IEC TR 61850-90-72023 电力设施自动化用通信网络和系统.第90-7部分分布式能源（DER）系统中功率变换器的对象模型标准立项发展报告

IECTR61850-90-7:2023电力设施自动化用通信网络和系统第90-7部分：分布式能源（DER）系统中功率变换器的对象模型标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ObjectModelsforPowerConvertersinDistributedEnergyResources(DER)Systems—IECTR61850-90-7:2023摘要随着全球能源转型进程加速推进，以光伏发电、储能系统和电动汽车充电设施为代表的分布式能源（DistributedEnergyResources,DER）大规模接入电力系统，对电力设施自动化的通信网络和信息建模能力提出了全新要求。IEC61850系列标准作为电力系统自动化领域最核心的国际标准体系，其第90-7部分技术报告针对分布式能源系统中功率变换器（PowerConverter）的信息建模问题提供了系统性解决方案。本报告基于IECTR61850-90-7:2023技术报告的正式发布，系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、核心内容及其在DER系统智能化运维中的应用价值，分析了标准在解决功率变换器异构设备互通性、支持即插即用架构、促进高比例可再生能源消纳等方面的技术贡献，并对该标准后续发展方向进行了展望。本报告旨在为电力自动化领域的技术人员、标准研究人员及行业决策者提供全面的参考依据，推动该标准在我国的转化应用与工程实践。关键词：IEC61850；分布式能源；功率变换器；对象模型；信息建模；电力设施自动化；智能电网Keywords:IEC61850;DistributedEnergyResources(DER);PowerConverter;ObjectModel;InformationModeling;PowerUtilityAutomation;SmartGrid一、引言与研究背景1.1全球能源转型与DER规模化发展在碳达峰与碳中和目标的全球共识下，能源体系正在经历从集中式化石能源向分布式清洁能源的结构性转变。据国际可再生能源署（IRENA）统计，2023年全球光伏新增装机容量已超过370GW，累计装机量突破1.4TW，其中分布式光伏占比持续攀升。与此同时，电动汽车的爆发式增长带动了车网互动（V2G）技术的快速发展，储能系统在电力调峰、频率调节和需求响应中的应用日趋广泛。这种“源—网—荷—储”多元协同的格局，使分布式能源成为新型电力系统的重要组成部分。然而，DER设备的大规模接入也带来了显著的技术挑战，尤其在功率变换器的信息交互和协调控制方面。功率变换器作为DER系统与电网之间的接口设备，承担着电能转换、功率调节、保护功能实现、状态监测等核心任务。不同类型、不同厂商的功率变换器在通信协议、数据模型和信息语义上存在严重异构性，导致设备之间无法实现高效的信息互操作，形成“信息孤岛”效应，严重制约了DER系统的可观、可测、可调和可控水平。1.2IEC61850标准体系及其在DER领域的延伸IEC61850《电力设施自动化用通信网络和系统》（Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation）是国际电工委员会（IEC）第57技术委员会（TC57）制定的变电站自动化领域最权威的国际标准。该标准体系以抽象通信服务接口（ACSI）、面向通用对象的变电站事件（GOOSE）、采样值（SV）传输、变电站配置描述语言（SCL）等核心技术为基础，实现了变电站内智能电子设备（IED）之间标准化的信息交互与系统配置，已在全球范围内得到广泛应用。面对DER接入带来的新需求，IECTC57WG17工作组（分布式能源系统）在IEC61850标准体系下建立了系统的扩展版本，涵盖第7-420部分（DER基本通信结构）、第90-7部分（功率变换器对象模型）以及第90-x系列各类应用指南。