开放式数字化变电站自动化系统的讨论
日期：2008-11-5 23:11:17 来源：中国自动化网
点击： 作者：
点击： 作者：
点击【 大 中 小 】放大字体.
摘 要：在变电站自动化领域中,智能化电气设备的发展,特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化智能设备的出现，变电站综合自动化技术进入了数字化发展的新阶段。本文提出了开放式数字化变电站综合自动化系统统一架构，论述了数字化变电站综合自动化系统内智能化设备集成和站内设备间信息共享以及站内信息与远端的交互问题。同时文中讨论了应用IEC61850标准建立开放式变电站自动化系统通信平台的可能性并分析开放式变电站综合自动化存在的安全问题。
关键词：智能设备 开放式变电站自动化系统 IEC61850 网络安全
The discussion of Open Substation Automation System
Abstract: With the development of intelligent electronic device, especially the appearance of intelligent switch and optical sensor equipped with electrical components etc., great advancement happened in substation automation technology. In this paper, a unified framework of substation automation system is proposed, and the problems of information sharing between IEDs in substation local network and SCADA ,at the same time, are mentioned. Then analyses are made about the possibility of applying IEC61850 to construct an open substation automation system and security problem in this system. At the end, we have drawn some conclusions about the future in SAS.
Key words: Intelligent Electronic Device ,Open Substation Automation System, IEC61850, Network Security
0. 引言
变电站综合自动化在近年的飞速发展主要是由两个原因的推动。一是IT技术与通信技术近些年来的突破性进展使得数字化变电站综合自动化从技术和经济角度而言成为可能。二是电力企业对提高工作效率、降低运营成本的重视以及日益认识到用电客户端的服务对于电力企业效益的重要性。变电站综合自动化的关键问题在于信息共享，须保证任何需要电力系统信息的部门在特定时间内获得足够的有效信息。对于这些信息的分析对制定电力系统优化运行的决策具有重要的意义。目前在很多变电站综合自动化系统中包含了丰富的有用信息，包括电力系统运行信息与非运行信息。所以当前的各地供电企业面临的急切问题是如何制定统一标准的体系结构来提取这些电力系统运行和非运行信息并分析这些信息，来降低企业运营成本和提高企业效益。因此建立变电站自动化系统的开放式标准在当前是必要的和必需的。
1. 开放式变电站综合自动化系统
关于变电站综合自动化，目前还没有统一的工业标准定义。一般来说，是指将变电站的二次设备经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能[1>。变电站综合自动化的目标是将保护、控制、数据采集功能集成在最少的平台上，以减少设备投资和运营成本，减少控制室面积，避免多余的设备和数据库。智能设备（IED）作为综合自动化系统的关键二次设备，具有一个或多个微处理器，可以从外部接受和向外部发送数据和控制（ 例如：电子式仪表、数字化继电器、控制等 ）。
开放式变电站综合系统化系统通过系统的功能接口抽象和通信的标准化，为综合自动化提供了一个开放的统一平台，满足不同类型保护与控制设备的集成和交互。从另一角度而言，开放式的变电站综合自动化建立在供应商的产品软硬件接口的标准化基础之上，不同厂家的产品可以在本地交互或者与远方系统进行交互和信息共享。
开放式的变电站综自系统给电力企业带来的好处是降低投资风险和降低投资成本，允许现有变电站系统逐步升级改造而不是完全抛弃原来投资，而且为将来的系统改造也带来便利。开放式系统带来的好处还有延长系统寿命、变电站系统的功能易于扩展和兼容第三方产品等。
2. 开放式变电站综合自动化系统结构与对外数据传送
2.1 变电站综合自动化系统的层次结构
按照开放式系统分层划分的原则，我们可以将变电站综合自动化可从设备角度划分为一次设备层、IED应用层、IED综合层、变电站自动化应用层和企业层。五层结构如图1：
其中，一次设备层包括如断路器、变压器等电气设备。IED应用层完成一次设备的数据采集、保护、控制与监测等与一次设备相关的功能。IED综合层建立在IED应用层的基础上，借助于统一的通信接口，完成各种智能设备间的通信功能，并为将来可能的新型IED设备的接入预留接口。IED综合层包括两个层面：间隔层内IED设备的综合和变电站层IED的综合。变电站自动化应用层接收IED应用层的信息并进行处理，实现变电站内的协调控制，如电压与无功控制等，并为上层提供变电站运行信息，同时接收上层发布的命令并执行。最上层是企业层如各电力公司，利用下层信息制定电网运营决策，并向下层发布控制命令。从工程角度而言目前现场问题的焦点在于各智能设备间在变电站自动化平台上的集成。
2.2 开放式变电站综合自动化系统对外的数据传送通道
如下图二所示：
从变电站到上层系统共有三条数据通道相连，包括SCADA系统、数据仓库和远端联接智能设备。
