数字变电站的学习
数字化变电站基本定义：“变电站内一、二次电气设备和保护装置均应实现数字化
通信并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性”。互操作性是指不同设备制造厂商所供应的设备可以在变电站内通过标准通信协议格式进行数据交换、共享。
数字化变电站的基本概念是：变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信，具有全站统一的数据模型和数据通信平台，在此平台上实现智能装置之间的互操作。一次电气设备和二次电子装置之间的数字通信的主要内容有：电气量采样值数字化传输；跳合闸、状态信号及故障告警信号的数字化传输；智能变压器告警信号、分接头遥调、温度等模拟量的数字化传输.
数字变电站的目的
设备之间缺乏互操作性，不能够实现一体化系统；设备之间通过大量的电缆相连，模拟信号的传输存在电磁干扰及附加误差等，即信号传输的可靠度和精度不高，一次设备的在线检测信息不能共享；变电站内、变电站与控制中心之间没有完全实现信息共享，造成物理设备的重复使用和浪费；综合自动化、通信系统庞大。
数字化变电站的特点有以下几点：
(1)运用新式的光电互感器采集信息，并将这种采集、传输、处理和输出过程全部数字化，各种功能共用统一的信息平台；
(2)测量精度高，无饱和、无电流互感器开路； (3)二次接线简单；
(4)光纤取代电缆，电磁兼容性能优越；
(5)信息传输通道都可自检，速度快、可靠性高；
(6)管理自动化，系统的功能接口抽象和通信标准化，设备之间互操作性好，实现了变电站的一体化
IEC6l850协议标准共分10个部分：
IEC6l850—1：基本原则，包括IEC61850的介绍和全貌。 IEC61850—2：术语。
IEC61850—3：一般要求，包括质量要求(可靠性、可维护性、系统可用性、轻便性、安全性)，环境条件，辅助服务，其他标准和规范。 IEC6l850—4：系统和工程管理，包括工程要求(参数分类、工程工具、文件)，系统使用周期(产品版本、工程交接、工程交接后的支持)，质量保证(责任、测试设备、典型测试、系统测试、工程验收、现场验收)。
IEC61850—5：功能和装置模型的通讯要求，包括逻辑接点的途径(access of logicalnodes)，逻辑通讯链路，通讯信息片，PICOM(Piece of information for communication)的概念，功能的定义。
IEC6l850—6：变电站自动化系统结构语言，包括装置和系统属性的形式语言描述。 IEC6l850—7—1：变电站和馈线设备的基本通讯结构一原理和模式。
IEC61850—7—2：变电站和馈线设备的基本通讯结构一抽象通讯服务接口ACSL(abstract communication serviceinterface)，包括抽象通讯服务接口的描述，抽象通讯服务的规范，服务数据库的模型。 IEC6l850—7—3：变电站和馈线设备的基本通讯结构一公共数据级别和属性，包括公共数据级别和属性的定义。
IEC61850一7—4：变电站和馈线设备的基本通讯结构～兼容的逻辑接点和数据对象DO(data object)寻址，包括逻辑节点的定义，数据对象及其逻辑寻址。
IEC6l850一8：特殊通讯服务映射SCSM(special communication service mapping)，变电站层和间隔层内以及变电站层和间隔层之间通讯映射。
IEC61850—9：特殊通讯服务映射SCSM，间隔层与过程层内以及间隔层与过程层之间的通讯的映射。
IEC61850—10：一致性测试。
IEC61850分层与特点
（1）分层的系统结构.数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；而在逻辑结构上可分为三个层次，根据变电站自动化系统所要完成的功能，这三个层次分别为过程层、间隔层和站控层。
