1 配电自动化系统的实用化现状

　　从20世纪90年代开始，我国开展大量配电自动化试点项目和较大范围的工程化实施。但由于技术和管理上的诸多原因，至今没有形成大规模实用运行的配电自动化，而阻碍配电自动化系统实用化的主要原因在于没有充分考虑和研究配电系统的特点，具体如下。

　　(1)零碎的孤岛信息

　　依靠建设个别区域的配电自动化系统采集的数据在整个配电网中形单影只，形成不了完整的系统运行拼图，使配电网调度系统无法投入上规模的实用化运行。

　　(2)海量测控站点

　　配电自动化系统的测控对象为10kV开关站、环网柜、分段开关、联络开关、补偿电容和重要负荷等，站点多且信息量大。主站系统一次图输入、数据点输入工作量巨大，由于网络拓扑的变动需要持续的后期修改维护。

　　(3)网络拓扑结构经常性变动

　　低压配电网与主网不同，随着城乡建设的需要以及用电客户的需要，网络线路在不断地增减、改变。网络拓扑变动属于常态，使系统维护工作量大且协调工作多。由于很多配电自动化系统是从主网调度系统移植而来，因此不能适应这种大量变动、需要持续维护的应用。

　　(4)在线式调试

　　配电系统的网络拓扑变动与主网中高压输配电站的改造不同，是在不改变当前投运状态的情况下对线路的增改仓位等。因此，无法全面将所涉及或间接涉及的数据点进行重新试验校对。

　　(5)缺乏与其他系统的整合互联

　　配电自动化仅进行实时数据监视的实用意义有限，必须与配电管理系统联动才能发挥其作用，包括与故障报修、停送电计划、地理信息系统(GIS)的联动。因此，需要建立一套配电自动化系统与其他信息系统的数据交换机制，充分发挥配电系统的作用。

　　通过近20年的探索实践和持续建设，以及通信技术、信息技术的发展，都为进一步提高配电自动化系统的实用化提供了坚实基础，主要包括：一是配电一次设备性能及自动化水平不断提高，为配电自动化建设奠定了良好的设备基础。城乡电网的建设与改造也取得了丰硕成果，网架结构趋于合理，这为进一步发挥配电自动化系统的作用提供了条件。二是具有自愈功能的光纤通信技术已经成功地应用于配电自动化系统中，能够满足配电数据传输和实时控制的有效性和可靠性要求。为配电自动化实用化运行提供了硬件条件。三是对电力系统信息标准化工作越来越重视，作为IEC组织的成员，积极进行IEC 61850和IEC 61968标准的制定和推广实施。四是国家电网公司在总结十多年配电网建设经验的基础上，提出了今后配电网的建设方向.即“标准先行、统一规划、优化设计、信息共享、因地制宜、分步实施”的总原则。

　　2 IEC 61850标准

　　变电站通信体系IEC 61850标准是由国际电工委员会第57技术委员会颁布的，应用于变电站通信网络和系统的国际标准，是基于网络通信平台的变电站唯一的国际标准，

　　IEC 61850解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题，采用该标准可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和“即插即用”(Plug and Play)的特性，极大地方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。

　　2.1 面向对象

　　IEC 61850标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个智能电子设备(IED)作为服务器，包含一个或多个逻辑设备(Logic Device)。逻辑设备包含逻辑节点(Logic Node)，逻辑节点包含数据对象(DO)。数据对象则是由数据属性(DA)构成的公用数据类实例。IEC 61850标准的实质就是将整个电站层层对象化，以电站作为大对象，包含多个IED对象，各IED对象又包含Logic Device对象，Logic Device又包含Logic Node对象，直到最后的公用数据对象实例。

　　IEC 61850体系的面向对象不仅体现在IED，而是对整个电站的对象化，其层次包括了电站、电压等级、间隔、IED等。在建立了一个严谨规范的命名规则后，对一个电力系统中可定位的具体对象按其命名就能唯一确定。这对配电自动化系统的实用性运用具有重要意义。

　　2.2 工程配置

　　IEC 61850-6定义了一套基于XML(可扩展标记语言)的变电站配置语言，并规定了工程配置的具体编写规范。完整的SCL工程配置文件包含变电站全部的信息，具体如下。

　　(1)一次系统结构，包括使用的一次设备，设备之间的连接，甚至能够描绘一次图各部件的坐标位置等。

　　(2)通信系统，描述IED设备通信访问点(IP地址)，设备之间的通信连接等。

　　(3)描述每个IED设备的逻辑设备、逻辑节点、数据对象、对象实例属性等。

　　(4)描述各IED设备提供的服务，如何启动各类发送，需要从其他IED取得哪些数据等。

　　综上所述，SCL文件以自我描述的方式足够详尽地描绘出电站的一二次系统结构、通信连接、数据流向、数据内容等，而编写语法、所涉及的对象类定义(对象属性、操作方法等)由IEC 61850协议体系规范。SCL配置是一个对于电站的一二次系统完整、全面、规范的描述文件。

　　2.3 互操作

　　基于SCL文件进行通信互联的IED设备具有完全的互操作性和互换性。IEC 61850标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则;采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，如获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作。

　　假设上位主机A与IED设备B通信，A机接收B机的数据，这时A为客户机，B为服务机。A机读取B机的数据有两种方式：一种是B机配置的SCL文件已存于A机，这时A机按IEC 61850标准读取B机的对象列表，并与自身的B机SCL文件对照，如果一致，则进行后续读取工作;另一种是A机没有B机的SCL配置，这时A机通过读取对象列表服务向B机获取该列表，然后进行后续读取工作。

