城市柔性配电网实时仿真平台IEC61850建模
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在上位机中，使用平台提供的元件模型库按一 定 逻 辑 关 系 构 建 一 次 系 统，从 而 搭 建 出 基 于 MATLAB / Simulink 软件包的智能配电网仿真系统模 型，再将智能配电网的先进控制策略融入模型（ 或 通过 IO 口连接外界控制器实物） ，待模型编译后将 其下载到仿真器中运行，此时仿真器就相当于一个 实际运行的智能配电网，后续可以此为基础进而开 展各种试验性研究。此外，该仿真平台还实现了与 LABVIEW 监控平台的无缝连接，用户可以直接使用 LABVIEW 工具软件作为仿真监控平台，进而完成图 形监视、在线调参、录波、历史记录回放等功能。图 2 为该示范工程在仿真平台中通过 LABVIEW 监控 平台呈现的监控界面。
微电网理论的提出，为电力系统提供了新型网络 结构参考［1］和更加高效与多样化的分布式发电系统 的管理运行模式，系统的供电安全性和可靠性得到极 大提高，分布式电源开始大量接入［2］。现阶段围绕微 电网的运行模式和控制技术已经开展了一系列的研 究工作［3］，然而新能源发电系统的大量接入与其自身 不稳定的特性，使得城市配电网网络运行结构变得复 杂多变，对此人们设计并搭建了智能配电网实时仿真 平台用于分析和验证各种传统及创新方案。
该平台支持 MATLAB / Simulink 软件包中所有元 件的建模，因而用户可以直接使用软件包中的电气类 一、二 次 元 件 搭 建 模 型。该 仿 真 器 还 有 一 套 基 于 MATLAB / Simulink 软件包开发的高效率实时模型，其 仿真规模和效率远远优于 MATLAB / Simulink 软件包 原有模型，因此更适用于实时仿真。同时，该平台还 提供了风机、光伏、储能、微燃机、变流器等各种元件 模型，可用来任意搭建所设计的配电网系统及其控制 系统与保护系统，进而分析和验证各种设计方案。
（ 1 贵州电网有限责任公司电力科学研究院，贵州 贵阳 550000； 2 贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）
摘 要： 南方电网公司建立了某大学城市配电网柔性互联系统示范工程来模拟和研究微电网与大量分布式电源接 入实际配电网的运行情况。本文首先介绍了示范工程的基本构成和所用仿真平台的基础原理。其次，为满足仿真 平台中电网模型和相关设备的 IEC61850 标准化，进而实现与其他 IEC61850 装置的成功交互，本文设计了一种涵盖 实时仿真器“四遥”信息建模、UDP 协议转换和 MMS 服务器软件实现的解决方案，并提供了相应的仿真平台端口通 信验证方法、IEDScout 模型验证方法和“四遥”功能验证方法。最后，本文完成了实时仿真器的信息建模、UDP 到 IEC61850 的协议转换，实现了实时仿真器与 IEC61850 客户端的数据传输和配电网系统中的“四遥”功能，为后续的 工程实现提供指导，也为国内新型配电网运行模式和 IEC61850 的研究提供参考。 关键词： 柔性配电网； 实时仿真； 直流配电中心； 协议转换； 信息建模 文章编号： 2096 － 4633（ 2019） 06 － 0001 － 08 中图分类号： TM743 文献标志码： B DOI:10.19317/j.cnki.1008-083x.2019.06.001
2019 年 6 月 第 22 卷 第 6 期 June. 2019，Vol. 22，No. 6
电力大数据 POWEＲ SYSTEMS AND BIG DATA
大数据专题 Big Data Special Ｒeports
城市柔性配电网实时仿真平台 IEC61850 建模
谢百明1 ，谈竹奎1 ，徐玉韬1 ，鞠 炜2 ，班国邦1
电力系统发展至今，配电网自动化是其必然趋 势［4］。传统配电网中，存在着一二次设备之间互操 作性差、难以共享信息、系统可扩展性差、二次电缆 回路安 全 隐 患 多 等 问 题［5］。为 保 障 电 网 经 济、安 全、稳定运行，国内外对电力通信与监控网络的快速 性和准确性都提出了更高要求。2004 年，IEC TC 57 委员会公布了 IEC 61850 系列标准，旨在对变电站 内不同设备提供的开放的信息交换与互操作功能进 行规范，近几年来，IEC61850 系列标准已开始涉及 公用电力自 动 化 领 域，包 括 配 电 网 自 动 化、电 动 汽 车、风力发电和分布式电源等多类使用场景。本文 就是在这种背景下，对城市柔性配电网仿真平台进 行了一系列 IEC61850 标准化的研究。