（2）电子式互感器的应用。与常规变电站相比，数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络连接只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却要进行较大的改变：由传统的电流、电压互感器、一次设备改变为电子式互感器（ECT/EPT）、智能化一次设备、合并单元（MU），由一次设备与二次设备之间的电缆连接改变为通过光纤连接。
(3)统一的设备模型和数据模型。IEC61850标准中为了实现互操作和可扩展性，采用了面向对象的技术，定义了数据模型和设备模型以及描述数据对象的方法及一套面向对象的服务。因此数字化变电站所有的设备将按IEC61850 标准建立一套统一的功能逻辑和信息模型
（4）抽象通信服务。信息分层，需要有相应的抽象服务来实现数据交换，这是IEC61850 的另一个特点：抽象通信服务接口(ACSI)，它定义了与实际通信协议无关的应用,独立于具体的网络应用层协议(例如MMS),和采用的网络(例如IP网络)无关。ACSI 定义了相关的通信服务、通信对象及参数，提供了服务器模型 逻辑装置模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型,这些服务模型定义了通信对象以及如何对这些对象进行访问。根据电力系统信息传输有轻重缓急并能实现时间同步的不同通信需求，IEC61850共定义了四种类型的通信协议栈,按照应用的网络层协议不同，映射方法也各不相同，由IED供应商自己定义．但是IED的抽象通信服务接口是相同的。
数据自描述。IEC61850 按保护、监视控制、物理装置、系统和装置安全、一次设备相关节点、有关系统服务节点等六大类，提供了80多种逻辑节点名字代码和350 多种数据对象代码,23 个公共数据类,涵盖了变电站所有功能和数据对象, 提供了扩展新的逻辑节点的方法, 并规定了由一套数据对象代码组成的方法, 加上一套面向对象的服务，这3 部分有机地结合在一起, 完全解决了面向对象自我描述的问题。
变电站层由服务器、操作员工作站、工程师站、远动主站等设备组成， 采用平等分布式结构，各设备相互独立。
间隔层按站内一次设备配置，功能分两部分：继电保护功能配置与综合自动化站相同，只是按照IEC61850标准配置与一次设备及站内通信网连接的接口；测控功能包括数据的采集上送和接收执行来自就地监控或调度端的控制操作。
过程层 远方过程接口，如与过程总线连接的I/O、智能传感器和控制器
接口含义：
IF1：间隔层和变电站层之间保护数据交换；
IF2：间隔层与远方保护（不在本标准范围）之间保护数据交换； IF3：间隔层内数据交换；
IF4：过程层和间隔层之间PT 和CT 瞬时数据交换（尤其是采样）； IF5：过程层和间隔层之间控制数据交换； IF6：间隔和变电站层之间控制数据交换； IF7：变电站层与远方工程师办公地数据交换；
IF8：间隔之间直接数据交换，尤其是象联锁这样快速功能； IF9：变电站层内数据交换；
IF10：变电站（装置）和远方控制中心之间控制数据交换。
数字化过程中的问题
数字化必然带来设备的增多，同时必须增加合并器。由于合并器的数据交换极其频繁脾低了系统的可靠性。由于现今产品的限制广次设备和二次设备问的通信和数字化接口部分可能存在问题'影响保护的稳定可靠。同时由于全站采用数字化传输，就必然带来误码的问题。数字化传输的延时问题．也可能带来保护作延时增加的问题。互感器的安装位置，合并单元的配置方案，各个二次设备如何共享数字信号，差动保护（变压器、母线、线路等)采样数据的同步，数宁化过程层设备的测量精度多个过程层接口的保护测控设备的应用等如何解决。
如数字化变电站通信网络的拓扑结构，操作箱数字化的配置，时问同步和闭锁功能的实现，智能开关耐压等级及短路电流开断能力的完善，网络环境下传输延时不确定等已经成为数字化变电站建设中需要关注的问题。
