智能变电站信息建模与工程应用研究

高一冉，樊文倩

(1.衡水市第一中学,河北 衡水 053000；2.秦皇岛供电公司,河北 秦皇岛 066000)

智能变电站信息建模与工程应用研究

高一冉1，樊文倩2

(1.衡水市第一中学,河北 衡水 053000；2.秦皇岛供电公司,河北 秦皇岛 066000)

智能电网一直是电力行业的前进方向和工作重点。在电网规模不断发展和智能电网整体规划的推动下，智能变电站将成为新建变电站的主流。本文首先从智能变电站的概念和特点出发，对智能变电站与数字化变电站的区别进行了对比研究。根据智能变电站的“三层两网”结构和各部分的技术要求，介绍了基于IEC61850标准的变电站体系结构，并在深入理解IEC61850分层建模思想的基础上，对智能电子设备信息建模，实现了由信息模型到数据模型的转换。

智能变电站；IEC61850；分层建模

绪论

国际电工委员会第57技术委员会(简称IEC TC57)总结了变电站发展历史和未来需求，以传统变电站通信协议为基础，制订了IEC61850通信协议。目前电力系统自动化领域最完善的通信标准是IEC61850标准，该标准旨在提升设备间的互操作性，通过对设备的规范化，实现系统的无缝连接。此外，IEC61850标准的可扩展性和面向未来的开放性，使得它具有其他通信协议无法比拟的优越性，是发展智能电网最为核心的标准之一。变电站的智能化是智能电网建设的基础，智能变电站是未来变电站的一种发展趋势，对智能变电站的研究具有极其重要的意义。

1 智能变电站概述

智能变电站使用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能电子设备，全站信息数字化、通信平台网络化和信息共享标准化是智能变电站的基本要求。智能变电站通过智能电子设备自动完成信息的采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可能够根据需要对电网进行实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级控制功能。

智能变电站和数字化变电站有着密不可分的联系。智能变电站的部分特征是在数字化变电站的基础上发展而来。二者差别主要体现在：数字化变电站主要从满足变电站自身的运行需求出发，建立全站统一的数据通信平台，实现站内一、二次设备的数字化通信与控制，在统一通信平台的基础上，侧重于提高变电站内部设备与系统之间的互操作性。而智能变电站则从提高智能电网运行的要求出发，比数字化变电站更加侧重于变电站之间、变电站和调度中心之间的信息统一与功能层次化，它以提高全网范围内系统的整体运行水平为目标。

2 基于IEC61850的智能变电站体系结构

2.1 IEC61850标准特点

IEC 61850系列标准是通用的变电站网络通信标准，它规范了变电站内智能电子设备(IED)之间的通信行为和相关的系统要求。IEC 61850系列标准吸收了多种国际最先进的新技术，并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国际标准作为61850系列标准的一部分。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。IEC61850定义了大多数公共实际设备和设备组件。所以它不仅仅是一个通信协议标准，更是一个十分庞大的标准体系。IEC 61850看起来很像又一新的协议。其实它不是，确切地说，它是一种新的变电站自动化的方法，一种影响工程、维护、运行和电力行业组织的新方法。它的建模技术面向对象，面向未来通讯的可扩展架构，实现“一个世界，一种技术，一个标准”的预期目标。

2.2 基于IEC61850的变电站体系

智能变电站的发展基于现有变电站的综合自动化，其采用的新技术包括：数字传感技术、计算机技术、以太网通信技术，为实现电网的自动化、智能化、数字化、信息化奠定了基础，智能变电站应遵循的设计原则为：按照IEC61850通信标准，实现变电站的三层体系结构。

智能变电站“三层”结构主要由过程层(也称设备层)、间隔层与站控层构成。如图2-1所示。

图2-1 智能变电站三层两网机构图

2.3 IEC61850通信协议分析及建模思想

IEC61850提出了一种公共通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成规范的输出，实现系统的无缝连接。