其中，IECTR61850-90-7作为技术报告（TechnicalReport），聚焦于功率变换器层面的信息建模，填补了低层级设备通信建模的空白。1.3标准立项的必要性在IECTR61850-90-7发布之前，功率变换器的信息模型在IEC61850-7-420中仅以DER单元（DERUnit）级别的聚合逻辑节点（LogicalNode）形式存在，缺乏对功率变换器内部功能模块粒度的建模描述。然而，在实际工程应用中，无论是逆变器的有功/无功控制、最大功率点追踪（MPPT）状态监测，还是故障穿越（FRT）响应和一次调频支撑，都要求在功率变换器具粒度上进行信息交互。这种模型粒度的不匹配，使得变电站自动化系统或DER管理系统（DERMS）难以直接感知和控制功率变换器的具体运行状态，限制了DER参与电网辅助服务的深度和精度。因此，制定专门针对功率变换器的对象模型标准成为IECTC57的紧迫任务。二、标准立项的基本信息2.1标准基本信息IECTR61850-90-7:2023《电力设施自动化用通信网络和系统第90-7部分：分布式能源（DER）系统中功率变换器的对象模型》由国际电工委员会（IEC）正式发布。该标准为技术报告（TechnicalReport,TR）类文件，标准状态为现行，发布日期为2023年8月23日，采用英文版本，分类号为遥控、遥测。该技术报告作为IEC61850系列的第90-7部分，隶属于IEC61850-90-x系列应用指南体系，是对IEC61850核心标准的补充和延伸，旨在为DER系统中功率变换器的信息建模提供统一的技术指南和参考框架。2.2标准的体系定位从IEC61850标准体系架构来看，IECTR61850-90-7的定位可以概括为以下几个方面：层级关系：在IEC61850标准家族中，核心标准（IEC61850-5至IEC61850-8、IEC61850-9等）定义了通信架构和信息模型的基础框架；IEC61850-7-420扩展了DER单元级的信息模型；而IECTR61850-90-7则在更细的粒度上——即功率变换器及其内部功能模块层级，对信息模型进行补充细化。文件性质：作为技术报告，本文件不以规范性标准（NormativeStandard）的形式发布，而是以技术指南和技术规范参考的形式提供信息建模的方法论和最佳实践。这赋予了该文件较大的灵活性，便于在技术演进过程中快速迭代更新。应用范围：该技术报告适用于DER系统中各类功率变换器，包括光伏逆变器、储能变流器（PCS）、电动车充放电设备以及混合能源系统中的多端口变换器等。三、标准核心技术内容分析3.1功率变换器的功能视角解构IECTR61850-90-7:2023从系统功能的角度对功率变换器进行了系统性的解构，将功率变换器划分为多个功能模块，每个模块对应一组相关的电气功能和控制逻辑。主要功能模块包括：交流侧接口与直流侧接口：分别建模功率变换器交流端与直流端的电气特征参数，包括电压、电流、功率、频率、相位等电气量的测量和状态映射。功率处理功能：涵盖功率变换器的有功功率传输、无功功率补偿及功率因数调节功能。该功能模块定义了功率变换器在PQ平面上运行范围（CapabilityCurve）的建模方式和调度指令的接口模型。控制与保护功能：包括功率变换器的本地控制策略（如下垂控制、恒压恒频控制、PQ控制）、故障检测与保护逻辑（如过压/欠压保护、过流保护、孤岛检测）、以及故障穿越（LVRT/HVRT）能力的建模。运行模式管理：定义功率变换器的多种运行模式（如并网模式、离网模式、待机模式、启动/停机模式）之间的状态转换逻辑和模式切换指令的对象模型。3.2对象模型与逻辑节点扩展IECTR61850-90-7的核心贡献之一是提出了面向功率变换器功能的逻辑节点（LogicalNode,LN）扩展方案。在IEC61850-7-4定义的既有逻辑节点基础上，该技术报告新增了若干个专用的逻辑节点或对既有逻辑节点进行了扩展，以实现功率变换器的信息建模精度。