项功能对应LogicNode的实例，例如空调采集器的温度采集功能，Data对应具体的采集值，例如采集到的温度值，为此形成分层的标准化数据访问方式。

IED与现场设备间连接由虚线表示，细实线代表各逻辑节点之间的逻辑连接，表明相连的逻辑节点之间有信息交换，粗实线给出了IED1和IED2之间的物理连接，此处，IED1，IED2通过LAN连接，不同IED中的逻辑节点之间的数据交换实际是通过LAN实现的，如图1中逻辑节点IARC与MMTR之间。

3.2 基于IEC61850的变电站辅助系统的设备联动机制

在站内控制主机设置一套后台系统，采用IEC 61850通信协议实现各辅助生产子系统内部及相互之间的协调联动，方法如下：（1）建立各传感器的编号及各预置位与代表事件内容的变量列表成员之间的映射关系；（2）站内控制主机捕获并解析报文；（3）根据映射关系找到与事件相关的传感器，通过多传感器协同感知及图像复核确认该事件；（4）调用该事件相关控制函数，实现切换视频通道、启动或闭锁终端设备（风机、空调等）、完成数据储存、发送事件报告及报警等一系列协调联动。协调联动功能及各种事件的控制函数采用软件编程实现，当多种事件同时发生时，按照程序预先设定的优先级自动处理。

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4 结语

本文重点从设备建模、通信模式和部署实现三个方面阐述了IEC 61850在变电站辅助系统中的应用，举例说明了IEC 61850中设备定义的建模方法与实际设备及功能如何对应，并对规约中定义的站内设备之间及变电站与集控中心之间的通信方法进行了总结，为IEC61850标准在变电站辅助系统中的应用提供了参考。 参考文献：

[1]茹锋，夏成军，许扬.“IEC 61850标准在变电站自动化系统中的应用探讨”.江苏电机工程，Vol. 23（3），2004：8-12.

[2]高湛军，潘贞存，卞鹏，黄德斌，唐毅.“基于IEC 61850标准的微机保护数据通信模型.电力系统自动化，Vol.27（18），2003：43-46.

[3]章坚民，朱炳铨，赵舫，蔡永梁.“基于IEC 61850的变电站子站系统建模与实现”，电力系统自动化，Vol.28（21），2004：43-48.

[4]Otto Preiss，Alain Wegmann，\IEC61850，\， Vol. 65/3，Elsevier Science，2003， pp.227-236.