(1)IEC61850分层建模思想

IEC61850标准的主要特征就是它的分层建模思想，从应用层面来分析，服务器中包括逻辑设备，逻辑设备包括逻辑节点，逻辑节点包括数据，数据又是由若干数据属性组成的；从通信层面来分析，这种分层结构中的数据交换需要有相对应的抽象通信服务来实现，ACSI服务分别定义了数据集模型，数据模型，逻辑节点模型，逻辑设备模型和服务器模型。Data Directory服务可收集每个数据中数据属性的名字；LN Directory服务可收集每个逻辑节点中数据对象的名字；LD Directory服务可收集每个逻辑设备中逻辑节点的名字；server Directory服务可收集每个服务器中逻辑设备的名字。这样的服务模型可建立起一个完整的分层数据库模型。这样就可建立起一个统一的数据模型，如此就能实现各个厂家的数据结构在通信层面上是统一的。

(2)IEC61850服务建模

在变电站层和间隔层之间的网络采用的是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采用的是单点向多点的单向传输以太网网络。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，它们通过网络来进行信息交换。IEC61850标准根据电力系统生产过程的特点和要求，总结出必需的信息传输网络服务，设计出独立于具体网络协议的抽象通信服务接口，它与目前所采用的网络无关，是通过特定通信服务映射(SCSM)来映射到通信协议栈，这样一来，当网络类型发生变化时，只要改变SCSM就可以了，从而实现了通信协议和通信介质之间的解耦。如图2-3所示。

图2-3 ACSI向SCSM的映射模型

(3)数据自描述

由于技术的不断发展，变电站内新功能不断出现，若传输信息没有按照一个统一的标准来规定，变电站设备的信息与调度中心数据库信息必须事先约定，造成了极大不便，为了适应这种变化的发展，IEC61850采用数据的自描述方法，这样传输到调度中心的数据都带有自我说明，能马上建立数据库而不受事先约定的限制。

3 智能电子设备信息建模

3.1 逻辑节点

IEC61850-7-4部分定义了许多逻辑节点，每一个逻辑节点代表变电站中某个具体的功能，每个逻辑节点由若干数据对象构成，数据用来描述逻辑节点的功能。

IEC61850定义的逻辑节点，大约有一半是与保护功能有关的，本文建立了变压器保护装置的信息模型，下面详细介绍差动保护逻辑节点PDIF、自动重合闸逻辑节点RREC，测量逻辑节点MMXU的信息模型。

3.2 逻辑设备建模

逻辑设备的建模原则为：具有类似功能的逻辑节点可划分为一个逻辑设备。逻辑设备提供了它所在的IED信息和由它控制的外部设备信息。每个逻辑设备必须包含两个逻辑节点：LLN0和LPHD。其中：LLN0是用来描述逻辑设备本身的信息，LPHD是用来描述逻辑设备所在的IED信息。

例如：将控制功能、监事告警功能、测量功能、保护功能划分为四个LD，每个LD由若干LN组成，这样就得到了逻辑设备的信息模型。

3.3 通信服务建模

IEC61850-7-2定义了面向对象的抽象通信服务接口(ACSI)，它独立于实际的通信协议，定义了变电站系统所需的通信服务模型，除上述逻辑节点中包含的通信服务外，还有一些服务需包含在服务器模型中，仍以变压器保护IED为例，来说明通信服务建模过程。

4 结论

智能变电站是未来变电站的发展趋势，IEC61850标准是智能变电站领域最为核心的标准之一，在全世界范围内已引起广泛关注，本文在深入理解IEC61850分层建模思想的基础上，实现了智能电子设备的信息建模。随着智能变电站的日益增多，智能化设备和软件技术的逐渐成熟，使得变电站的智能化、自动化水平不断提高。

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高一冉，女，汉族，河北秦皇岛人，衡水市第一中学高三学生，研究方向：智能电网建设。 樊文倩(1988.03-)，女，汉族，河北唐山人，大学本科，助理工程师，研究方向：智能电网。

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1671-1602(2016)24-0156-02