摘要：文章首先介紹智能變電站發(fā)展的背景和意義，并簡要闡述計算機監(jiān)控系統(tǒng)及IEC 61850通信標準，然后依照模塊化思想，設計了智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結構，將其劃分成三層，詳細分析各層需要實現(xiàn)的功能及設計方案。

關鍵詞：IEC 61850；智能化；監(jiān)控系統(tǒng)；智能變電站

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0126-02

1 概述

隨著供電可靠性和安全性要求的提高及各種技術的推動，智能變電站概念愈發(fā)清晰。而智能化一次設備的應用、在線檢測方法的發(fā)展及計算機網絡技術的進步，促使智能變電站成為當今電力的發(fā)展趨勢。

2 變電站監(jiān)控系統(tǒng)

變電站監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子、計算機、通信和信息處理等技術來實現(xiàn)變電站二次設備的各類功能，對站內設備的運行情況實現(xiàn)控制、監(jiān)視、測量的一種自動化

系統(tǒng)。

目前，變電站監(jiān)控系統(tǒng)多采用分層分布體系結構，以數(shù)字化和智能化為發(fā)展方向，網絡技術和計算機技術在監(jiān)控系統(tǒng)中作用變得更為重要。

3 IEC 61850標準

IEC 61850標準是基于網絡通信的變電站自動化系統(tǒng)國際標準，對站內自動化系統(tǒng)進行功能特點定義、系統(tǒng)模型建立和系統(tǒng)層次劃分，規(guī)范其數(shù)據(jù)的命名與定義、設備的行為與特征描述、通用語言配置使各類智能設備之間的信息共享和相互操作成為一種可能。IEC 61850標準的核心概念就是要在智能站內建立基于IEC 61850的系統(tǒng)模型。

IEC 61850標準按照站內監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)的控制、監(jiān)視和保護等功能提出變電站功能按三層劃分的概念：即站控層、間隔層及過程層。其站控層的設備采用100M工業(yè)以太網，并按照IEC 61850規(guī)約進行系統(tǒng)建模來實現(xiàn)信息傳輸。目前，IEC 61850標準作為變電站監(jiān)控系統(tǒng)的權威標準體系，已成為智能變電站實現(xiàn)互操作性和無縫通信的基石。

4 智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

一次設備的智能化、二次設備的網絡化及數(shù)據(jù)平臺的標準化是智能變電站的主要特點?；谏鲜鎏卣鳎悄茏冸娬緩膫鹘y(tǒng)硬電纜接線改變?yōu)楣饫w網絡，以網絡連接站內各二次設備，因此智能變電站對比常規(guī)變電站的主要區(qū)別在于二次回路的網絡化，這是智能變電站的核心內容。

IEC 61850標準將智能變電站內的數(shù)據(jù)傳輸分為若干類型，主要有3類：監(jiān)控報文（MMS）、采樣值報文（SV）和狀態(tài)報文（GOOSE）。

MMS報文屬于不用快速傳輸?shù)膱笪?，雙向傳遞數(shù)據(jù)。SV報文和GOOSE報文屬于快速傳輸?shù)膱笪?，單向傳遞數(shù)據(jù)。SV報文采用等間隔發(fā)送機制，一直以基于采樣頻率的固定間隔發(fā)送。GOOSE報文采用變位發(fā)送機制，正常時以最大發(fā)送間隔重復發(fā)送。

MMS報文一般用來實現(xiàn)保護、測控等裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間的信息交互；SV報文則主要用于保護、測控、錄波和計量等裝置所需的采樣值信號，如電流、電壓等；而GOOSE報文傳遞開關量信號，如開入量狀態(tài)信號、跳合閘信

號等。

IEC 61850標準將監(jiān)控系統(tǒng)分為三層，即站控層、間隔層、過程層，并約束這三類設備之間的通信服務，它主要包含通信要求、通信協(xié)議、信息模型、一致性檢測和工程管理等方面內容，且支持各層間的通信，完全可以滿足當前智能變電站的要求。

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)結構介紹

4.1.1 過程層。智能變電站的過程層是保護、測控等裝置與斷路器、互感器等設備的連接點，必須完成控制操作的驅動與執(zhí)行，在線檢測各運行設備的狀態(tài)參數(shù)等

功能。

過程層需完成電氣模擬量的采集、輸入和基本狀態(tài)量的輸入輸出任務，主要為斷路器、互感器、合并單元、傳感器單元、智能輸入輸出單元等設備。其控制操作功能主要體現(xiàn)在分合斷路器、投切補償裝置、低頻低壓減載、調節(jié)有載變壓器的分接頭等，且要求能判別命令真?zhèn)渭昂?/p>

