微電網之變電所自動化IEC-61850通訊協定簡介

柯佾寬*主筆

*海洋大學電機系助理教授

智慧電網中微電網之變電所自動化在電網供電中具有重要之角色，也是建置虛擬電廠(VPP-Virtual Power Plant)之關鍵。因此，有必要導入變電所中有關電力設備與系統之通訊協定標準，俾在資訊可即時互傳之基礎上，透過變電所智慧電子裝置(IED-Intelligent Electronic Devices)，使其電力設備可具有資訊互通之功能，並能透過監控系統監視及控制電力設備，更有效地進行各項電力數據及事件資料之分析及計算。目前國際上之趨勢，係採用IEC-61850通訊協定，作為變電所自動化中設備及系統所需之通訊標準。

IEC-61850 通訊協定除了建置標準之物件規範(object specification)外，也致力於應用通訊互通性之作法，以達到智慧變電所在供電之自動控制連鎖與卸載功能。該通訊協定提出了變電站內資訊分層的架構，將變電站的通訊體系分為變電站層、間隔層和過程層等3個層次，並且定義了層和層之間的通訊介面；而IEC-61850通訊協定採用物件導向(object oriented)的建模技術，每個IED建置邏輯設備(LD-Logic Device)，並在分層結構中建置邏輯節點(LN-Logic Nodes)，構成標準常用資料物件(Data Object )，進而構成資料屬性(Data Attributes)。因此，IED可通過抽象通訊服務介面（abstract communication service interface, ACSI）和伺服器，進行相互通訊並可得到IED各資料物件之訊息。

IEC-61850通訊協定定義了設備名、邏輯節點名、實例編號和資料類名，建立物件名的命名規則並採用物件導向的方法，定義了物件之間的通訊服務，並在資料源就對資料本身進行自我描述，傳輸端到接收方的資料都帶有自我說明，不需要再對資料進行數據量之單位與刻度轉換，簡化了對資料的管理和維護工作；對監控系統而言，也簡化了對IED內層之資料編輯及數據刻度轉換之作業流程。

在IEC-61850的使用上，經由抽象通訊服務介面，由特定通訊服務映射（specific communication service mapping, SCSM）到所採用的製造訊息規範（manufacturing message specification, MMS），在處理通訊系統傳輸的過程中，即時監控在網絡中連結設備和計算應用之間的數據產出，並處理物件標準的連結與對應性，以及對通訊功能分層結構之開放式系統互聯(OSI- Open System Interconnection)，提供詳細的通訊模型，使其在通訊系統穩定可靠之要求下，達到資訊可互通之功能。

IEC-61850 通訊協定制定了資訊互傳功能，其應用於智慧電網中，對於微電網卸載或連鎖控制安全，都可透過物件導向變電所事件(GOOSE -Generic Object Oriented Substation Event)」快速傳送輸入和輸出資料之功能，達到整合各變電所之保護電驛資料互通性，避免傳統通訊協定造成的傳輸延遲。此外，透過如「並行備援協定(PRP-Parallel Redundancy Protocol)」雙通道通訊傳輸機制作法，可確保GOOSE訊號傳輸之可靠性。由於它採用了較先進的交換式乙太網的各種技術，使其GOOSE訊號在交換器中能優先通過，確保資料及命令傳輸的即時性。綜合言之，可透過IED之IEC61850 GOOSE 功能，應用於智慧電網之卸載策略，以強化電網之強韌度。

IEC-61850 已具有時間同步性之要求，且已結合全球定位系統(GPS) 並連結IED 設備之簡單網絡時間協定(simple network time protocol, SNTP)，可滿足對時間同步精確度到達秒以下或甚至於微秒級(micro-second)之要求。

IEC-61850 通訊協定已成為國際上變電所自動化中IED設備與系統之標準通訊協定，導入該通訊協定，可使變電所中不同廠家提供之設備與系統間做最佳化之整合應用。