关键逻辑节点和技术要点包括：DCAL（直流侧逻辑节点）：用于模型化功率变换器直流侧的电气参数、状态量及保护信息。ZINV（逆变器逻辑节点）：将ZINV建模为功率变换器（特别是逆变器）的核心逻辑节点，描述其电气参数、控制状态、效率特征和故障状态信息。DPVM（光伏阵列相关逻辑节点）：针对光伏应用中功率变换器连接的光伏阵列，建模其直流电气特征、辐照度与温度对应关系以及MPPT状态。BATC（电池充电管理相关逻辑节点）：面向储能变流器场景，建模充放电控制参数、SOC/SOH状态、电池保护信息等。此外，该技术报告还系统补充了功率变换器在调度、量测、保护、电能质量等领域的公共数据类（CommonDataClass,CDC）定义，包括测量量（MV）、可控模拟量（APC）、可控状态量（SPC）和状态信息（SPS）等。3.3信息模型与通信服务映射在信息建模的基础上，IECTR61850-90-7进一步阐述了功率变换器对象模型与IEC61850通信服务之间的映射关系。报告中详细描述了MMS（制造报文规范）和GOOSE等多类服务如何应用于功率变换器信息的传输和服务交互。报告通过提供灵活配置的示例化映射，指导工程实施者将功率变换器信息模型部署于实际IED中，并明确其与IEC61850-7-2中ACSI服务的关联和应用方式。例如，在功率变换器的实时控制中，调度系统可通过MMS写服务（Write）向功率变换器下发有功功率设定值，并通过报告（Report）机制获取设备的状态变化；在快速的保护与孤岛检测应用中，GOOSE服务可用于功率变换器与保护IED之间的高速信息交互。报告还讨论了基于SCL（变电站配置描述语言）对功率变换器IED进行工程配置的方法。3.4与IEC61850-7-420的协同关系值得强调的是，IECTR61850-90-7与IEC61850-7-420（DER基本通信结构——逻辑节点和数据对象扩展）之间存在密不可分的协同关系。IEC61850-7-420定义的是DER单元（DERUnit）及以上层面的信息模型，包括DER调度、DER运行状态、DER电气连接点等；而IECTR61850-90-7则将建模视角下沉到DER单元内部的功率变换器层面，实现了从DER系统级到设备功能级的全链路信息贯通。两者的协同使得DER管理系统可以从系统级层面（聚合的DER单元信息）和设备级层面（功率变换器细粒度信息）两个维度全面地获取DER运行状态、下发控制指令，极大地增强了DER参与电网调度运行的灵活性和可控深度。四、标准的主要技术特点与应用价值4.1推动功率变换器互通互操作在实际工程中，不同厂商制造的功率变换器在通信协议、数据格式和控制接口方面差异显著。IECTR61850-90-7通过统一的对象模型定义，从信息语义层面消除了设备间的异构壁垒。任何符合该标准建模要求的功率变换器，无论其内部硬件架构和嵌入式软件差异如何，其对外呈现的信息模型是一致的，从而实现了“即插即用”（Plug-and-Play）级别的信息互通能力。4.2支撑DER高渗透率下的电网安全稳定运行随着分布式光伏和储能在配电网中的渗透率不断提高，电网对DER的主动管理能力变得至关重要。IECTR61850-90-7通过对功率变换器运行能力（包括无功容量、有功调节速率、故障穿越特性等）的精确建模，使得电网调度系统可以准确评估每个DER的调节能力，并在电压越限、频率偏移等紧急工况下向功率变换器下发精准的控制指令，充分发挥DER作为电网灵活性资源的技术价值。4.3赋能DER参与电力市场与辅助服务功率变换器的精细化建模为DER参与电力辅助服务市场提供了技术支撑。通过该标准定义的信息模型，聚合商或DER管理系统可以实时获取各分布式能源的可调容量和调节性能指标（如爬坡速率、响应时间、调节精度等），进而将分散的DER资源聚合为具有市场竞争力的虚拟电厂（VPP）参与电力市场交易，拓展分布式能源的收益渠道。4.4为DER系统标准化运维和故障诊断提供支撑标准提供的逻辑节点和数据对象设计，使得运维人员可以通过统一的通信和信息模型，获取功率变换器的详细运行状态和故障信息，为远程运维、故障预测和状态检修提供支持。