1 示范工程简介
本文的研究对象为南方电网在某大学实施的城 市配电网柔性互联系统示范工程，该工程作为全国首 个集 10 kV 交 流 配 电 网、± 10 kV 直 流 配 电 中 心、 380 V交流微电网、± 375 V 直流微电网为一体的产学 研协同创新平台，极具研究与参考价值。该示范工程 的主要系统架构由图 1 所示，系统由 3 回 10 kV 交流 配电线路、直流配电中心、交流微电网及直流微电网 经 MMC 换流器和 DAB 直流变压器柔性互联而成，且 受各部分的专用控制器监控和调节。如图 1 所示，3 回 10 kV 交流配电线路分别经过断路器、变压器与直 流配电中心相连，而直流配电中心则包括 3 个 1MVA 的 MMC 换流器、1 个 500 kVA 的 MMC 换流器和 1 个 500 kW 的 DAB 直流变压器，用以调节与分配配电线 路的负载； 4 号 MMC 换流器经过隔离变压器与 380V 交流微电网系统相连，该系统主要包含混合储能电 池、交流负载、风机发电系统、电力电子设备、备用电 源等； 而直流配电系统中的 DAB 直流变压器则与直 流微电网系统相连，该系统则主要包含混合储能电 池、光伏系统、直流照明负荷、电力电子设备、备用电 源等。
城市配电网系统是一个庞大且复杂的综合性系 统工程，在研究与发展智能配电网系统的进程中，需 要智能配电网实时仿真平台用以分析和验证各种传 统及创新方案。
某校电气信息实时仿真实验平台（ UＲEP） 是其
自主研发的，用于智能电网、数字化变电站、新能源 发电、电机驱动控制等方面教学实验和科学研究的 新型试验设备。其中的通用实时仿真器作为一个独 立系统，主要用于信号级仿真，其硬件部分除了具有 多核处理器主机板、智能 I / O 接口单元外，还包括协 调优化硬件解算器和高速通讯单元［6］。
基金项目： 国家自然科学基金项目资助项目（ 51667007） 、中国南方电网公司重点科技项目（ GZKJQQ00000417） 。
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电力大数据
Biblioteka Baidu
第 22 卷
图 1 示范工程系统架构 Fig. 1 Architecture of demonstrate engineering system
2 仿真平台简介
微电网理论的提出，为电力系统提供了新型网络 结构参考［1］和更加高效与多样化的分布式发电系统 的管理运行模式，系统的供电安全性和可靠性得到极 大提高，分布式电源开始大量接入［2］。现阶段围绕微 电网的运行模式和控制技术已经开展了一系列的研 究工作［3］，然而新能源发电系统的大量接入与其自身 不稳定的特性，使得城市配电网网络运行结构变得复 杂多变，对此人们设计并搭建了智能配电网实时仿真 平台用于分析和验证各种传统及创新方案。
该平台支持 MATLAB / Simulink 软件包中所有元 件的建模，因而用户可以直接使用软件包中的电气类 一、二 次 元 件 搭 建 模 型。该 仿 真 器 还 有 一 套 基 于 MATLAB / Simulink 软件包开发的高效率实时模型，其 仿真规模和效率远远优于 MATLAB / Simulink 软件包 原有模型，因此更适用于实时仿真。同时，该平台还 提供了风机、光伏、储能、微燃机、变流器等各种元件 模型，可用来任意搭建所设计的配电网系统及其控制 系统与保护系统，进而分析和验证各种设计方案。
（ 1 贵州电网有限责任公司电力科学研究院，贵州 贵阳 550000； 2 贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）
