ICED 2008中国国际供电会议 1 馈线自动化的EC61850建模 王照，景雷，马文晓 集团研究中心ABB(中国)有限公司zhao.wang@cn.abb.com 摘要：馈线自动化系统是配电自动化系统的一个重要的组成部分。考虑到中国配电系统发展快，网络更新频繁的情况， 需要找到一种高效的建模和配置方式来满足系统变化的需要。EC61850标准具有开放和互操作的特点，这使其用于馈线 自动化系统的建模成为可能。本文介绍了如何采用EC61850对馈线自动化进行建模，包括架构，数据，拓扑和通信等。 同时，本文在总结EC61850建模优缺点的基础上，分析了馈线自动化的需求，并对EC61850在馈线自动化应用中的扩 展给出了建议。最后，本文认为通过适当的扩展，使用EC61850对馈线自动化系统建模是一种很好的尝试。 关键词：馈线自动化，EC61850,建模，扩展 1简介 T 随着城网改造和配电负荷的增加，馈线自动化引起越 主站层 来越多的重视。尽管并不存在特别多技术上的难题，馈线 自动化依然需要解决一些工程应用中的问题，例如它需要 一种标准的通信规约来面对多厂家设备互联的挑战四。 EC61850是一个针对电力系统通信的国际标准回，它具有 “开放”的特点。这个特点非常适合于应用到馈线自动化 中。 0 0. 本文将介绍使用对馈线自动化系统进行建模，分析其 绩战层 优缺点，并根据馈线自动化系统的一些特殊需要对 EC61850的扩展提出建议。 图】馈线自动化架构 2馈线自动化 馈线层和子站层与变电站自动化的架构比较相似，其 馈线自动化（简称FA))是用来监视和控制配电网络， 并使之可靠和高品质运行的系统。馈线自动化系统有多种 中馈线层类似于变电站自动化的ED层，而子站层类似于 变电站自动化的变电站层。因此，馈线层设备可以按照ED 实现方式，本文讨论的是集中控制的方式。 进行建模，并以ICD文件存在：子站层可以按照变电站进 馈线自动化系统的基本功能包括故障检测，故障隔离 行建模，并以SCD文件存在。主站层比较特殊，如它包括 和负荷转供，即FDIR。FDIR功能将通过检测故障信息来 一个以上的子站。如果想用实际的变电站来表示，那么就 进行故障定位，然后通过开断开关设备进行故障隔离，最 后通过未受影响的电源对失电负荷进行转供倒)。 需要对EC61850标准进行扩展，以达到可以包含多个变 电站的目的。 3IEC61850建模 3.2数据和功能 3.1架构 为了实现FDIR功能，馈线自动化需要收集以下的信 大多数馈线自动化包括多层结构。图1显示了一种典 息：开关设备的位置，馈线上流经的潮流，馈线的转供能 型的馈线自动化结构，其中包括三个层次：馈线层，子站 力，故障信息等等。在这些信息中，一部分是配置信息， 这部分信息可以通过配置和定值的方式进行建模：其他部 层和主站层。馈线层主要包括一些现场监视和控制设备， 如馈线终端单元(FTU),配电终端单元(DTU)和变压器 分信息是在线获取的信息，表1显示了国家标准中规定的 终端单元(TTU)。 部分功能。在这个表中，信息交换包括了测量和控制，这 些都可以参照IEC61850-7部分进行建模
2008 中国国际供电会议 1 馈线自动化的 IEC61850 建模 王 照，景 雷，马文晓 集团研究中心 ABB (中国) 有限公司 zhao.wang@cn.abb.com 摘 要：馈线自动化系统是配电自动化系统的一个重要的组成部分。考虑到中国配电系统发展快，网络更新频繁的情况， 需要找到一种高效的建模和配置方式来满足系统变化的需要。IEC61850 标准具有开放和互操作的特点，这使其用于馈线 自动化系统的建模成为可能。本文介绍了如何采用 IEC61850 对馈线自动化进行建模，包括架构，数据，拓扑和通信等。 同时，本文在总结 IEC61850 建模优缺点的基础上，分析了馈线自动化的需求，并对 IEC61850 在馈线自动化应用中的扩 展给出了建议。最后，本文认为通过适当的扩展，使用 IEC61850 对馈线自动化系统建模是一种很好的尝试。 关键词：馈线自动化，IEC61850，建模，扩展 1 简介 随着城网改造和配电负荷的增加，馈线自动化引起越 来越多的重视。尽管并不存在特别多技术上的难题，馈线 自动化依然需要解决一些工程应用中的问题，例如它需要 一种标准的通信规约来面对多厂家设备互联的挑战[1]。 IEC61850 是一个针对电力系统通信的国际标准[2]，它具有 “开放”的特点。这个特点非常适合于应用到馈线自动化 中。 本文将介绍使用对馈线自动化系统进行建模，分析其 优缺点，并根据馈线自动化系统的一些特殊需要对 IEC61850 的扩展提出建议。 2 馈线自动化 馈线自动化 (简称 FA)[3]是用来监视和控制配电网络， 并使之可靠和高品质运行的系统。