王灿论文（新）-IEC61850数字变电站综合自动化系统(2)

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目 录

摘 要 .................................................................................................... Ⅰ Abstract .................................................................................................... Ⅱ 1 绪论

1.1 引言..................................................................................................................................................................... (1) 1.2 变电站自动化系统国内外发展与研究现状 ................................................................. (1) 1.3 IEC61850标准制定的背景和应用现状 ............................................................................ (2) 1.4论文研究的主要内容 .......................................................................................................................... (4) 1.5 本章小结 ........................................................................................................................................................ (4) 2 IEC61850标准体系及关键技术

2.1 IEC61850标准的主要技术特点 ............................................................................................... (6) 2.2 IEC61850标准中的变电站自动化系统接口模型..................................................(10) 2.3 基于IEC61850标准的通信系统结构 ..............................................................................(10) 2.4 MMS技术的应用 .................................................................................................................................(12) 2.5 抽象语法符号..........................................................................................................................................(15) 2.5 本章小结 ......................................................................................................................................................(17) 3 IEC61850标准的实现过程

3.1 功能建模 ......................................................................................................................................................(18) 3.2 数据建模 ......................................................................................................................................................(19) 3.3 通信服务映射..........................................................................................................................................(20) 3.4 一致性测试 ................................................................................................................................................(21) 3.5 本章小结 ......................................................................................................................................................(22) 4 数字化变电站自动化系统的特征和结构

4.1 变电站自动化系统设计原则 ....................................................................................................(23) 4.2 常规变电站自动化系统存在的不足..................................................................................(24)

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4.3数字化变电站自动化系统的结构特征 ............................................................................(24) 4.4数字化变电站自动化系统的关键技术 ............................................................................(28) 4.5 本章小结 ......................................................................................................................................................(33) 5 数字化变电站的应用

5.1 110KV金南变数字化变电站设计要求.............................................................................(36) 5.2 110KV金南变数字化变电站设计方案.............................................................................(37) 5.3 本章小结 ......................................................................................................................................................(41) 6 总结 ................................................................................................. (43) 致 谢 ................................................................................................... (44) 参考文献 ............................................................................................... (45)

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1 绪论

1.1引言

随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站自动化技术也得到了迅速的发展和推广。电网运行的可靠性、安全性也越来越依赖于变电站综合自动化系统等电网控制系统的可靠性与安全性。

变电站综合自动化系统是基于计算机、网络通信技术和微电子技术的智能电子设备IED( Intelligent Electronic Device)与后台监控系统组成的变电站运行控制系统，包含了保护、监控、电能质量监测与控制等多个子系统，各子系统又由多个智能电子设备组成，这些不同厂家提供智能电子设备接口与功能各不相同，数据格式多样，设备间信息不能共享，难以保证数据的一致性。为了解决这些问题，研究以实现互操作性为目标的基于IEC61850标准的数字化变电站综合自动化系统便有着十分重要的工程意义。

1.2 变电站自动化系统国内外发展与研究现状[1-5]

当前的变电站自动化系统是将微机保护、监控等装置通过网络和通信技术集成为一体的自动化系统，它取消了传统的控制屏、计量、仪表等常规设备，节省了大量二次电缆和占地面积。

20世纪80年代，随着计算机技术的发展，远动终端、当地监控、故障录波等装置相继实现了微机化，这些装置功能不同，但其硬件结构相似，因而变电站二次回路功能的集成化受到了人们的重视。这时的变电站自动化系统就是远动终端加一台当地监控系统，不实现继电保护功能，保留传统控制屏，这是国内变电站自动化系统发展的第一阶段。

20世纪90年代初，变电站自动化系统是在控制室内设置计算机作为变电站自动化的心脏，另设置数据采集和控制系统采集数据和发出控制命令。微机保护除保护元件外，每柜设管理单元，其串口与变电站自动化系统数据采集和控制部件相连，传送保护装置的各种信息和参数，整定和显示保护定值，投/停保护装置，这种集中式变电站自动化系统是国内变电站自动化系统发展的第二阶段。

20世纪90年代中期，随着计算机、网络技术及通信技术的发展，分散式变电站自动化系统纷纷投运。分散式系统按变电站控制和对象划分为变电站层和间隔层的两层。其特点是现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附

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近，现场单元部件可以是保护和监控功能的二合一装置，各保护和监控部件保持独立。在变电站控制室内设置计算机系统，采用常用的RS232, RS485串行通信与现场单元通信，随后推出的分散式系统更多采用如Lonworks或CAN等的现场总线技术，变电站自动化系统还将遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保护功能均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台，变电站自动化的综合功能均由后台主机系统完成，这是国内变电站自动化系统发展的第三阶段。