理性。

4.1.2 間隔層。智能變電站間隔層設備執(zhí)行一個間隔內與過程層操作有關的任務，如完成本間隔防誤鎖、實施同期合閘及其他控制、實現(xiàn)一次設備的保護控制、匯總本間隔內各類數(shù)據(jù)信息等功能，且能按優(yōu)先級別完成數(shù)據(jù)采集、控制命令及統(tǒng)計運算等功能。間隔層設備主要為保護、測控、錄波等功能性裝置，在過程層和站控層之間發(fā)揮承上啟下的功能以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

4.1.3 站控層。智能變電站站控層必須完成人機接口、遠方通信、后臺信息處理等任務，主要包括運動裝置、操作員工作站、工程師站等。變電站站控層接收調度端下達的的控制命令，由間隔層設備和過程層設備去執(zhí)行；并需匯總站內運行信息，將各類信息以既定規(guī)約送向調度端或集控中心。站控層還須具有各類在線功能，如可編程防誤閉鎖，對間隔層及過程層設備進行維護、組態(tài)、修改參數(shù)等功能。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)的網絡設計

智能變電站自動化系統(tǒng)為“三層兩網”結構，由站控層、間隔層、過程層組成。采用分層、分布、開放式網絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。本文以220kV某變電站為例介紹智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)組網方案。

4.2.1 過程層網絡的實現(xiàn)。過程層一般由合并單元、智能終端等構成，主要實現(xiàn)過程層設備、間隔層設備間的連接。過程層網絡可傳輸SV報文和GOOSE報文。SV可采用點對點、獨立組網或與GOOSE共同組網的方式實現(xiàn)報文傳輸；GOOSE可采用點對點、獨立組網或與SV共同組網的方式實現(xiàn)報文傳輸。過程層網絡組網形式可以采用共享雙網、雙套獨立雙網或雙單網。

過程層按單間隔配置交換機時，交換機故障僅影響本間隔，與保護及測控裝置的聯(lián)系只是屏內光纖跳線，可靠性高，但成本較高。過程層按多間隔配置交換機時，交換機故障將影響多個間隔，與各間隔的保護、測控裝置聯(lián)系需經室內電纜溝拉光纜或尾纜實現(xiàn)，各間隔的界面不夠清晰，但成本較低。

經綜合比較，220kV電壓等級SV網和GOOSE網分網設計，均按雙套物理獨立的單網配置，按間隔配置交換機。

4.2.2 間隔層網絡的實現(xiàn)。間隔層由若干二次子系統(tǒng)構成，如保護裝置、測控裝置、計量表計、故障錄波器、安全穩(wěn)定裝置等。當站控層網絡失效進，仍可以獨立實現(xiàn)間隔層設備的就地監(jiān)控功能。智能變電站內保護、測控裝置和傳統(tǒng)裝置功能基本一致，但其信息的輸入輸出采用以太網串行通信來實現(xiàn)，裝置內以光電轉換接口插件替換原來的模數(shù)轉換插件。其他無本質差異。

4.2.3 站控層網絡的實現(xiàn)。變電站站控層一般由主機兼操作員工作站、遠動裝置、保護信息管理子站及其它各類在線監(jiān)測系統(tǒng)構成，形成全站監(jiān)控管理中心，并與調度端實現(xiàn)通信，主要完成站控層與間隔層間設備的信息交互。站控層網絡為雙星型拓撲結構，以雙網雙工方式運行，實現(xiàn)網絡無縫切換。站控層網絡三網合一、共網運行；MMS傳遞后臺操控命令、告警信息、一次設備狀態(tài)信息、保護測控動作信息等，GOOSE用于傳輸五防閉鎖信息，SNTP用于站內設備對時。

5 結語

基于一次設備智能化，二次設備網絡化和運行管理系統(tǒng)自動化的獨特優(yōu)點，智能變電站實現(xiàn)了各種功能共享統(tǒng)一的信息平臺，使變電站新增功能和擴展規(guī)模，且光纖取代電纜，電磁兼容性能優(yōu)越；還能提高測量精度和信號傳輸?shù)目煽啃??？傊贗EC 61850的智能變電站正成為當今電力發(fā)展的主流。

參考文獻

[1] 譚文恕.變電站通信網絡和系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850介紹

[J].電網技術，2001，25（9）.

[2] 許林生.淺談智能變電站自動化技術[J].廣東科技，2008，（3）.

[3] 石秀美.淺談智能變電站中的電氣二次設計[J].民營科技，2011，（7）.

[4] 吳國威.智能變電站中信息處理及網絡信息安全分

析[J].繼電器，2007，35（12）.

作者簡介：喻亮（1981—），男，廣西桂林人，供職于廣西電力工業(yè)勘察設計研究院，碩士，研究方向：控制理論與控制工程。