馈线自动化系统有多种 实现方式，本文讨论的是集中控制的方式。 馈线自动化系统的基本功能包括故障检测，故障隔离 和负荷转供，即 FDIR。FDIR 功能将通过检测故障信息来 进行故障定位，然后通过开断开关设备进行故障隔离，最 后通过未受影响的电源对失电负荷进行转供[3] [4]。 3 IEC61850 建模 3.1 架构 大多数馈线自动化包括多层结构。图 1 显示了一种典 型的馈线自动化结构，其中包括三个层次：馈线层，子站 层和主站层。馈线层主要包括一些现场监视和控制设备， 如馈线终端单元（FTU），配电终端单元（DTU）和变压器 终端单元（TTU）。 图 1 馈线自动化架构 馈线层和子站层与变电站自动化的架构比较相似，其 中馈线层类似于变电站自动化的 IED 层，而子站层类似于 变电站自动化的变电站层。因此，馈线层设备可以按照 IED 进行建模，并以 ICD 文件存在；子站层可以按照变电站进 行建模，并以 SCD 文件存在。主站层比较特殊，如它包括 一个以上的子站。如果想用实际的变电站来表示，那么就 需要对 IEC61850 标准进行扩展，以达到可以包含多个变 电站的目的。 3.2 数据和功能 为了实现 FDIR 功能，馈线自动化需要收集以下的信 息：开关设备的位置，馈线上流经的潮流，馈线的转供能 力，故障信息等等。在这些信息中，一部分是配置信息， 这部分信息可以通过配置和定值的方式进行建模；其他部 分信息是在线获取的信息，表 1 显示了国家标准中规定的 部分功能。在这个表中，信息交换包括了测量和控制，这 些都可以参照 IEC61850-7 部分进行建模。 FTU DTU TTU 1 0..* 子站 主站 1 0..* 1 0..* 1 * 主站层 子站层 馈线层
2008中国国际供电会议 CED 2 表1 对国家标准中所规定功能的建模 以分别通过XCBR和XSWI建模。如果不考虑线路参数， 馈线可以通过‘ConnectivityNode'来描述， 必选 可选 模型 8B1 开关指示 XCBR/XSWI Circuit Breaker 终端状态 LPHD Tie Switch Section Switch 弹簧储能 XCBR/XSWI 开关量 气体压力 SIMG DIS1 DIS3 通信状态 LPHD 保护动作做障 PTOC 电流 MMXN Ds4(○ Ds5☏ 电压 MMXN L5 模拟量 有功 MMXN Ds6 DIS8 CBR3 无功 MMXN L8 功率因数 MMXN 开关控制 XCBR/XSWI 控制 保护控制 PTOC 图3三电源的拓扑 自动重合闸控制 RREC 白头S1 白辉D1 图2显示了FTU的基本模型。其中，MMXU代表了 由-云E0101 潮流，XCBR代表了开关的位置，PTOC代表了过流保护， 君 E0102 而CSWI代表了对开关的控制。 蓉E0103 E0104 白-FE0101 B BB1 白-本Q01 蓉L0101 LN CBCIL0120 FL0102 LN CBCSW1120 蓉L0103 LN CBXCBR120 FL0104 LN PHPTOC31 --LN IMMXU200 图4三电源网络部分拓扑的配置 图2FTU的基本功能模型 3.4通信 3.3拓扑 在集中控制的馈线自动化中，信息的交互是通过通信 进行的。通信的配置包括了子网和通信地址等。 拓扑是馈线自动化配置的重要部分之一。拓扑包括了 如图5所示的三电源网络，它的通信结构可以分为三 馈线自动化涉及的全部一次设备及其连接关系。如图3所 示的是一个三电源的配电网络。在这个网络中有三个电 个子网，每个子网都直接地连接着多个FTU,每个FTU 都有它自己的通信地址。 源，3个出口断路器，9个分段开关和多条馈线。图4显 图6显示的是三电源网络部分的通信配置。在其中一 示的是图3所示三电源网络的拓扑的一部分。 馈线自动化的拓扑可以用SCD文件的‘Substation' 个子网中，有四个FTU,一个控制出口断路器，其他的用 部分进行描述。考虑到电源的转供能力检测的问题，电源 来控制分段开关。图7显示了P地址的配置。 可以通过‘transformer'建模。出口断路器和分段开关可
