IEC61850标准在电能质量监测系统中的作用

摘要： 工业领域 对设备灵敏度要 求逐步提 高， 使电能质量监测越 来越重要。为克服专用监测设备结构复杂、 资高等问题， 投
提 出构建基于Ｉ Ｃ １５ 标准的变电站 自 Ｅ ６８ ０ 动化 系统。 通过构建 电能质量监测系统模型， 实现分布式电能质量测控功能， 与传统 系统对比， 论述分布式系统优势， 采用简单网络管理协￣Ｓ Ｐ ＮＴ 使时间同步精度在ｌ 微妙以内。 关键词 ： 电能质量 ； Ｅ ６８ ０ 优 势 ； 能电子 设备 Ｉ Ｃ １５ ； 智
目。 考虑到以太网数据 帧格式， 一个单 向ｌＯ ｂｓ Ｏ Ｍ ／端口最多负荷
七个 Ｍ 。 ｕ 如果中，ｉ 录单元需记录７ 以上Ｍ 数 据， 以增加 ｔＥ ３ 个 Ｕ 可 端 口扩展系统 ， 或使用带有 １ｂｓ 口的计算机连接１ ｂｓ Ｇ ／端 Ｇ ／交换 机， 交换机ｌＯ ｂ ｓ ＯＭ ／端口连接Ｍ 。 ｕ 监测单元开启事件监测和触发算法， 产生Ｃ Ｍ Ｒ Ｄ 文件并 ＯＴＡＥ 保存， 供后续数据处理和分析调用 。 只使用站级总线 时， 变电站
入手， 过约定功能语义和服务模 型， 通 实现互操作 目标 采样
测量值 （ Ｍ ） 通用变电站事件 （Ｓ ） ＳＶ 、 Ｇ Ｅ 及报告等服务 促进 了分 布式监测系统的发展 ， 同时促进了多功能Ｉ 的应用。 肋
２数 字信号处 理
Ｍ 和 ＩＤ ｕ Ｅ 之间具有数字接 口提供数字通信， ｕ Ｍ 发送 的报文 包括各路电流 、 电压及其有效性标志、 一些反应开关状态的输 入信息和时间标 签。 二次设备增加逻辑接 口４ 避免全部使用新 ， 设备导致技术风险和投资过大。 为支持在全系统范围内， 不同设备或应用进程之间快速可
１ 模拟信号处理
模拟信号系统与数字信号系统中， 信号处理过程处于不同 功能单元内。
靠交换数据， Ｅ ６８ ０ ＩＣ １５ 定义了通用变电站事件Ｇ Ｅ Ｓ 模型， 可以增 强系统可靠性和灵活性 ， 降低系统维护费用。 Ｓ 分两种控制类 ＧＥ
和报文结构 ： ＧＳ — ｅ ｅ ｉ ｕ ｓａ ｉｎ Ｓ ａ ｅ Ｅ ｅ ｔ Ｓ Ｅ Ｇ ｎ ｒｃ Ｓｂ ｔ ｔｏ ｔ ｔ ｖｎ 通用变 电站状态 事件， 用于传输状态位变化信息 （ 双比特） ；
步单元发送秒脉冲， 通过专用网络给系统所有接 口单元 ； 口 接
和Ｐ 瞬时数据交换逻辑接口） Ｔ 在过程总线传输。 通信过程包括：
采样值信号处理— 隍 帧一 且 网络传输——保 护设备接收。 采样值传输有严格时间要求， 传输模型支持 由数据集组织
单元以２ ６ ｓ ５ 点／ 采样 ， ｕ Ｍ 传输数据报到以太网交换机 ， 交换机转
Ｇ Ｏ ＥＧ ｎｒ ｃ ｂｅ ｔ ｒ ｅ ｔ ｄ Ｓ ｂ ｔ ｔｏ ｖｎ 面 ＯＳ—ｅｅ ｉ Ｏ ｊｃ Ｏ ｉｎ ｅ ｕ ｓａ ｉｎ Ｅ ｅ ｔ
向对象变电站事件， 支持由数据集组织 的公共数据交换。
图１ 分布式记录功能模块
