電力61850規(guī)約

1、由于現(xiàn)有的規(guī)約五花八門、缺乏統(tǒng)一性，數(shù)字化(智能化)變電站成為發(fā)展方向，性能 和速度已不再是問(wèn)題，因此產(chǎn)生了 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)。IEC 61850 系列標(biāo)準(zhǔn)吸收國(guó)際先進(jìn)新技術(shù)， 并且大量引用了目前正在使用的多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的 其它國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為 61850 系列標(biāo)準(zhǔn)的一部分。 所以它是一個(gè)十分龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系， 確切地說(shuō)， 它是一種新的變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、工程、維護(hù)、運(yùn)行方法準(zhǔn)則。IEC 61850 系列標(biāo)準(zhǔn)的全稱：變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)( Communication Networks andSystems in Substatio ns),它規(guī)范了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備(IED )之間的通信行為和

2、相關(guān)的系列要求。IEC 61850 的關(guān)鍵技術(shù)：1) 變電站三層接口2) 采用模型思想進(jìn)行對(duì)變電站統(tǒng)一建模3) 抽象通信服務(wù)和特定通信服務(wù)4) 統(tǒng)一的配置描述語(yǔ)言IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)包括 10個(gè)部分：1) IEC 61850-1 基本原則,包括了適用范圍和目的,定義了變電站內(nèi) IED (電子式互感器 Intelligent Electronic Device )之間的通信和相關(guān)系統(tǒng)要求,并論述了制定一個(gè)適合標(biāo) 準(zhǔn)的途徑和如何對(duì)待通信技術(shù)革新等問(wèn)題。2) IEC 61850-2 術(shù)語(yǔ),給出了 IEC 61850 文檔中涉及的關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)特定術(shù)語(yǔ)及其 定義。3) IEC 61850-3

3、 總體要求,詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的總體要求,重點(diǎn)是質(zhì)量要求(可靠性、 可用性、可維護(hù)性、安全性、數(shù)據(jù)完整性以及總的網(wǎng)絡(luò)要求),還涉及了環(huán)境條件(溫 度、濕度、大氣壓力、機(jī)械振動(dòng)、電磁干擾等)和供電要求的指導(dǎo)方針,并根據(jù)其他標(biāo) 準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)相關(guān)的特定要求提出了建議。4) IEC 61850-4 系統(tǒng)和項(xiàng)目管理, 描述了對(duì)系統(tǒng)和項(xiàng)目管理過(guò)程的要求以及對(duì)工程和試驗(yàn)所用的專用調(diào)度要求。主要包括：工程過(guò)程及其支持工具,整個(gè)系統(tǒng)及其IED 的生命周期,系統(tǒng)生命期內(nèi)的質(zhì)量保證供三個(gè)方面。5) IEC 61850-5 功能通信要求和裝置模型, 規(guī)范了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所完成功能的通信要求和裝置模型。為了區(qū)分技術(shù)服

4、務(wù)和變電站之間以及變電站IED 之間的通信要求而對(duì)功能進(jìn)行描述,為支持功能自由分配要求,將功能適當(dāng)?shù)胤纸鉃橄嗷ネㄐ诺膸讉€(gè)部分,給出 其交換數(shù)據(jù)和性能要求,對(duì)典型變電站配置,上述規(guī)定可通過(guò)數(shù)據(jù)流的安排加以補(bǔ)充。6) IEC 61850-6 變電站中 IED 通信配置描述語(yǔ)言, 規(guī)定了描述通信有關(guān)的 IED 配置和參數(shù)、 通信系統(tǒng)配置、開(kāi)關(guān)間隔(功能)結(jié)構(gòu)以及他們之間關(guān)系的文件格式,目的是在不同制造商的 IED 管理工具和系統(tǒng)管理工具間,以某種兼容的方式交換 IED 性能描述和變電站 自動(dòng)化系統(tǒng)描述。7) IEC 61850-7 變電站和饋線設(shè)備的通信結(jié)構(gòu),是變電站之間協(xié)調(diào)工作和通信的體系描述。I

5、EC 61850-7 共包括 4個(gè)部分：IEC 61850-7-1 原理模型,提供了有關(guān)基本建模和描述方法的信息,解釋了 IEC 61850-7-2、 I EC 61850-7-3 、IEC 61850-7-4 和 IEC 61850 之間的詳細(xì)要求,以及 IEC 61850-8-x 和 IEC 61850-9-x 中具體的通信協(xié)議。IEC 61850-7-2 抽象通信服務(wù)接口 (ASCI) ,主要從三個(gè)方面進(jìn)行描述,可以通過(guò)通信 網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的全部信息的分層類模型,對(duì)這些類進(jìn)行操作的服務(wù),每個(gè)服務(wù)相關(guān)的參 數(shù)。IEC 61850-7-3 公共數(shù)據(jù)類,定義了和變電站應(yīng)用有關(guān)的公共屬性和公共數(shù)據(jù)類,