2 2008 中国国际供电会议 表 1 对国家标准中所规定功能的建模 功 能 必选 可选 模 型 开关指示 √ XCBR/XSWI 终端状态 √ LPHD 弹簧储能 √ XCBR/XSWI 气体压力 √ SIMG 通信状态 √ LPHD 开关量 保护动作/故障 √ PTOC 电流 √ MMXN 电压 √ MMXN 有功 √ MMXN 无功 √ MMXN 测 量 模拟量 功率因数 √ MMXN 开关控制 √ XCBR/XSWI 控制 保护控制 √ PTOC 自动重合闸控制 √ RREC 图 2 显示了 FTU 的基本模型。其中，MMXU 代表了 潮流，XCBR 代表了开关的位置，PTOC 代表了过流保护， 而 CSWI 代表了对开关的控制。 图 2 FTU 的基本功能模型 3.3 拓扑 拓扑是馈线自动化配置的重要部分之一。拓扑包括了 馈线自动化涉及的全部一次设备及其连接关系。如图 3 所 示的是一个三电源的配电网络。在这个网络中有三个电 源，3 个出口断路器，9 个分段开关和多条馈线。图 4 显 示的是图 3 所示三电源网络的拓扑的一部分。 馈线自动化的拓扑可以用 SCD 文件的‘Substation’ 部分进行描述。考虑到电源的转供能力检测的问题，电源 可以通过‘transformer’建模。出口断路器和分段开关可 以分别通过 XCBR 和 XSWI 建模。如果不考虑线路参数， 馈线可以通过‘ConnectivityNode’来描述。 图 3 三电源的拓扑 图 4 三电源网络部分拓扑的配置 3.4 通信 在集中控制的馈线自动化中，信息的交互是通过通信 进行的。通信的配置包括了子网和通信地址等。 如图 5 所示的三电源网络，它的通信结构可以分为三 个子网，每个子网都直接地连接着多个 FTU，每个 FTU 都有它自己的通信地址。 图 6 显示的是三电源网络部分的通信配置。在其中一 个子网中，有四个 FTU，一个控制出口断路器，其他的用 来控制分段开关。图 7 显示了 IP 地址的配置。 BB1 BB3 BB2 CBR1 CBR3 CBR2 DIS1 DIS2 DIS4 DIS6 DIS3 DIS5 DIS7 DIS8 DIS9 Circuit Breaker Tie Switch Section Switch L1 L2 L4 L5 L6 L3 L7 L8 L9
ICED 2008中国国际供电会议 3 适当的扩展。 5模型的扩展 Slave Station 对IEC61850标准的模型进行扩展需要特别的谨慎， Fiber Optic 同时扩展需要被相关设备提供商所认可，从而保证互操作 Access Point 的目的。 模型的扩展可以遵守一些基本的原则： 1)尽量使用EC61850标准中己经定义的模型，例如 对新的逻辑节点进行建模可以尽量使用现有的CDC。 2)模型的扩展需要被标准化委员会批准。， 表2显示了馈线自动化的部分需要扩展的模型。 表2 馈线自动化的部分扩展需求 原始数据 IEC61850模型 注释 开关通过的功率 MMXU 开关的最大供电能力 CSWI.SwiCapac 配置或定值 负荷 NA 计算量 4. 转供能力 CSWI.RSCapac 计算量 图5三电源网络的通信结构 6结论 本文介绍了使用EC61850对馈线自动化的建模，包 白-圆IEC618500 PC Server IEC61850 Subnetwork 括结构，数据模型，拓扑和通信。文章显示多数建模都可 由子 CBR0101 以利用现有的EC61850标准进行。通过对建模问题的分 田一子 D1S0102 析，本文提出馈线自动化的EC61850建模需要进行扩展， 由 D1S0103 并且扩展需要遵守IEC61850的相关规定。 由-专D1S0104 参考文献 图6三电源网络部分通信的配置 [1]秦立军等，IEC61850体系下的配电网自动化系统”电 [020]Addresses 力设备，Vol.8No.122007 IP Address 192.168.10.3 OSI ACSE AE Qualifier 23 [2]IEC61850,Communication networks and systems in OSI ACSE AP Title Value 1,3,9999.23 substations,IEC,2005 OSI Presentation Selecto 00000001 OSI Session Selector 0001 [3 ]Yuan Qincheng,"Automatically Fault Disposal in OSI Transport Selector 0001 Distribution System"[M],China Electric Power Press, 图7P地址的配置 2006 [4]Yu-Lung Ke,"Distribution Feeder Reconfiguration for 4分析 Load Balancing and Service Restoration by Using G-Nets Inference Mechanism",IEEE Transactions on Power IEC61850有许多特点是适合在馈线自动化中使用的。 