Ｇ Ｅ 输要求高可靠性 ， Ｓ传 主要应用于过程 总线上保护跳 闸 命令和闭锁信号传输。
．－ （卜 一 ｅ
Ｉ ｉ
系统是ＩＣ １５标准的综合应用。 Ｅ ６８ ０ 一旦发现被监测参数变化就 发送Ｇ Ｏ Ｅ Ｏ Ｓ数据报 ， 其中包含事件类 型和时间等信息 。 中心单元 订阅所有发布的数据报， 据报 文中时标和功能设定值 ， 根 得到 发生事件类 型， 使用 简单 网络管理协议 （Ｎ Ｐ 即可满足 同步 ＳＴ）
２１ ０ １年第 ４期
（ 总第 １４ 期 ） １
信 息 通 信
Ｉ ＯＲＭ ＡＴ ＯＮ ＆ ＣＯＭ Ｍ ＵＮ Ｉ ＮＦ Ｉ ＣＡＴ１ ０ＮＳ
２ １ ０１
（ｕ Ｓ ｍ． Ｎ １４ ｏ １）
ＩＣ ５标准 Ｅ ６８ ０
（ 华北电力大学， 河北 保 定 ０ １０ ） ７０ ３
统中的作用
模拟量输出型Ｅ ＴＥ ｒ直接供给二次设备， ｃ／Ｖ ， 数字量输出型则 接至合并单元Ｍ后再接二次设备。 Ｅ ６８ ０ ｕ ＩＣ １５规定了模拟采样电压 电流均 以链路层数据帧形式通过接Ｈ４（ 过程层和间隔层之间ｃ Ｔ
３ 分布式系统结构
分布式系统结构包括： 记录单元、 口单元、同步单元。 接 同
补偿 时延， 才能发送 到过程总线给各ＩＤ Ｅ 进程 。
现有设备存在 问题 ： 电能质 量现象涉及特征量很 多， 开发 商使用各 自通信协议和数 据格式， 开发的仪器和软件不同， 不 同制造商的设备互联存 在困难 。 因此， 需要 使用一种 标准协
议， 建立开放 式监测系统 。 Ｅ ６８ ０ Ｉ Ｃ １５ 从分类变 电站 自动化功能
中图分类号 ： Ｍ９ ３ Ｔ ３． ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号： ６ ３１３ （０ １ ０ －１９０ １７ — １ ２ １） ４０６ －２ １ 上图为Ｍ 简 图， ｕ 用Ｇ Ｓ ｕ Ｍ使 Ｐ 接收 的Ｐ Ｓ Ｐ 信号实现 同步。 设备 之问时延Ｄ Ｄ＋ ２ 如果得不到补偿， ＝ ＩＤ ， 就相当于一个相移 ， 影响 所有二次保护测控设备， 所以， 必须在测量值附时间标签之前
发到监测和记录单元 ， 所需带宽Ｄ ：
Ｄ ≥ ＳＴｎ Ｒ ＲＬ№
的公共数据交换使延时和采样抖动最小。 Ｃ Ｒ Ｖ Ｒ Ｔ Ｔ 和Ｔ Ｔ 设置采样 值缓冲区， 传输基本 电压 电流值到变电站局域网。 Ｕ Ｍ 采用组播或
广播发送模式， 为满足差动保护和测量需要， 需配置高采样率。
式 中ｓ为采样率； Ｌ Ｔ为报 文长度最大值 ； 为所连 接Ｍ 数 ｎ Ｕ
信息交换基于发布者／ 订阅者机制 ， 发布者在发送端缓冲
区写数据， 阅者在 接收端缓冲区读数 据， 订 根据 时标排序数据 报 以便 后续数据处理， 通信系统负责更新缓冲区， 发布者采样 值 控制单元控制通信过程 。 发生 电能质量事件 时， 记录单元直
接 使用模拟 采样值 ， 传统系统中必须 同时采样测量值 ， 分布式 系统中 （ 尤其包含多个Ｍ 的情况下） ｕ 可以在不同时刻采样 。