基于IEC61850的智能变电站信息平台设计

周 浩

(西安市供电公司，陕西 西安 710032)



基于IEC61850的智能变电站信息平台设计

周 浩

(西安市供电公司，陕西 西安 710032)

针对传统变电站因信息系统数据重复交叉采集而造成数据采集异常，时间紊乱等问题，文中开发了一种基于IEC61850的智能变电站信息平台，其将变电站产生的数据例如变电站运行数据、设备的状态量、环境数据、用户数据等处理转化成相同标准的形式，形成统一的信息平台，便于信息的交换与共享，并为变电站的控制，运营等提供数据支持。实验仿真证明，此平台可满足 IEC 61850 标准对数据及信息的实时性要求。

智能变电站；IEC61850标准；信息平台

ZHOU Hao

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

传统变电站，设备数据采集与逻辑运算密切相关，一种设备只能完成一种功能，若要实现多种功能，则需配置多套不同的设备与系统，例如电能量的测量，利用行波法测量电网故障距离[1]，相量同步的检测[2]等，均需要配置相应的设备与系统，这些设备均拥有独立的数据采集模块[3]。此外，变电站内还有数据采集系统、监控系统、设备实时在线检测系统等，不同系统之间存在数据采集与信息系统数据重复交叉采集，利用率低、数据采集异常、时间紊乱等问题，造成资源的浪费[4-6]。

1 IEC61850标准

IEC61850标准[7]是一种全球通用的电力系统自动化标准，其通过制定公共的通信标准，实现了智能变电站的工程运作标准化，使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明，对于智能化变电站发展具有不可替代的作用。

IEC 61850标准将变电站的信息平台分为站控层，间隔层及过程层，对变电站的信息平台实行分层管理，层与层之间通过通讯接口相连接并完成数据交换与信息共享。同时，IEC 61850标准采用数据自描述的方式定义了公共数据格式，标识符，设备通信协议等，简化了数据维护过程，降低了数据管理成本，并提升了平台系统的稳定性。此外，该标准支持设备的即插即用，使系统的集成更加方便，在一定程度上降低了变电站自动化系统的建设成本。

2 基于IEC61850标准的信息平台

2.1 功能及结构

如图1所示，本信息平台主要由站控层，间隔层及过程层组成。站控层由平台中心单元构成，且每个智能变电站一体化信息平台只有一个平台中心单元，其主要负责对变电站数据进行数据识别与处理融合，将各个设备采集到的数据信息加以处理、整合，去除掉重复采集部分，并形成统一的时间；间隔层由若干个子单元构成，每个子单元位于变电站的某个设备内，负责采集设备的数据并对数据进行识别与估计，得到完备的信息，为隔离层提供数据信息源，并根据需求传送给站外使用人员。过程层由合并单元及智能终端等构成，其是一次设备与二次设备的结合面，负责变电站运行参数检测，设备运行状态检测及控制指令的发生等。

智能变电站内的一体化信息平台通过站控层、间隔层及过程层对变电站的信息和数据进行分层分布式处理，完成对变电站的信息和数据进行整合、分类、记录和共享，其数据及信息的流向如图 1 所示。

图1 智能变电站一体化信息平台的数据及信息流向

2.2 智能变电站的数据及信息

智能变电站采集的数据及信息包括：(1)变电站运行时产生的数据，包括变电站母线，馈线等的电压、电流、功率和主变压器电流、功率、油温；电容器的电流、频率、相位、无功功率和功率因子等；(2)变电站运行期间设备的状态量，包括高压断路器的状态，继电保护信号，运行异常报警信号，同期检查状态等；(3)用户的数据；(4)环境数据，诸如火警监测数据，烟雾报警器监测数据，视频监控信息，甚至天气信息等以确保该变电站能正常运行。