Delivery,vol.19,no.3,2004 首先，EC61850定义了标准的模型，如逻辑节点，这使得 其他程序可以通过配置文件获得数据的物理含义：其次， 作者： EC61850定义了标准的通信，这使得馈线自动化可以方便 王照：1999年毕业于哈尔滨工业大学，获得电力系统 的互相连接：最后，IEC61850定义了标准的配置，这使得 及其自动化硕士学位。现在ABB中国集团研究中心工作。 不同的设备提供商可以共享配置信息。 景雷：1997年毕业于华中理工大学，获得电力系统 由于馈线自动化通常涵盖了两个或两个以上的变电 自动化博士学位。现在ABB中国集团研究中心工作。 站，同时部分馈线自动化的数据超出了EC61850标准的 马文晓：2002年毕业于电力科学研究院，获得电力系统自 范畴，因此在应用到馈线自动化中，IEC61850还需要进行 动化硕士学位。现在ABB中国集团研究中心工作
2008 中国国际供电会议 3 图 5 三电源网络的通信结构 图 6 三电源网络部分通信的配置 图 7 IP 地址的配置 4 分析 IEC61850 有许多特点是适合在馈线自动化中使用的。 首先，IEC61850 定义了标准的模型，如逻辑节点，这使得 其他程序可以通过配置文件获得数据的物理含义；其次， IEC61850 定义了标准的通信，这使得馈线自动化可以方便 的互相连接；最后，IEC61850 定义了标准的配置，这使得 不同的设备提供商可以共享配置信息。 由于馈线自动化通常涵盖了两个或两个以上的变电 站，同时部分馈线自动化的数据超出了 IEC61850 标准的 范畴，因此在应用到馈线自动化中，IEC61850 还需要进行 适当的扩展。 5 模型的扩展 对 IEC61850 标准的模型进行扩展需要特别的谨慎， 同时扩展需要被相关设备提供商所认可，从而保证互操作 的目的。 模型的扩展可以遵守一些基本的原则： 1）尽量使用 IEC61850 标准中已经定义的模型，例如 对新的逻辑节点进行建模可以尽量使用现有的 CDC。 2）模型的扩展需要被标准化委员会批准。. 表 2 显示了馈线自动化的部分需要扩展的模型。 表 2 馈线自动化的部分扩展需求 原始数据 IEC61850 模型 注释 1. 开关通过的功率 MMXU 2. 开关的最大供电能力 CSWI.SwiCapac 配置或定值 3. 负荷 NA 计算量 4. 转供能力 CSWI.RSCapac 计算量 6 结论 本文介绍了使用 IEC61850 对馈线自动化的建模，包 括结构，数据模型，拓扑和通信。文章显示多数建模都可 以利用现有的 IEC61850 标准进行。通过对建模问题的分 析，本文提出馈线自动化的 IEC61850 建模需要进行扩展， 并且扩展需要遵守 IEC61850 的相关规定。 参 考 文 献 ［1］秦立军等，“IEC61850 体系下的配电网自动化系统” 电 力设备，Vol. 8 No.12 2007 ［2］IEC61850，Communication networks and systems in substations，IEC，2005 ［ 3 ］Yuan Qincheng ， “Automatically Fault Disposal in Distribution System” [M]，China Electric Power Press， 2006 ［4］Yu-Lung Ke，“Distribution Feeder Reconfiguration for Load Balancing and Service Restoration by Using G-Nets Inference Mechanism”，IEEE Transactions on Power Delivery，vol. 19，no. 3，2004 作者： 王 照：1999 年毕业于哈尔滨工业大学，获得电力系统 及其自动化硕士学位。现在 ABB 中国集团研究中心工作。 景 雷：1997 年毕业于华中理工大学，获得电力系统 自动化博士学位。现在 ABB 中国集团研究中心工作。 马文晓：2002 年毕业于电力科学研究院，获得电力系统自 动化硕士学位。现在 ABB 中国集团研究中心工作。 SS1 SS2 Slave Station Fiber Optic SS3 Access Point
馈线自动化的IEC61850建模 日万点题据文秋桃接 作者： 王照，景雷， 马文晓 作者单位： 集团研究中心ABB(中因)有限公司 本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7l64922.aspx
馈线自动化的IEC61850建模 作者： 王照， 景雷， 马文晓 作者单位： 集团研究中心 ABB(中国)有限公司 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7164922.aspx
