基于IEC61850的智能變電站信息平臺設(shè)計

周 浩

(西安市供電公司，陜西 西安 710032)

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基于IEC61850的智能變電站信息平臺設(shè)計

周 浩

(西安市供電公司，陜西 西安 710032)

針對傳統(tǒng)變電站因信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)重復(fù)交叉采集而造成數(shù)據(jù)采集異常，時間紊亂等問題，文中開發(fā)了一種基于IEC61850的智能變電站信息平臺，其將變電站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)例如變電站運行數(shù)據(jù)、設(shè)備的狀態(tài)量、環(huán)境數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等處理轉(zhuǎn)化成相同標(biāo)準(zhǔn)的形式，形成統(tǒng)一的信息平臺，便于信息的交換與共享，并為變電站的控制，運營等提供數(shù)據(jù)支持。實驗仿真證明，此平臺可滿足 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)及信息的實時性要求。

智能變電站；IEC61850標(biāo)準(zhǔn)；信息平臺

ZHOU Hao

(Xi’an Power Supply Company, Xi’an 710032, China)

傳統(tǒng)變電站，設(shè)備數(shù)據(jù)采集與邏輯運算密切相關(guān)，一種設(shè)備只能完成一種功能，若要實現(xiàn)多種功能，則需配置多套不同的設(shè)備與系統(tǒng)，例如電能量的測量，利用行波法測量電網(wǎng)故障距離[1]，相量同步的檢測[2]等，均需要配置相應(yīng)的設(shè)備與系統(tǒng)，這些設(shè)備均擁有獨立的數(shù)據(jù)采集模塊[3]。此外，變電站內(nèi)還有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備實時在線檢測系統(tǒng)等，不同系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)采集與信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)重復(fù)交叉采集，利用率低、數(shù)據(jù)采集異常、時間紊亂等問題，造成資源的浪費[4-6]。

1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)[7]是一種全球通用的電力系統(tǒng)自動化標(biāo)準(zhǔn)，其通過制定公共的通信標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了智能變電站的工程運作標(biāo)準(zhǔn)化，使得智能變電站的工程實施變得規(guī)范、統(tǒng)一和透明，對于智能化變電站發(fā)展具有不可替代的作用。

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將變電站的信息平臺分為站控層，間隔層及過程層，對變電站的信息平臺實行分層管理，層與層之間通過通訊接口相連接并完成數(shù)據(jù)交換與信息共享。同時，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用數(shù)據(jù)自描述的方式定義了公共數(shù)據(jù)格式，標(biāo)識符，設(shè)備通信協(xié)議等，簡化了數(shù)據(jù)維護(hù)過程，降低了數(shù)據(jù)管理成本，并提升了平臺系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，該標(biāo)準(zhǔn)支持設(shè)備的即插即用，使系統(tǒng)的集成更加方便，在一定程度上降低了變電站自動化系統(tǒng)的建設(shè)成本。

2 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的信息平臺

2.1 功能及結(jié)構(gòu)

如圖1所示，本信息平臺主要由站控層，間隔層及過程層組成。站控層由平臺中心單元構(gòu)成，且每個智能變電站一體化信息平臺只有一個平臺中心單元，其主要負(fù)責(zé)對變電站數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)識別與處理融合，將各個設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息加以處理、整合，去除掉重復(fù)采集部分，并形成統(tǒng)一的時間；間隔層由若干個子單元構(gòu)成，每個子單元位于變電站的某個設(shè)備內(nèi)，負(fù)責(zé)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別與估計，得到完備的信息，為隔離層提供數(shù)據(jù)信息源，并根據(jù)需求傳送給站外使用人員。過程層由合并單元及智能終端等構(gòu)成，其是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，負(fù)責(zé)變電站運行參數(shù)檢測，設(shè)備運行狀態(tài)檢測及控制指令的發(fā)生等。

智能變電站內(nèi)的一體化信息平臺通過站控層、間隔層及過程層對變電站的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分層分布式處理，完成對變電站的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分類、記錄和共享，其數(shù)據(jù)及信息的流向如圖 1 所示。

圖1 智能變電站一體化信息平臺的數(shù)據(jù)及信息流向

2.2 智能變電站的數(shù)據(jù)及信息

智能變電站采集的數(shù)據(jù)及信息包括：(1)變電站運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括變電站母線，饋線等的電壓、電流、功率和主變壓器電流、功率、油溫；電容器的電流、頻率、相位、無功功率和功率因子等；(2)變電站運行期間設(shè)備的狀態(tài)量，包括高壓斷路器的狀態(tài)，繼電保護(hù)信號，運行異常報警信號，同期檢查狀態(tài)等；(3)用戶的數(shù)據(jù)；(4)環(huán)境數(shù)據(jù)，諸如火警監(jiān)測數(shù)據(jù)，煙霧報警器監(jiān)測數(shù)據(jù)，視頻監(jiān)控信息，甚至天氣信息等以確保該變電站能正常運行。

由于不同類型的數(shù)據(jù)其實時性要求及對數(shù)據(jù)的可靠性需求不一致，在平臺設(shè)計過程中必須對類型不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，以確保數(shù)據(jù)的有效性和可用性。

