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電力系統是國民經濟生產生活中不可缺少的重要組成部分，它的安全、穩定、經濟運行具有十分重要的意義。而智能電網作為一種新型的技術，在當今信息化社會的驅使下，成為世界各國競相發展的一個重點領域。智能電網對于應對全球氣候變化，促進世界經濟社會可持續發展具有重要作用。通過將信息技術和電力技術的完美融合，對現有的能源系統進行優化分配，實現電網資產高效利用和全壽命周期管理，實現高度智能化的電網調度，適應并促進清潔能源發展。

在能源轉型過程中，不僅在技術層面，電網各方之間也需要進行通信：為了應對日益增加的分散化趨勢以及電網的波動性，智能電網中能源系統的各組件之間必須實現互聯。電力行業智能化的第一步：通過現代自動化技術、整合分布式電力供應商、智能配電變電站和虛擬電廠來優化配電網控制。這就急需一種公共語言來實現各設備之間的通訊，此前，世界自動化分布式能源(DER)使用各種“語言”通信。日益國際化的能源市場已經導致出現多種通信協議和接口問題。

IEC60870/61850/61400標準建立了一個用于基礎設施的自動化全球通信標準，他實現了各電力設備廠商通過對設備的一系列規范化，使其形成一個規范的輸出，實現系統的無縫連接。自從1990年中期以來，德國萬可公司（WAGO）已成功地將這些遠動控制協議融入到精選的模塊化控制器中，全部WAGO遠動控制器都支持IEC60870-5-101/-104、IEC61850和IEC61400-25遠動控制協議，PLC程序員可通過編程即可實現通訊和狀態監控。針對不想編寫PLC程序的用戶，也可以通過配置工具簡化配置協議。

1.智能電網

近幾年新能源或者可再生能源的發展一直是非常有活力的，并且分布式能源已經變得日益重要，尤其是風能和太陽能。網絡基礎設施也必須適應這些新的需求。現代智能的電網組織對于控制、負荷分配、存儲和發電的發展有了新的定義。

通過聯網一些分布式發電站，甚至是小生產者可以參與能源市場，促進市場競爭。分布式能源生產改變能源市場結構，并為社區和區域能源公司開拓新的業務領域提供了機會。例如：產生和分配電力及熱能，創建網絡運營商的增值。

然而，這些發展也導致傳輸數據量和通信任務的增加，智能電網和整個網絡必須保持穩定和無縫操作，這些能夠保證電網運行順暢，同時也面臨著新的挑戰。這些挑戰包括增加的負荷和通過分布式和/或依賴于天氣的發電場的大量應用，導致發電量難以預測。所有這些功能的實現都要基于一個非常強大的通信網絡來實現。智能電網也就應運而生（圖1），它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和保護用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

2.遠動控制協議分類

目前全球通用的遠動控制協議如表1所示。

國內主流在使用的是IEC60870/104和IEC61850/GOOSE/MMS,國內電力繼保兩大巨頭許繼和南瑞也都在積極推動這兩個協議。WAGO的控制器支持所有的電力控制規約，今天由于篇幅的關系，本文主要介紹一下WAGO作為主控制器在變壓器上IEC61850的應用。

表1 遠動控制協議種類

3.WAGO解決方案

3.1 WAGO公司介紹

創建于1951年，總部座落于德國的MIND EN市的WAGO公司，是德國專業從事以獨創的籠式彈簧壓力技術為特征的電連接器、電子模塊和IO系統的跨國公司。其中IO系統就包括支持遠動控制協議以及多種工廠自動化常用的總線系統的的PLC，和各種各樣的遠程IO模塊等。德國萬可提供的遠程控制方案主要是由3部分組成（圖2）。第一部分是支持IEC61850/60870的遠動控制器，也就是我們常說的PLC，型號是750-8202/025-001。該產品是一款工業級的控制器，可以工作在-20到+60度的惡劣環境，且抗干擾能力強，穩定可靠，完全適用于電力行業。第二部分是IO模塊，包括開關量的輸入輸出和模擬量的輸出輸出以及一些特殊功能模塊，像串口模塊等，可以通過這些模塊來采集現場信號或者跟現場別的電力儀表通訊。第三部分是終端模塊，他的作用是保證整套節點通訊的完整性。我們可以通過在控制器里進行簡單的組態配置生成PLC代碼，將現場的IO信號通過模塊傳遞到后臺監控系統。

圖2 萬可遠程控制方案結構圖

3.2 WAGO方案的優勢

● PFC200控制器均采用跨平臺實時Linux系統和CODESYS PLC runtime可同時進行PLC語言編程和C/C++編程；

● 具有多種接口并支持多種協議：CANopen,PROFIBUS DP,DeviceNet,MODBUS TCP,IEC60870,IEC61850和DNP3.0，可以進行電力規約和工業通訊的轉換；

● 集成VPN功能：可直接通過IPsec或OpenVPN實現VPN訪問。直接通過SSL/TLS1.2加密在控制器中進行數據編碼。網絡安全：加密技術符合歐洲最為嚴格的能源和安全規范——BDEW和BSI標準；