　　整个电站的SCL配置可以集中在主站侧，也可以分散在IED设备中，对B机的描述可以部分在主站，部分在B机，只要不矛盾就没问题，应用起来相当灵活。如区域配电网的一次系统描述可以放在集中器，也可以分布在各箱变的终端设备(DTU)中。

　　3 IEC 61968标准

　　配电系统的实时应用应与配电管理系统配合工作，这种整合多方资源的系统覆盖配电网调度、运行、生产的全过程，还支持客户服务。这类系统结合了配电GIS应用系统(基于地理信息背景的自动成图和设备管理系统)、停电管理系统(OMS)、故障报修服务(TCM)、配电工作管理系统(WMS)等，并且与需求侧负荷管理(DSM)相结合，实现配电和用电的综合应用功能。

　　新的配电网自动化系统的软件结构如图1所示，系统将各部分封装成对象，插在“接口体系”上，任何一个系统的变化，只要遵循接口体系，则另外的系统就不需要有任何变化。

图1 新的配电网自动化系统的软件结构图

　　在这种应用背景下，IEC 61968标准的制定为系统间的无缝互联提供了标准。IEC 61968标准、IEC 61850标准之间的关系如图2所示。

图2 IEC 61968标准和IEC 61850标准之间的关系

　　IEC 61968已经在我国电力企业的研究推广计划中，因此新建的配电网系统应该考虑与IEC 61968的兼容。IEC 61850应成为新型配电系统考虑使用的厂站级标准。

　　4 IEC 61850在配电网中的应用

　　一个典型的区域配电环网图如图3所示。在图3中，K1为开关站、P1、P2、P3、P4为箱式变电站，各自配备了一台DTU。这些DTU中数据都传送到区域集中器，然后由区域集中器送到配电主站。虽然区域配电网在地理上零散分布，但是一样可以映射为一个电站。区域集中器作为站控层设备可以充当IEC 61850标准中的客户机;K1、P1、P2、P3、P4的DTU作为间隔层IED，充当IEC 61850标准中的服务器。

图3 一个典型的区域配电环网图

　　以P1站DTU的SCL工程配置文件为例(见图4)，分别描述了电站一次系统及连接、通信系统及接口位置、二次IED的对象化。

图4 P1站DTU的SCL工程配置文件

　　电站一次系统及连接(图4a)，可以存在于P1站DTU的SCL文件中，仅描述Pl站的一次系统;也可以存在于区域集中器的SCL文件中，因为是集中器的SCL文件，其一次系统及连接将包括P1站在内的全部区域箱式变电站。通信系统及接口位置(图4b)、二次IED对象化描述(图4c)必须存在于Pl站DTU的SCL文件中，作为此IED设备的建模文件。实现了IEC 61850标准的P1站DTU，可以按照自身的建模文件对外提供数据服务，也就是说拥有同样SCL配置的装置能相互替代，这为设备互换和标准化提供了极大方便。

　　配电主站按IEC 61850标准得到完整描述的电站信息、实时数据等，能在主站自动加入该区域配电网的拼图，而不需要象传统调度自动化系统那样人工输入一次图和数据点。这对配电系统实用化意义重大。

　　5 IEC 61850在配电自动化中的实用意义

　　5.1 IEC 61850自我描述使DSCADA海量信息可维护

　　IEC 61850从3个侧面对系统进行自我描述，通过规范的SCL文件完整地描述了整个系统的一次、二次各细节及相互关系。这样系统能通过此SCL文件获得配电子网的完整结构、运行模式及数据。IEC 61850标准的应用还解决了主站系统海量站点造成的海量一次图绘制、数据点输入、校对问题，而且与人工输入相比，大大提高了输入正确性，也避免了由于网络拓扑的变动带来的繁重更改工作。这需要制定合理的建模规范，有一个全网命名规则，使SCL的导入可直接用来扩充系统。

　　5.2 面向对象描述给拓扑变动和在线调试带来便利

　　IEC 61850对一个数据点的描述：“××站/××电压等级/××间隔/A相电流”，这样一种面向对象的描述与传统的“遥信/第××点”进行对比，特点如下。

　　(1)当已投运的配电网增加一个站或改动某一个站出线数，对于面向对象的描述，控制器或配电网数据采集与监视控制(DSCADA)系统接收已投运部分的数据或控制已投运部分开关，都不会出现错位可能;但以点号方式上送数据或下发控制的系统将存在风险。

　　(2)面向对象的配置不会改变已配对象，而传统配置以挑点为基础较容易出错。

　　(3)面向对象的IEC 61850标准可适用于正常投运并在运行后经常变动拓扑的配电网。

　　5.3 IEC 61850实现设备互操作使设备互换成为可能

　　运用标准化的SCL文件生成器，独立于设备厂家，可以产生完全符合规范要求的工程配置文件。按照同样SCL建模文件的设备，能提供同样的数据服务和通信服务，给设备替换、更新带来极大方便。

　　5.4 IEC 61850区域配电网是实现配电综合管理系统的站级基础

　　IEC 61850是国际电工委员会编制的电力系统通信网络唯一的国际标准，引导了电力通信网的发展方向。因此，IEC 61850配电网建设符合配电自动化发展趋势。

　　6 结语

　　在光纤通信网建设初具规模，信息化程度日益提高的背景下，电力配电自动化技术及其实用化的进一步提高成为一项即有理论基础又有物质基础的实践。IEC 61850不仅可以用在智能变电站中，将区域配电网模拟成变电站，同样也可以使海量数据的输入、修改工作、拓扑变动带来的数据维护和在线调试等阻碍配电自动化实用性的问题得到本质解决。