数字变电站的通信协议
基于IEC61850协议的数据共享、设备互操作性的原则，本文提出变电站3层通信网络结构 变电站层与间隔层之间主要通过变电站总线连接；间隔层与过程层之间通过过程层总线连接。在变电站通信中，IED内部是并行通信方式，IED设备之间主要是串行通信
变电站总线和过程层总线都采用以太网连接各种嵌入了以太网芯片的IED设备间隔层的所有IED设备在变电站总线上都可以作为以太网的一个节点，独立地挂网运行，实现全部的数据共享。
以太网的带宽问题解决方法
(1)在变电站的各层之间通信：使用双以太网结构以增加冗余度，从而保证通信的可靠性； (2)将间隔单元与过程层IED设备一一对应，将间隔单元与IED设备用单独的通信电缆连接起来，
然后以组的形式接人过层总线，从而缓解总线上数据流量过大的压力； (3)选用光纤作为过程层总线的传输介质，提高传输速率。
IEC61850定义了变电站层和间隔层之间的通信网络采用ACSI(Abstract Communication Service Interface)以及将ACSI映射到MMS(Manufacturing Message Specification)o而间隔层和过程层则采用单点对多点的方式映射到底层对象和协议，或者直接将采样值映射到过程总线的协议当中，也就是采用特殊通信服务映射。MMS是IEC61850对于IED设备通信应用层的重要协议，通过它使得各种具体物理设备被抽象成为VMD(Virtual Manufacturing Device)，使其进入OSI环境，从而实现各种服务与IED设备在以太网中的通信。
合并单元
是随着电子式电流、电压互感器的产生而出现的。在一定程度上实现了过程层数据的数字化和共享化。合并单元的主要功能是接受ECT／EVT输出的数字采样值并对采样值进行验证、合并，以通信方式向变电站的间隔层传递数字采样合并值。因此，作为变电站过程层数字化的一种实现方式，合并单元不可避免地被纳入到IEC61850标准体系中。IEC61850标准的核心是信息模型和建模方法，IEC61850将实际物理设备抽象化，设备之间的通信成为信息模型之间的信息流通。整个变电站作为一个对象，规约中把变电站中的设备定义为逻辑设备(LD)，逻辑设备中的各个功能模块定义为逻辑节点(LN)，系统传输的单元定义为数据对象(DATA)，逻辑节点中一般包括多个数据对象和数据属性(DATA—Attribute)
通信系统结构 ------14
图3 示意了数据模型的层次结构, 图中最高层是标准化了的逻辑节点和数据对象。
IEC 61850—7—2。这部分定义了抽象通信服务接口(ACSI)。ACSI 定义了与实际所用的通信协议无关的应用, 它定义了相关通信服务、通信对象及参数。ACSI 提供如下6种服务模型: 连接服务模型; 变量访问服务模型; 数据传输服务模型; 设备控制服务模型; 文件传输服务模型; 时钟同步服务模这些服务模型定义了通信对象以及如何对这些对象进行访问。这些定义由各种各样的请求、响应及服务过程组成。服务过程描述了某个具体服务请求如何被服务器所响应以及采取什么动作在什么时候以什么方式响应。ACSI定义的服务、对象和参数通过特殊通信服务映射(SCSM ) 映射到下层应用程序。
SCL 对象模型
一次系统结构∶采用哪些一次设备功能，设备是怎样连接的。按IEC61346-1 结构写入复盖全部开关场的变电站动化功能的说明中
通信系统：描述IED 和哪个子网络和网络相连，和它们的哪个通信访问点相连(通信端口)
应用层通信∶数据如何组成数据集，IED 如何触发发送选择了哪种服务，从
其它IED 需要哪些输入数据
每个 IED：描述每一个IED 配置了哪些逻辑设备，每个逻辑设备拥有哪些类的哪些逻辑节点，可得到什么报告，报告中有哪些数据和预配置关联可用，记录哪些数据