（1）最为常用的数据路径是变电站综合自动化系统到SCADA系统的数据传输，包括变电站实时监测信息（如电压、电流等）、设备动作信息以及SCADA系统发布到变电站的控制命令。这些信息对于调度监视和控制电力系统是十分重要，必须在限定的较短时间内完成传送和处理工作，所以对信道的要求很高。
（2）数据仓库处理来自变电站综合自动化系统的非运行信息（如设备检修状态等）。数据传送的方式到底是从变电站主动送往数据仓库，还是数据仓库向变电站要求数据传递，还是两者兼而有之，这个问题值得进一步探讨。
（3）第三条数据通道是从远端直接从智能设备获取数据，如通过电话拨号方式。
3.实现开放式变电站自动化的通信协议
开放式变电站自动化系统平台的建立关键问题在于通信的标准化。变电站中IED与综合自动化的关系如下图三所示：
如图三所示，变电站综合自动化是由多个IED组成。IED间相互通讯，并且执行与变电站的应用层相互交互的功能（如与变电站层的网络控制、遥信、人机接口等等功能交互）。IED包括例如间隔控制单元、保护继电器、RTU、HMI、数字式电流/电压互感器等等。变电站内部通信网相当于为变电站中的IED构造了集成平台。
IEC61850系列标准是用来实现变电站中全部设备间的互操作性。变电站全部设备间的通信必须满足变电站中所完成功能的要求。然而各IED的功能配置以及控制策略不是固定的，其取决于生产厂家、用户和现代技术水平。这就导致了变电站内存在通信接口问题。IEC61850系列标准支持功能的任意配置，并提供清晰的结构，以使标准可在较长的时间内满足现场需求，且适应通信技术的快速发展。另外61850标准的绝大部分与实现无关，所以确保了IEC61850系列标准应用的灵活性。目前看来IEC61850系列标准为实现开放式变电站自动化系统平台提供了可能。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
关键词：智能设备 开放式变电站自动化系统 IEC61850 网络安全
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
The discussion of Open Substation Automation System
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
Abstract: With the development of intelligent electronic device, especially the appearance of intelligent switch and optical sensor equipped with electrical components etc., great advancement happened in substation automation technology. In this paper, a unified framework of substation automation system is proposed, and the problems of information sharing between IEDs in substation local network and SCADA ,at the same time, are mentioned. Then analyses are made about the possibility of applying IEC61850 to construct an open substation automation system and security problem in this system. At the end, we have drawn some conclusions about the future in SAS.
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
Key words: Intelligent Electronic Device ,Open Substation Automation System, IEC61850, Network Security
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
0. 引言
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
变电站综合自动化在近年的飞速发展主要是由两个原因的推动。一是IT技术与通信技术近些年来的突破性进展使得数字化变电站综合自动化从技术和经济角度而言成为可能。二是电力企业对提高工作效率、降低运营成本的重视以及日益认识到用电客户端的服务对于电力企业效益的重要性。变电站综合自动化的关键问题在于信息共享，须保证任何需要电力系统信息的部门在特定时间内获得足够的有效信息。对于这些信息的分析对制定电力系统优化运行的决策具有重要的意义。目前在很多变电站综合自动化系统中包含了丰富的有用信息，包括电力系统运行信息与非运行信息。所以当前的各地供电企业面临的急切问题是如何制定统一标准的体系结构来提取这些电力系统运行和非运行信息并分析这些信息，来降低企业运营成本和提高企业效益。因此建立变电站自动化系统的开放式标准在当前是必要的和必需的。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
1. 开放式变电站综合自动化系统
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
关于变电站综合自动化，目前还没有统一的工业标准定义。一般来说，是指将变电站的二次设备经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能[1>。变电站综合自动化的目标是将保护、控制、数据采集功能集成在最少的平台上，以减少设备投资和运营成本，减少控制室面积，避免多余的设备和数据库。智能设备（IED）作为综合自动化系统的关键二次设备，具有一个或多个微处理器，可以从外部接受和向外部发送数据和控制（ 例如：电子式仪表、数字化继电器、控制等 ）。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