1.3 IEC61850标准制定的背景和应用现状

早在20世纪90年代初，IEC意识到不同厂家的保护设备需要一个统一的信息接口，实现设备的互操作性。为此，IEC TC57和IEC TC95成立了一个联合工作组，制定了“继电保护设备信息接口标准”即60870-5-103标准。同时，美国电力科学研究院EPRI在1990年开始了公共通信体系UCA(Utility Communication Architecture)标准制定工作，直接促成了UCA2.0的发行。其目的在于提供一个具有广泛适应性的、功能强大的通信协议，使各种IED能够通过使用该协议实现互操作。

1994年由德国国家委员会提出制定通用的变电站自动化标准建议，1995年IECTC57为此成立了3个工作组：WG10、WG11、WG12，负责制定IEC61850标准。工作组成员分别来自欧洲、北美和亚洲国家，他们有电力调度、继电保护、电厂、操作运行及电力企业的技术背景，其中有些成员参加过北美及欧洲一些标准的制定工作。3个工作组有明确的分工，第10工作组负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求，第11工作组负责站级数据通信总线的定义，第12工作组负责过程级数据通信协议的定义。1998年国际电工委员会(IEC)、美国电器电子工程师协会(IEEE)和美国EPRI达成共识，由IEC牵头，以美国UCA2.0数据模型和服务为基础，将UCA的研究结果纳入IEC标准，开始制定世界范围的统一标准——IEC61850变电站自动化标准，由IEC TC95工作组对IEC61850及其数据模型开展研究。1999年的IEC TC57京都会议和2000年SPAG会议提出将IEC61850作为无缝通信标准。在IEC TC57工作组2002年北京会议上，指出今后的工作方向：追求现代技术水平的通信体系，实现完全的互操作性，体系向下兼容，基于现代技术水平的标准信息和通信技术平台，在IT系统和软件应用通过数据交换接口标准化实现开放式系统，例如变电站通信标准用于所有类型的分布式SCADA系统。IEC61850不仅用于变电站内通信，且用于变电站和控制中心通信。

国外针对IEC61850标准的应用和研究开始较早相应的示范工程在制定IEC61850的过程中就开始实施。美国、德国、荷兰等国都有示范工程，用以验证标准，通过实践来促进标准的进一步完善。在德国有一个示范工程，参加这个工程的

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有SIEMENS、ABB、ALSTOM等公司，用一个公司的变电站主站和其他公司的IED相联，然后用另一个公司的变电站主站和其他公司的IED相联，示范工程的总结已在2000年CIGRE会议上发表。国外大公司对IEC61850的研究，在理论上已经成熟，并已初步推出支持IEC61850的产品。为了使得IEC61850国际标准达到互操作性，IEC TC57专门制定了IEC61850-10：一致性测试标准，要求各个制造厂的设备实现互操作和互联。相对于国外情况，国内也有专门的部门在全面跟踪和研究IEC61850的最新发展动向，国内许多大的电力企业也在多方调研，希望能在将来采用IEC61850标准，以达到降低系统集成费用和维护成本，充分利用系统资源，提高系统可靠性的目的。中国电力企业联合会于1999年11月份成立专门工作组，组织了国内大的制造商和研究机构对该标准进行研究和消化，到目前为止已经全部翻译完成并陆续转化为我国电力行业标准，这为该标准在我国大范围的推广应用创造了良好的环境和条件。

从2005年8月至2006年9月，国调中心组织国内有关电力系统自动化产品研究、开发和生产的主要厂家进行了IEC61850国际标准的5次互操作试验。参加试验的单位有中国电力科学研究院质检中心、东方电子股份有限公司，中国电力科学研究院变电站自动化公司、北京四方继保自动化股份有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、山东积成电子股份有限公司、北京融科联创电力科技公司和许继公司。这些互操作试验主要着眼于IEC61850标准规定的各项功能和服务的验证，以确定相互理解的一致性。2006年12月进行了第六次互操作试验，以上提及的国内各大厂家及单位与著名的国外四大厂家ABB, SIMENSE, SEL, AREVAL实现互联。总体上讲，国外四家公司开展IEC61850的研究工作较早，其间经过了多次国际设备的互联，有一定的实际运行经验，并都通过了KEMA实验室的测试认证。第六次互操作试验系首次引入国外设备，也是国内厂家向国外同行学习的难得机会。电科院质检中心目前已经具备测试IEC61850标准的能力。国内各大自动化厂家普遍没有现场的实际运行经验，即使已经通过了国内厂家之间甚至与国外同行之间的互操作试验，在IEC61850标准的实用化方面仍然有很长的路要走。

1.4 论文研究的主要内容

本文主要工作是在分析传统变电站自动化系统功能、结构及设计原则基础上提出传统变电站自动化系统存在的问题，在对IEC61850标准数字化变电站体系分析基础上，以实际设备及工程进行建模和设计。

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