实例的逻辑节点(LN)类定义∶如IEC61850-7 定义，逻辑结点有强制、任选、和用户定义(外部)的数据对象(DO)，任选的服务不是实例的。这里定义实例的LNType，它包含实际可用的DO 和服务。
一方面描述实例的逻辑节点之间关系（和主IED 的关系），另一方面开关场(功能)部分之间关系。
变电站：描述开关场设备(过程设备)、它们按单线图的连接(拓扑)、设备和功能
说明描述，按IEC61346 的功能结构去构成说明；
产品： 它代表与SAS 所有产品相关对象如IED、逻辑节点等。
通信： 它包含与通信相关的对象类型的如子网、通信访问点，描述IED 间通信连
接，间接描述客户和服务器的逻辑节点间的连接。
逻辑节点作为产品，在开关场的功能范围内有功能特征，在变电站自动 化系统范围内有通信特征
每个结构的SCL 描述包含两部分说明：
1、名作为技术(关)键的分层部分用于说明对象。在每个分层内的对象都有属性Name，属性Name包括分层内的它的引用部分。技术(关)键用于技术文件中用来构建和维护系统，或自动处理工程相关的信息。在SCL 中也采用说明以描述不同模型对象之间链接。芭包含链接的属性有名 变电站模型的目的是∶ 1) 说明逻辑节点和变电站功能(变电站部分或一次设备或二次设备)的关系； 2) 从变电站结构导出逻辑节点的功能说明。 6.2 产品（IED）模型(The product (IED) model) 智能电子装置IED：变电站自动化系统设备，通过逻辑节点执行变电站自动化功能。智能化电子装置IED 一般通过通信系统与其它的智能电子装置IED 进行通信。通信系统中智能电子装置IED、总线之间的连接由通信口对象实现 逻辑设备（Logical Device）：逻辑设备包含在智能电子装置IED 中。 逻辑节点：包含在智能电子装置IED 的逻辑设备中。逻辑节点包含数据对象，数据对象定义 了待通信的信号。逻辑节点需要其它逻辑节点的数据对象，完成自身功能。可提供的数据对象在SCL 中说明。需要的数据对象，对数据对象的实现而言是私有的，因而仅对智能电子装置IED 的配置工具才是已知的。 配置描述文件 配置描述文件用于在(可能从不同制造厂的工具)不同工具间交换配置数据，在第5 节巳经指出(见图2) ，在工具间交换数据至少有两种类型的不同的配置文件。用文件的不同扩展名区分。不过每个文件的内容必需遵守下节中定义的变电站配置语言SCL 的规定。每个文件包含版本号和修订版本号，以区别同一文件的不同版本。这意味着每个工具必需保留上次文件产生后的版本号和修订版本号的信息，或者读上次文件找到它的版本号。 注 版本标识 SCL 文件的版本，用于工具内的数据模型版本。这是工具自己的事情。 要区分下述 SCL 文件类型∶ 1从 IED 配置器工具到系统工具(对应节5 的点1 和点2)数据交换，这个文件描述了IED 的能力。它必需仅包含一个IED 段，用以描述IED 的能力。它包含所需的逻辑节点类型定义并包含任选的变电站段。IED 配置描述的文件扩展名为.ICD。 2 从系统配置器工具到IED 配置器工具 (对应节5 的点3 和点4)数据交换，这个文件包含了全部 IED、通信配置段和变电站描述段。IED 变电站配置描述的文件扩展名为.SCD。 SCL 元素包括一个头部分，至少为一个变电站、IED、LnodeType 或通信的部分 可以认为变电站结构中的私有部分和作为一个整体的SCL属于系统配置工具，而IED 项中的私有部分属于相应的IED 配置工具。私有部分的格式可以是任意的 下面就是一个符合上述定义的可能文件的例子： 包括了对DTD 定义文件的引用 接下来是头 / 变电站 / IED / LnodeType / 通信等项（在后面定义） SCL 预见了两种对象的表示方法： 1.应用于工程绘图和信号标识的技术键。这用于每一个包括在属性 Ref 或名字以字符串Ref 结尾的属性中的对象。在SCL 中，技术键被用于引用其它对象。 2.