2.3 數(shù)據(jù)識別

數(shù)據(jù)識別的作用主要是過濾異常數(shù)據(jù)[8]，并在設(shè)備產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)時,向數(shù)據(jù)的使用人員作出報警提示。目前識別異常數(shù)據(jù)的方式主要有：(1)基于基爾霍夫定律的異常電流檢測，根據(jù)基爾霍夫定律，電路系統(tǒng)中流入以及流出每一個節(jié)點的電流之和為零，因此可以利用基爾霍夫定律對變電站同一節(jié)點的所有設(shè)備的電流進(jìn)行檢測；(2)基于參量變化的關(guān)聯(lián)影響檢測，變電站運行中的各種參量是相互結(jié)合的，某個參量的變化會影響多個相關(guān)聯(lián)的電壓，電流的值也發(fā)生變化。若某個參量的突變并未影響其關(guān)聯(lián)參量的值，則該參量數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常；(3)基于電流電壓值的檢測，對于變電站中的某些設(shè)備，流經(jīng)其的電流及所加的電壓必須滿足一定大小才能正常工作，若電流電壓不滿足要求，則該設(shè)備電流電壓數(shù)據(jù)存在異常；(4)通過功率平衡來判斷功率數(shù)據(jù)是否異常，正常情況下變電站設(shè)備的功率處于平衡狀態(tài)，若某個設(shè)備的流入流出的功率相差較大，則可認(rèn)為該功率數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。

2.4 數(shù)據(jù)估計

當(dāng)變電站數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，可通過以下規(guī)則對異常數(shù)據(jù)點進(jìn)行估計，從而求出異常數(shù)據(jù)的正確值。

(1)當(dāng)節(jié)點電流發(fā)生異常時，可根據(jù)基爾霍夫電流定律求出k支路的異常電流數(shù)據(jù)，即

(1)

其中，N為節(jié)點支路數(shù)量；(2)通過設(shè)備自身的特性估計數(shù)據(jù)。例如在變壓器正常工作時，根據(jù)未發(fā)生異常的電流電壓數(shù)據(jù)求得發(fā)生異常的電流電壓數(shù)據(jù)。對于不同的鏈段或由總線耦合斷路器通信總線，每個總線電壓應(yīng)相等，因此能通過正常的總線電壓求得發(fā)生異常的總線電壓數(shù)據(jù)；(3)通過歷史數(shù)據(jù)和正常數(shù)據(jù)來進(jìn)行估計。當(dāng)系統(tǒng)操作模式并未改變時，發(fā)生異常的數(shù)據(jù)可以由歷史數(shù)據(jù)或其他正常數(shù)據(jù)估計得到。如在其他綜合數(shù)據(jù)按照設(shè)備正常運行狀況未發(fā)生改變時，由于模擬量的周期性變化規(guī)律，可以由之前的正常歷史數(shù)據(jù)估計出發(fā)生異常數(shù)據(jù)的正確數(shù)值。

3 平臺的實時性仿真

平臺能否滿足系統(tǒng)所需的實時性決定了平臺是否能正常運行，這也成為子單元劃分的根據(jù)之一。如圖2所示變電站，其過程層具有10個合并單元和10個智能終端，間隔層具有10個平臺子單元。在平臺實時性實驗仿真中，設(shè)置仿真時間為900 s，當(dāng)仿真時間到達(dá)100 s時，各數(shù)據(jù)流開始產(chǎn)生，仿真得到間隔層SAV、間隔層GOOSE、站控層MMS、遠(yuǎn)方用戶SAV數(shù)據(jù)流端到端的延遲仿真時間，仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖3所示，間隔層SAV平均延遲和GOOSE平均延遲均在1.5 ms以下，其中間隔層SAV平均延遲約為1.4 ms，間隔層GOOSE平均延遲約為1.2 ms。而遠(yuǎn)方用戶SAV平均延遲與間隔層SAV和GOOSE平均延遲相比則略微增大，約為2.2 ms。站控層MMS延遲則約為15 ms。總體而言，平臺的延遲均在15 ms以內(nèi)，因此平臺可滿足IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)及信息的實時性要求，具有良好的運行效果。

圖2 示例變電站

圖3 報文處理端到端延遲

4 結(jié)束語

為解決傳統(tǒng)變電站因信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)重復(fù)交叉采集而造成數(shù)據(jù)采集異常，時間紊亂等問題，完成傳統(tǒng)變電站到智能變電站的建設(shè)。本文設(shè)計了基于IEC61850的智能變電站信息平臺，其將變電站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，例如變電站運行數(shù)據(jù)、設(shè)備的狀態(tài)量、環(huán)境數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等處理轉(zhuǎn)化成相同標(biāo)準(zhǔn)的形式，形成統(tǒng)一的信息平臺，便于信息的交換與共享并為變電站的控制、運營等提供數(shù)據(jù)支持。實驗仿真證明，此平臺可滿足IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)及信息的實時性要求。

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Design and Development of an Intelligent Substation Information Platform Based on IEC61850

Traditional substations suffer from data collection anomalies, time disorders and other problems due to information system data duplication cross collection. To solve the problem, this paper develops and designs an intelligent substation information platform based on IEC61850, which serves as a substation on the basis of data with a unique standard information after data simplification and harmonization to achieve the exchange and sharing of information within and outside the substation, as well as data support for the control, operation and maintenance of the grid system. The simulation results show the platform meets the IEC 61850 standard for real-time data and information requirements.

intelligent substation; IEC61850 standard; information platform

2016- 04- 28

周浩(1981-),男，碩士，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.10.038

TM63

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1007-7820(2016)10-133-03