由于不同类型的数据其实时性要求及对数据的可靠性需求不一致，在平台设计过程中必须对类型不同的数据进行分类处理，以确保数据的有效性和可用性。

2.3 数据识别

数据识别的作用主要是过滤异常数据[8]，并在设备产生异常数据时,向数据的使用人员作出报警提示。目前识别异常数据的方式主要有：(1)基于基尔霍夫定律的异常电流检测，根据基尔霍夫定律，电路系统中流入以及流出每一个节点的电流之和为零，因此可以利用基尔霍夫定律对变电站同一节点的所有设备的电流进行检测；(2)基于参量变化的关联影响检测，变电站运行中的各种参量是相互结合的，某个参量的变化会影响多个相关联的电压，电流的值也发生变化。若某个参量的突变并未影响其关联参量的值，则该参量数据出现异常；(3)基于电流电压值的检测，对于变电站中的某些设备，流经其的电流及所加的电压必须满足一定大小才能正常工作，若电流电压不满足要求，则该设备电流电压数据存在异常；(4)通过功率平衡来判断功率数据是否异常，正常情况下变电站设备的功率处于平衡状态，若某个设备的流入流出的功率相差较大，则可认为该功率数据出现异常。

2.4 数据估计

当变电站数据出现异常时，可通过以下规则对异常数据点进行估计，从而求出异常数据的正确值。

(1)当节点电流发生异常时，可根据基尔霍夫电流定律求出k支路的异常电流数据，即

(1)

其中，N为节点支路数量；(2)通过设备自身的特性估计数据。例如在变压器正常工作时，根据未发生异常的电流电压数据求得发生异常的电流电压数据。对于不同的链段或由总线耦合断路器通信总线，每个总线电压应相等，因此能通过正常的总线电压求得发生异常的总线电压数据；(3)通过历史数据和正常数据来进行估计。当系统操作模式并未改变时，发生异常的数据可以由历史数据或其他正常数据估计得到。如在其他综合数据按照设备正常运行状况未发生改变时，由于模拟量的周期性变化规律，可以由之前的正常历史数据估计出发生异常数据的正确数值。

3 平台的实时性仿真

平台能否满足系统所需的实时性决定了平台是否能正常运行，这也成为子单元划分的根据之一。如图2所示变电站，其过程层具有10个合并单元和10个智能终端，间隔层具有10个平台子单元。在平台实时性实验仿真中，设置仿真时间为900 s，当仿真时间到达100 s时，各数据流开始产生，仿真得到间隔层SAV、间隔层GOOSE、站控层MMS、远方用户SAV数据流端到端的延迟仿真时间，仿真结果如图3所示。

由图3所示，间隔层SAV平均延迟和GOOSE平均延迟均在1.5 ms以下，其中间隔层SAV平均延迟约为1.4 ms，间隔层GOOSE平均延迟约为1.2 ms。而远方用户SAV平均延迟与间隔层SAV和GOOSE平均延迟相比则略微增大，约为2.2 ms。站控层MMS延迟则约为15 ms。总体而言，平台的延迟均在15 ms以内，因此平台可满足IEC 61850 标准对数据及信息的实时性要求，具有良好的运行效果。

图2 示例变电站

图3 报文处理端到端延迟

4 结束语

为解决传统变电站因信息系统数据重复交叉采集而造成数据采集异常，时间紊乱等问题，完成传统变电站到智能变电站的建设。本文设计了基于IEC61850的智能变电站信息平台，其将变电站产生的数据，例如变电站运行数据、设备的状态量、环境数据、用户数据等处理转化成相同标准的形式，形成统一的信息平台，便于信息的交换与共享并为变电站的控制、运营等提供数据支持。实验仿真证明，此平台可满足IEC 61850 标准对数据及信息的实时性要求。

[1] 许勇,李刚,熊敏,等.分布式同步相量测量装置的研制[J].电网技术,2008,32(16):76-80.

[2] 覃剑,陈祥训,郑健超,等.利用小波变换的双端行波测距新方法[J].中国电机工程学报,2000,20(8):6-10.

[3] 张文亮,刘壮志,王明俊,等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术,2009,33(13):1-11.

[4] 中国电力出版社.Q/GDW 383—2009智能变电站技术导则[M].北京:中国电力出版社, 2010.

[5] 江道灼,申屠刚,李海翔,等.基础信息的标准化和规范化在智能电网建设中的作用与意义[J].电力系统自动化,2009,33(20):1-6.

[6] 陈树勇,宋书芳,李兰欣,等.智能电网技术综述[J].电网技术,2009,33(8):1-7.

[7] 谭文恕.变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍[J].电网技术,2001,25(9):8-11.

[8] 吕颖,张伯明,吴文传.基于增广状态估计的广域继电保护算法[J].电力系统自动化,2008,32(12):12-16.

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，硕士，工程师。研究方向：电力系统及其自动化。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.10.038

TM63

A

1007-7820(2016)10-133-03