● 并行數據訪問：通過MQTT或OPC UA將數據傳輸至云端，也可通過無線方式傳輸數據；

● 雙LAN端口：獨立ETHERNET接口允許創建并行網絡；

● 基于Web的管理系統可設置密碼保護以防止未授權用戶更改系統設置；

● 輕松滿足不同電網運營商對于有功功率饋入和無功功率的多種要求。根據特性進行cosφ或Q/U控制（無功功率控制）；

● 通過MODBUS TCP/RTU或其他現場總線協議集成中高壓外部測量系統（電網測量設備、短路指示器、網絡和系統保護）；

● 通過三相電力測量模塊記錄低壓性能數據。

該方案可以通過在控制器里進行簡單的組態配置生成PLC代碼，將現場的IO信號通過模塊傳遞到后臺監控系統。

4.IEC61850配置步驟

4.1 硬件750-8202/025-001

750-1405

750-1504

750-600

軟件Codesys2.3.9.55

IEDScout

DemoWinPP104

4.2 配置過程

打開Codesys新建一個項目選擇目標為750-8202/025-001，打開PLC配置界面選擇IEC61850后自動彈出配置器。在這個配置界面我們可以看到三部分，Selection部分是用來選擇設備的地方；Configuration部分是用來組態設備的地方，在這里我們可以看到添加的設備和對象；Features部分可對選中設備的參數進行調整，在這里我們可以看到最大可以連接5個Client，這個數量需要根據實際情況來設置（圖3）。

圖3 配置界面圖

選中Server標簽，通過+將左面的LD(LogicalDevice)添加到WAGO61850Server下面，Sever的Name和LD的Name都可以根據客戶要求來修改（圖4）。

圖4 Server標簽界面圖

選中Device通過+將左邊的LN（LogicalNode）添加到Device下面（圖5）。在這里我們可以根據需要添加不同的LN，在這里我們一般選用GGIO（Generic ProcessI/O）。

圖5 LN（LogicalNode）界面

選中GGIO1通過+將左面的數據對象添加到GGIO1下面（圖6）。這里面我們常用的是模擬量AnIn和開關量Ind。

圖6 GGIO1界面圖

給模擬量和開關量定義變量名，方便以后調用（圖7）。

圖7 定義變量名

分別選中LLN0下面的GOOSE和DataSet01文件夾，再通過+添加一個GOOSE包（Gooseblock01）和一個數據包（DataSet01）GOOSE包，需要設置TargetMAC和AppID以及GOOSEID，這三個參數根據后臺來設置（圖8）。然后在DataSet處選擇關聯之前加入的數據包。

圖8 在后臺設置TargetMAC和AppID以及GOOSEID三個參數

選中新加入的數據包通過+將左面之前添加好的開關量和模擬量加到DataSet01下，Server配置完成（圖9）。這里要說明的是：Server是要把數據發送給后臺的，要想實現從后臺接受數據，則要在Subscriber里配置。

圖9 Server配置完成

Subscriber配置步驟跟Server基本差不多，也是要重復前面幾步，這里面要注意的是，TargetMAC和AppID需要根據后臺來設置，一般跟Server是不一樣的，點擊“保存”生成一個ICD文件，這個文件要導入Subscriber中去（圖10）。

圖10 Subscriber配置界面圖

打開Subscriber標簽點擊“Import”（圖11），選中之前保存到icd文件，導入成功后，會在窗口里看到建好的變量，起好變量名字然后點“OK”保存編譯，沒有錯誤的話會自動生成代碼。設置好通訊參數后將程序下載到PLC運行程序。

圖11 Subscriber變量窗口

4.3 通訊測試

安裝IEDScout模擬后臺進行通訊測試（圖12）。打開軟件后點擊DiscoverIED，輸入控制器的IP地址點擊Discover。

圖12 IEDScout模擬后臺界面

軟件會自動發現61850服務器，點擊Online-read，可以看到Codesys發送的數據已經讀上來了（圖13）。

圖13 數據發送界面

發送數據在Simulator測試，點擊Setvalues輸入值以后，點擊“Start”去掉test模式，就可以看到Codesys中已經接受到數據（圖14）。

圖14 數據接收界面

MMS測試方法跟GOOSE差不多，不同的是不需要配置GOOSE，而是在Reports里添加一個報告包（圖15）。ReportID自動生成，Name可以自己起。關聯好數據包，如果需要緩存上傳，則勾選Buffered。跟GOOSE一樣Server是控制器發給后臺，后臺發給控制器在Client里配置。測試通訊部分可參考GOOSE。

圖15 MMS測試界面圖

5.結束語

智能電網作為一種新興技術目前已經在全球范圍內廣泛推廣，它的出現必將是給我國的電力系統帶來革命性的改變。WAGO推出的遠動控制器可以提供完整的電力解決方案，能夠給國家電網帶來更多的可能性和選擇。