IEC61850在配电自动化应用中的关键技术研究-第2页-北极星输配电网

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3、关键技术研究

IEC61850应用于配电自动化系统还面临很多关键技术需要解决，主要涉及8个方面：①信息模型；②特定通信服务映射（SCSM）；③信息安全；④架构描述；⑤系统集成；⑥设备的即插即用；⑦与控制中心模型的协调；⑧通信一致性测试。

3.1 信息模型

IEC61850-7-4Ed2.0定义了170多种逻辑节点，IEC61850的其他技术报告中又新增了一些逻辑节点，例如针对输变电设备状态监测新增的逻辑节点、分布式能源相关的逻辑节点。可以直接应用这些已有的逻辑节点对配电自动化系统进行信息建模。但配电自动化系统毕竟有其特殊性，当现有逻辑节点不能满足需求时，需要新增逻辑节点或对现有逻辑节点进行必要扩展。例如，为描述配电网中广泛使用的故障指示器，需要增加一些故障指示逻辑节点。为此，正在起草中的技术报告IEC61850-90-6增加了SCPI（电流指示逻辑节点）、SVPI（电压指示逻辑节点）和SFPI（故障指示逻辑节点）。

目前各方都在积极探索智能电网的大数据应用技术，配电自动化系统是智能电网的重要组成部分。配电自动化系统的数据是智能电网重要的基础数据。因此，建立和维护好配电自动化系统的信息模型，将为智能电网的大数据应用开发打下良好基础。

3.2 通信服务

IEC61850所定义的通信服务由两部分构成：位于上层的ACSI独立于底层的具体通信技术和协议，比较稳定，基本不发生变化；位于底层的SCSM则呈现多元化，随着底层使用的通信技术或协议的不同而不同。目前在变电站自动化系统中主要使用由IEC61850-8-1、IEC61850-9-2所定义的SCSM，将ACSI映射到MMS或以太网的数据链路层。经过多年实践，证明这些SCSM对于变电站自动化系统是适用的。

与变电站自动化系统不同，配电自动化系统的终端差异较大，对通信有不同的需求。因此，在配电自动化系统中，除了映射到MMS之外，ACSI还可映射到IEC60870-5-104、WebService、XMPP、DNP3.0、Modbus等协议。实际上，IEC61850应用于风电场监控系统时，为满足风电场的通信需求，已将ACSI映射到除MMS之外的其他协议（IEC60870-5-104，DNP3.0，WebService，OPC），详情参见IEC61400-25。需要注意的是，不同的底层协议对IEC61850所定义的60多种ACSI支持是有差异的，MMS、WebService、XMPP对ACSI的服务全部支持，但IEC60870-5-104、DNP3.0等只支持一部分ACSI通信服务，对于GetServerDirectory等服务不支持。此外，不同SCSM的实现对设备的软硬件平台要求也有差异。在选择通信服务时，需要综合考虑各种因素。

3.3 信息安全

目前国内变电站自动化系统采取“横向隔离，纵向认证”的技术策略，变电站内部按照安全重要性对设备进行安全分区，不同区域间进行横向隔离，变电站与远方控制中心间的通信采用纵向认证。在变电站内部，尤其在同一安全区域内部没有采取进一步措施。因此，当前变电站自动化系统采取的信息安全防护属于边界防护策略。

配电自动化系统范围广、节点多、通信方式多样，可能使用无线公网，与变电站中主要应用光纤局域网差异很大。不能照搬变电站现有的信息安全防护措施，需要根据实际情况研究新措施。

IEC关于智能电网信息安全技术要求主要体现在IEC62351中，目前该标准的第2版已在发布中了。可以结合IEC62351的最新成果，在配电自动化系统中除了边界防御外，对装置采用加密、认证等多种安全措施，确保配电自动化系统的信息安全。采取信息安全措施后，会增加工程调试的复杂度和运行维护管理难度。例如，采用静态密钥还是动态密钥，如果采用动态密钥，密钥如何发放与更新等问题都需要认真考虑与规划，需要在技术、经济、管理之间寻求一个平衡。

3.4 架构

对变电站自动化系统中各IED的角色进行深入分析后，IEC61850将变电站自动化系统的各类设备从网络通信角度，抽象为3层架构模型，即站控层、间隔层、过程层。实践证明，IEC61850所提出的3层架构模型很好地满足了变电站自动化系统描述的需要，为工程实践和产品开发提供了良好的支持。

配电自动化系统点多面广，需要考虑可再生能源接入、分布式能源（DER）、微电网等问题，情况较变电站自动化系统复杂得多。因此，在配电自动化系统中，不能照搬IEC61850现有的针对变电站自动化系统的3层架构，而是需要根据配电自动化系统的实际情况，设计出合适的架构。目前，国内外都在做相关工作。IECTC57WG17正在起草技术报告IEC61850-90-15《采用IEC61850的分布式能源集成》，该报告为DER和电网运营商间的相互作用提供了通用信息模型。该报告提出了图2所示的DER集成5层设备架构，从下向上分别为过程层、现场层、站控层、运行层、企业层。通过这5层架构，并引入DER单元、DER单元控制器、DER系统、企业DER管理系统等概念，将DER接入配电自动化系统的架构描述得非常清楚。