智能电网调度控制技术国际标准体系研究_辛耀中

ABSTRACT: A survey on the overall situation of IEC standard, Chinese national standard and industrial standard related to the dispatching and control technologies for smart grid is given, and experiences and lessons of implementing relevant standards to smart grid dispatching and smart substation are summarized. The problems existing in such mainstream standards as IEC 61970, IEC 61850 and so on are analyzed in depth, and combining with the actual demands of power grid operation and control as well as the development trend of computer and communication technologies the basic idea and main measures to cope with the problems are proposed. Besides, the standard architecture of smart grid dispatching and control technologies, which is based on the unified security structure, unified communication protocol, unified model description and unified service interfaces, is demonstrated.
下文重点分析标准体系存在的缺陷、现行主流 标准存在的主要问题，并给出解决问题的思路及措 施建议。
1 IEC TC57 标准体系的发展
现 行 IEC TC57 标 准 参 考 体 系 (reference architecture)基本上是按数据通信的各个环节展开 的，包括通信介质、通信协议、对象映射、应用接 口、业务系统等，涵盖了控制中心与变电站之间的 各种通信协议和各类数据模型，如图 1 所示。因为 在同一领域并存多种通信协议和数据模型，而且都
关键词：智能电网；调度控制技术；IEC 标准；国家标准； 行业标准；发展趋势 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2015.01.001
0 引言
智能电网已经成为近些年全球研究的热点课
基金项目：国家 863 高技术基金项目(2011AA05A118)。 The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2011AA05A118 ).
KEY WORDS: smart grid; dispatching and control technologies; IEC standard; industry standard; development trend
摘要：概述智能电网调度控制技术相关的 IEC 国际标准、 国家标准及行业标准的总体情况，总结智能电网调度和智 能变电站在实施相关标准方面的经验与教训，深入分析 IEC 61970、IEC 61850 等主流标准存在的问题，结合电网运 行控制的实际需求以及计算机和通信等技术的发展趋势，提 出解决问题的基本思路和主要措施，论证了基于“通用安全 架构、通用通信协议、通用模型描述、通用服务界面”的智 能电网调度控制技术标准体系。
3）改进提高阶段。结合智能电网调度控制系 统(简称 D5000 平台及系统)的开发，将电网公共模 型 CIM 的思想引入 D5000 平台的实时数据库设计， 采用高效的 CIM/E[7]取代低效的 CIM/XML，以满 足在线动态安全稳定分析(dynamic security analysis， DSA)的实时性要求，采用 CIM/G[7]技术实现实时画 面的共享及远程浏览等。结合智能变电站的开发建 设，优化了站控层、间隔层、过程层的以太网结构，
电网技术
3
是 IEC 国际标准，给工程实施和标准应用带来极大 不便，各国专家强烈要求简化标准体系、统一相应 标准。
后来成立的 WG19 工作组负责制定 TC57 标准 体系，并负责协调各工作组之间关系。WG19 提出 了一个非常简单的标准体系，主要体现为 3 个特点 (如图 2 所示)：1）将所有电力系统模型都统一为以 IEC 61970 CIM 模型为基础的、以统一模型语言 (UML)描述的模型系列，包括配电网模型 IEC 61968 系列等；2）将所有数据通信协议都统一到变电站 IEC 61850 的通信协议，包括原来的 IEC 61870-101 和-104，以及 TASE.2 协议；3）将所有安全防护方 面的标准都统一到 IEC 62351 系列标准，要求对所 有通信协议都改造为支持安全加密认证的协议。虽 然并没有实现最终的统一，但 WG19 所做很多工作 组之间的协调工作效果很好。
(
网端 络对 、端 系的 统 作作
(
能源市场 参与者
电力客户
电力服务 提供者
其他企业
应用对应用(A2A)、 业务对业务(B2B)
应用程序内部信息中间件(XML定义格式，映射到特定协议)
61970 / 61968公共信息模型(CIM)
SCADA 应用
基于变电站总
线和过程的点
1）在本体系架构中，协议的不同部分由不同颜色的色块相关联；
对点61850
2）没有加色块的部分表示即将开展的工作、进行中的工作或其他人员承担的工作。
图 1 IEC TC57 标准参考体系 Fig. 1 IEC TC57 reference architecture
第 39 卷 第 1 期
示，WG19 工作组正在此基础上，研究制定 IEC TC57 标准体系。
图 3 描述的体系框架，涉及电力系统的方方面 面，覆盖面非常广泛，逻辑非常清晰，各标准化组 织和研究机构都能够找到自己的定位，该标准体系 需要整个 IEC、ISO、ITU 三大国际标准化组织的各 个委员会，以及全世界各智能电网技术的研究开发 单位和用户单位共同参与，才能编制完成，不是仅 仅 IEC TC57 标准化委员会能够实现的。本文作者 为 WG19 工作组成员，参与了相关标准体系的研究。 制定 IEC 国际标准的基本原则是“只定义接口技术 标准、不涉及具体功能和实现方式”，结合智能电 网调度控制业务和智能变电站(发电厂)业务关于 “统一模型、统一协议”的强烈需要，结合当代计 算机、通信、控制、信息等技术的最新进展，归纳 提炼出基于“通用安全架构、通用通信协议、通用 模型描述、通用服务界面”的改进通用标准体系框 架，如图 4 所示，希望逐步形成不仅在发电、输电、 配电、用电等各个领域通用的，也在设备、现地、 厂站、调度、企业、市场等各个层级通用的非常精 炼的一组技术标准。这仅是个概念架构，下文几节 分别详细讨论。
辛耀中
(国家电网公司国家电力调度控制中心，北京市 西城区 100031)
Research on International Standard Architecture for Smart Grid Dispatching and Control Technology
XIN Yaozhong
(State Grid Dispatch and Control Center, SGCC, Xicheng District, Beijing 100031, China)
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的 迅速提升，中国电力工业高速发展，大量新建的变 电站、发电厂、调度控制中心，都需要采用满足国 际标准的新技术。因此 IEC 标准在中国的实施应用 远远快于欧美及其他国家。中国电力系统实施 IEC 几个系列标准的过程可以总结为以下 3 个阶段：
1）测试阶段。从 IEC 61970-301 CIM 发布开始， 组织了国内十几家开发研究单位近 10 次的公共信 息模型(common information model，CIM)互操作实 验，基本跟当时国外的 CIM 互操作实验同步[6]；针
完善了合并单位(merging unit，MU)输入侧和输出 侧的接口标准，简化了变电站配置描述(substation configuration description，SCD)并按专业和间隔进行 解耦，优化了实时数据采样同步机制等。目前，智 能电网调度控制系统已在国网公司全部省级以上 调度控制中心和部分地级调度控制中心上线运 行[8-11]，智能变电站已建成近千座，电网的快速发 展需要采用最新技术，但是大量最新技术的广泛应 用也为电力系统和变电站的安全运行带来严重隐 患，必须清醒认识并逐步解决，这也是在技术水平 国际领先情况下难以避免的问题。
协议
)
)
远动 通讯介质
WAN 通讯介质
现地 设备
TC13 WG14
61870-5 RTU或变 电站系统
61850 变电站设备
61850 IED 现地设备或分
布式设备
XML 外部信息
系统
60870-6
TASE.2
外部系统
其他控制中心 (对称的客户端/服务器)
客户端表计 IED、继电器、表计、开关、CT、VT
第 39 卷 第 1 期 2015 年 1 月
文章编号：1000-3673（2015）01-0001-10
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM 591 文献标志码：A
Vol. 39 No. 1 Jan. 2015