面向用户的文字表示。这被包括在 Text 元素中。 信号名由下列部分构成： 1 一个标识工厂逻辑装置LD 的空余部分； 2 一个用于区分同一智能电子装置IED/逻辑装置LD 中相同类的几个不同逻辑节点LN 的功能相关的部分； 3 标准的逻辑节点LN 类名和逻辑节点LN 实例标识，用于区分同一智能电子装置IED 中相同类的几个不同逻辑节点LN； 4 一个由数据对象和属性名（见本标准的定义）组成的信号标识。 对于名字的第 1 和2 部分，有两个可选项： 1 第一部分是逻辑节点LN 节点所连接的变电站节中的对象的名字。如果是一次设备，在间隔功能Ref 处停止而采用一次设备 Ref 作为第二部分； 2 第一部分是智能电子装置IED 节中智能电子装置IED 的名字，配置有逻辑节点LN 的，连上逻辑装置LD Ref。第2 部分空置。 第 3 和4 部分的可能值由SCL 的LNType 定义节所定义，而标准化的名字信息象对象地址在本标准的第7 部分定义。逻辑节点LN 实例ID位于SCL的IED节中的LN Ref 属性中 头(Header) 头部分用于标识一个SCL 配置和它的版本，也用于指定有关名字和信号之间映射的选项。 Ref CDATA #REQUIRED 标识此SCL 文件的引用 Version CDATA #IMPLIED 所用的SCL 版本 Revision CDATA “” 对这些SCL 配置的修改 NameGeneration (FuncName | IEDName) #REQUIRED> 此元素用于指明信号的名字 来源于变电站功能结构还是IED 产品结构 将来使用的文本结构 允许根据需要添加私有数据（非SCL/XML），用于多 个元素中 变电站描述 变电站段用于描述一个变电站的功能结构，用于标识一次设备和它们的电气连接关系。在一个实际的工业过程中或描述整个电网时，可以有多个变电站段，每个变电站对应一个由变电站自动化系统SA 表示的变电站段。 注意 Ref 属性常为强制的，例如特别是当相关层中只有一个对象时, Ref 属性可以用空 字符串作为自己的值。如果没有Text 属性，则缺省值为空字符串。 只要在同一层中逻辑节点实例有不同标识，逻辑节点(LNode)可以送接到结构的每一级。 智能电子装置IED 描述(IED description) 智能电子装置IED 节描述一个智能电子装置IED的（预）配置说明：它的通信口、逻辑设备、和实例化的逻辑节点。 智能电子装置IED名字（Ref 属性）在文件中必须是唯一的。当只有智能电子装置IED 的预配置说明存在于文件中时， Ref可以用空字符串来表示此智能电子装置IED 尚未在此工程中固定下来 一个通信口可以包含具有逻辑节点的逻辑设备。这种情况意味着此通信口将作为一个服务器，提供对逻辑装置LD 和逻辑节点LN 的访问。一个没有逻辑装置LD 的通信口仅被视为此智能电子装置IED中的一个客户通信口，也就是说，作为客户的此智能电子装置IED 的逻辑节点LN 可以通过此通信口从其他智能电子装置IED 中取得自己所需要的数据 逻辑节点类型定义(LN type definitions) 在每个SCL 文件中逻辑节点LN 类型的名字必须是唯一的。在从智能电子装置IED 的SCL 文件产生这个工程的SCL 文件之前，可以改变名字一保证它在所有智能电子装置IED 定义中的唯一性。 功能之间的相互作用由相关的逻辑节点之间相互作用来描述。 在逻辑节点之间的相互作用有两种基本类型。 •信息的相互作用：交换数据提供一定的信息，但交换数据并不是逻辑节点执行功能的前提，这些 逻辑节点自治。由自治逻辑节点所构成的功能被称为本地功能或者独立功能。 •功能的相互作用：执行某些功能，需要逻辑节点间交换数据。这些逻辑节点非自治。由这些逻辑 节点所构成的功能被称为分布式功能。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容