摘 要： 南方电网公司建立了某大学城市配电网柔性互联系统示范工程来模拟和研究微电网与大量分布式电源接 入实际配电网的运行情况。本文首先介绍了示范工程的基本构成和所用仿真平台的基础原理。其次，为满足仿真 平台中电网模型和相关设备的 IEC61850 标准化，进而实现与其他 IEC61850 装置的成功交互，本文设计了一种涵盖 实时仿真器“四遥”信息建模、UDP 协议转换和 MMS 服务器软件实现的解决方案，并提供了相应的仿真平台端口通 信验证方法、IEDScout 模型验证方法和“四遥”功能验证方法。最后，本文完成了实时仿真器的信息建模、UDP 到 IEC61850 的协议转换，实现了实时仿真器与 IEC61850 客户端的数据传输和配电网系统中的“四遥”功能，为后续的 工程实现提供指导，也为国内新型配电网运行模式和 IEC61850 的研究提供参考。 关键词： 柔性配电网； 实时仿真； 直流配电中心； 协议转换； 信息建模 文章编号： 2096 － 4633（ 2019） 06 － 0001 － 08 中图分类号： TM743 文献标志码： B DOI:10.19317/j.cnki.1008-083x.2019.06.001
2019 年 6 月 第 22 卷 第 6 期 June. 2019，Vol. 22，No. 6
电力大数据 POWEＲ SYSTEMS AND BIG DATA
大数据专题 Big Data Special Ｒeports
城市柔性配电网实时仿真平台 IEC61850 建模
谢百明1 ，谈竹奎1 ，徐玉韬1 ，鞠 炜2 ，班国邦1
电力系统发展至今，配电网自动化是其必然趋 势［4］。传统配电网中，存在着一二次设备之间互操 作性差、难以共享信息、系统可扩展性差、二次电缆 回路安 全 隐 患 多 等 问 题［5］。为 保 障 电 网 经 济、安 全、稳定运行，国内外对电力通信与监控网络的快速 性和准确性都提出了更高要求。2004 年，IEC TC 57 委员会公布了 IEC 61850 系列标准，旨在对变电站 内不同设备提供的开放的信息交换与互操作功能进 行规范，近几年来，IEC61850 系列标准已开始涉及 公用电力自 动 化 领 域，包 括 配 电 网 自 动 化、电 动 汽 车、风力发电和分布式电源等多类使用场景。本文 就是在这种背景下，对城市柔性配电网仿真平台进 行了一系列 IEC61850 标准化的研究。
1 示范工程简介
本文的研究对象为南方电网在某大学实施的城 市配电网柔性互联系统示范工程，该工程作为全国首 个集 10 kV 交 流 配 电 网、± 10 kV 直 流 配 电 中 心、 380 V交流微电网、± 375 V 直流微电网为一体的产学 研协同创新平台，极具研究与参考价值。该示范工程 的主要系统架构由图 1 所示，系统由 3 回 10 kV 交流 配电线路、直流配电中心、交流微电网及直流微电网 经 MMC 换流器和 DAB 直流变压器柔性互联而成，且 受各部分的专用控制器监控和调节。如图 1 所示，3 回 10 kV 交流配电线路分别经过断路器、变压器与直 流配电中心相连，而直流配电中心则包括 3 个 1MVA 的 MMC 换流器、1 个 500 kVA 的 MMC 换流器和 1 个 500 kW 的 DAB 直流变压器，用以调节与分配配电线 路的负载； 4 号 MMC 换流器经过隔离变压器与 380V 交流微电网系统相连，该系统主要包含混合储能电 池、交流负载、风机发电系统、电力电子设备、备用电 源等； 而直流配电系统中的 DAB 直流变压器则与直 流微电网系统相连，该系统则主要包含混合储能电 池、光伏系统、直流照明负荷、电力电子设备、备用电 源等。
城市配电网系统是一个庞大且复杂的综合性系 统工程，在研究与发展智能配电网系统的进程中，需 要智能配电网实时仿真平台用以分析和验证各种传 统及创新方案。
某校电气信息实时仿真实验平台（ UＲEP） 是其
自主研发的，用于智能电网、数字化变电站、新能源 发电、电机驱动控制等方面教学实验和科学研究的 新型试验设备。其中的通用实时仿真器作为一个独 立系统，主要用于信号级仿真，其硬件部分除了具有 多核处理器主机板、智能 I / O 接口单元外，还包括协 调优化硬件解算器和高速通讯单元［6］。
基金项目： 国家自然科学基金项目资助项目（ 51667007） 、中国南方电网公司重点科技项目（ GZKJQQ00000417） 。
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第 22 卷
图 1 示范工程系统架构 Fig. 1 Architecture of demonstrate engineering system
2 仿真平台简介