五、标准与我国的衔接应用5.1我国DER标准化工作现状近年来，我国在分布式能源领域的标准化工作取得了长足进展。国家标准化管理委员会陆续发布了多项涉及分布式光伏、储能和电动汽车充电设施的国家标准，包括GB/T33593《分布式电源并网技术要求》、GB/T36547《电化学储能系统接入电网技术规定》等。在IEC61850的国内转化方面，我国已将其核心标准等同采用为国家标准（GB/T32901系列），为IECTR61850-90-7的国内应用奠定了坚实的标准化基础。目前，我国对支撑智能微网、主动配电网方向的IEC61850系列标准持续深化转化应用，以推进面向新型电力系统的数字化转型。5.2该标准在国内的应用前景在我国推进新型电力系统建设和“双碳”战略目标的背景下，IECTR61850-90-7的应用具有广阔前景：在配电网数字化方面：随着配电网从“无源”向“有源”转变，配电网自动化系统需要接入和管理海量的DER设备。IECTR61850-90-7提供的功率变换器对象模型，为配电网调度主站系统与分布式电源之间的标准化信息交互提供了关键技术支撑。在新能源场站监控方面：大型光伏电站和集中式储能电站的内部监控系统，需要统一管理成千上万台功率变换器设备。采用IECTR61850-90-7的信息模型架构，可以有效解决大规模设备接入时的数据建模和信息一致性问题。在微电网和VPP建设方面：微电网能量管理系统（MGEMS）和虚拟电厂运营平台作为DER聚合控制的核心节点，通过部署符合IECTR61850-90-7标准的功率变换器信息模型，可显著降低多类型DER设备的接入成本和数据适配工作量。5.3推进标准应用的建议为推动IECTR61850-90-7在我国的有效应用，建议采取以下措施：第一，加快推进IECTR61850-90-7的国内采标工作，将其技术内容转化为适合我国电力行业应用的技术指导文件或团体标准；第二，在相关国家科研项目和示范工程中优先试点应用该标准，积累工程实践经验并形成典型设计方案；第三，鼓励国内功率变换器制造企业在新产品研发中参照该标准的信息建模要求完善设备通信功能，提升产品的标准化水平；第四，加强与IECTC57的对口交流，积极参与IECTR61850-90-7后续版本的修订完善工作，在标准内容中注入中国实践经验和行业需求。六、主要参与单位介绍IECTR61850-90-7的制定凝聚了国际电工委员会第57技术委员会（IECTC57）及多个工作组的集体智慧，其中WG17工作组（分布式能源系统）发挥了核心作用。WG17工作组汇聚了来自全球主要电力设备制造商、电网运营商、科研机构和标准化组织的专家，其成员分布在德国、美国、中国、法国、日本、瑞士等十余个国家。在中国方面，中国电力科学研究院有限公司（CEPRI）作为IECTC57国内技术对口单位的核心支撑机构，深度参与IEC61850系列标准的制定和转化工作。中国电科院在分布式能源并网技术、电力系统通信与信息标准化以及新型电力系统数字化等领域的研究具有国际影响力，其专家参与了IECTR61850-90-7的技术讨论和意见反馈工作，并长期致力于推动IEC61850系列标准在我国电力行业的应用转化。国网电力科学研究院有限公司（NARIGroup）同样在IEC61850标准的国内应用和工程实施方面积累了丰富经验，其自主研发的变电站自动化系统和配电自动化系统已实现基于IEC61850标准的大规模工程应用，为功率变换器对象模型在国内的适配验证提供了重要的工程实践基础。七、结论与展望IECTR61850-90-7:2023的发布标志着IEC61850标准体系在分布式能源领域的拓展进入了一个新的阶段。该技术报告通过对功率变换器功能模块的系统解构和对象模型的精细化定义，有效弥合了DER系统级建模与设备级信息交互之间的鸿沟，为高比例分布式能源接入背景下的电力系统自动化提供了统一的信息交互语言。展望未来，该标准的发展将呈现以下几个重要趋势：第一，随着IEEE2030.5、OpenADR等需求响应标准与IEC61850体系的协同演进，DER信息模型有望在更广泛的通信架构中实现融合贯通，IE