开放式变电站综合系统化系统通过系统的功能接口抽象和通信的标准化，为综合自动化提供了一个开放的统一平台，满足不同类型保护与控制设备的集成和交互。从另一角度而言，开放式的变电站综合自动化建立在供应商的产品软硬件接口的标准化基础之上，不同厂家的产品可以在本地交互或者与远方系统进行交互和信息共享。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
开放式的变电站综自系统给电力企业带来的好处是降低投资风险和降低投资成本，允许现有变电站系统逐步升级改造而不是完全抛弃原来投资，而且为将来的系统改造也带来便利。开放式系统带来的好处还有延长系统寿命、变电站系统的功能易于扩展和兼容第三方产品等。
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2. 开放式变电站综合自动化系统结构与对外数据传送
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2.1 变电站综合自动化系统的层次结构
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
按照开放式系统分层划分的原则，我们可以将变电站综合自动化可从设备角度划分为一次设备层、IED应用层、IED综合层、变电站自动化应用层和企业层。五层结构如图1：
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
其中，一次设备层包括如断路器、变压器等电气设备。IED应用层完成一次设备的数据采集、保护、控制与监测等与一次设备相关的功能。IED综合层建立在IED应用层的基础上，借助于统一的通信接口，完成各种智能设备间的通信功能，并为将来可能的新型IED设备的接入预留接口。IED综合层包括两个层面：间隔层内IED设备的综合和变电站层IED的综合。变电站自动化应用层接收IED应用层的信息并进行处理，实现变电站内的协调控制，如电压与无功控制等，并为上层提供变电站运行信息，同时接收上层发布的命令并执行。最上层是企业层如各电力公司，利用下层信息制定电网运营决策，并向下层发布控制命令。从工程角度而言目前现场问题的焦点在于各智能设备间在变电站自动化平台上的集成。
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
2.2 开放式变电站综合自动化系统对外的数据传送通道
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
如下图二所示：
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
从变电站到上层系统共有三条数据通道相连，包括SCADA系统、数据仓库和远端联接智能设备。
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
（1）最为常用的数据路径是变电站综合自动化系统到SCADA系统的数据传输，包括变电站实时监测信息（如电压、电流等）、设备动作信息以及SCADA系统发布到变电站的控制命令。这些信息对于调度监视和控制电力系统是十分重要，必须在限定的较短时间内完成传送和处理工作，所以对信道的要求很高。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
（2）数据仓库处理来自变电站综合自动化系统的非运行信息（如设备检修状态等）。数据传送的方式到底是从变电站主动送往数据仓库，还是数据仓库向变电站要求数据传递，还是两者兼而有之，这个问题值得进一步探讨。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
（3）第三条数据通道是从远端直接从智能设备获取数据，如通过电话拨号方式。
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
3.实现开放式变电站自动化的通信协议
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
开放式变电站自动化系统平台的建立关键问题在于通信的标准化。变电站中IED与综合自动化的关系如下图三所示：
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
如图三所示，变电站综合自动化是由多个IED组成。IED间相互通讯，并且执行与变电站的应用层相互交互的功能（如与变电站层的网络控制、遥信、人机接口等等功能交互）。IED包括例如间隔控制单元、保护继电器、RTU、HMI、数字式电流/电压互感器等等。变电站内部通信网相当于为变电站中的IED构造了集成平台。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
IEC61850系列标准是用来实现变电站中全部设备间的互操作性。变电站全部设备间的通信必须满足变电站中所完成功能的要求。然而各IED的功能配置以及控制策略不是固定的，其取决于生产厂家、用户和现代技术水平。这就导致了变电站内存在通信接口问题。IEC61850系列标准支持功能的任意配置，并提供清晰的结构，以使标准可在较长的时间内满足现场需求，且适应通信技术的快速发展。另外61850标准的绝大部分与实现无关，所以确保了IEC61850系列标准应用的灵活性。目前看来IEC61850系列标准为实现开放式变电站自动化系统平台提供了可能。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
上一篇: 对“标准市场设计”的研究与思考下一篇: 某供电公司配电自动化系统分析
评论内容
载入中...
载入中...
P
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
·最新招聘信息
·最新求职信息
·推荐产品
·推荐厂商
·栏目热门排行
·站内热门排行