6、這 些公共數(shù)據(jù)類用于本標(biāo)準(zhǔn)的 IEC 61850-7-4 本分。IEC 61850-7-4 兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類和數(shù)據(jù)類， 規(guī)定了 IED 之間通信用的兼容邏輯節(jié)點(diǎn)名 稱和可能包含的所有數(shù)據(jù)名稱。所定義的名稱用于建立分層對(duì)象引用，共 IED 內(nèi)部 以及 IED 之間通信使用。8) IEC 61850-8-1 特殊通信服務(wù)映射 (SCSM) 映射到制造報(bào)文規(guī)范 (MMS) ，說(shuō)明了再局域 網(wǎng)上交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法， 將 ACSI 映射到 MMS 的服務(wù)和協(xié)議， 只用于變電站層到間隔層的 映射。9) IEC 61850-9 特殊通信服務(wù)映射 (SCSM) ，規(guī)定了間隔層和過(guò)程層間的映射。10) IEC 6

7、1850-10 一致性測(cè)試， 規(guī)定了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備通信方面的一致性測(cè)試方法， 還給出了設(shè)備測(cè)試環(huán)境的準(zhǔn)則和規(guī)定了互操作的等級(jí)。以上這 10 個(gè)部分的內(nèi)容體現(xiàn)了 IEC 61850 與傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信協(xié)議的不同，它 不僅定義了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信要求和數(shù)據(jù)交換，而且進(jìn)一步詳細(xì)全面規(guī)范了整個(gè)系統(tǒng) 的通信網(wǎng)絡(luò)和體系機(jī)構(gòu)、 對(duì)象模型、 項(xiàng)目管理和測(cè)量方法等相關(guān)內(nèi)容。 其結(jié)構(gòu)用圖表示見(jiàn)圖 1 所示。IEC 61850 的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi) IED 之間的互操作， 與此同時(shí)也重視了通信標(biāo)準(zhǔn)的 各種適應(yīng)性。 IEC 61850 的內(nèi)容分析：1) 互操作性在 IEC 61850 中互操作

8、性被描述為：“來(lái)自同一廠家或者不同廠家的 IED 之間信息和正 確使用信息協(xié)同操作的能力?！逼渲行畔⒔粨Q需要通信協(xié)議棧的支持；信息的正確使用依賴 于信息的相互理解， 需要信息語(yǔ)義的支持； 而協(xié)同操作與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分布相關(guān)， 依賴于過(guò)程數(shù)據(jù)的共享和對(duì)信息實(shí)體的規(guī)劃。2) 功能自由分布功能自由分布在 IEC 61850 中雖然沒(méi)有規(guī)范的定義，但是往往與互操作性的描述相繼而 現(xiàn)，從通信標(biāo)準(zhǔn)的角度來(lái)看，自動(dòng)化功能在 IED 和控制層次中的分布不可能唯一固定，它依 賴于可用性要求、性能要求、成本限制、技術(shù)狀況、應(yīng)用策略等，因此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適應(yīng)各種功能 分布情況。 IEC 61850 關(guān)于功能自由分布

9、的這種表述事實(shí)上強(qiáng)調(diào)了變電站自動(dòng)化分布式實(shí)現(xiàn)中 的自動(dòng)化功能(子功能)的可分布性，而不僅僅是自動(dòng)化裝置的分布。跨越自動(dòng)化裝置邊界 的自動(dòng)化功能(或子功能)之間的協(xié)調(diào)配合代表了變電站自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，因此對(duì)功 能自由分布的支持是 IEC 61850 針對(duì)自動(dòng)化邏輯適應(yīng)性的體現(xiàn)。3) 可擴(kuò)充性IEC 61850 面向變電站自動(dòng)化的所有應(yīng)用， 全面地支持信息擴(kuò)充是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用適應(yīng)性的重要 體現(xiàn)。4) 長(zhǎng)期穩(wěn)定性為了適應(yīng)歷史的、 目前的和未來(lái)的通信技術(shù)， IEC 61850 對(duì)通信服務(wù)采用了抽象定義的方 法，即 ASCI ，而將具體的通信協(xié)議棧應(yīng)用以 SCSM 加以規(guī)定， 適應(yīng)了通信技術(shù)的發(fā)展和變化。

10、 這是 IEC 61850 優(yōu)于傳統(tǒng)通信協(xié)議的主要特征之一。介紹和概述Part 1術(shù)語(yǔ)Part 2總體要求Part 3系統(tǒng)和工程管理Part 4功能和設(shè)備模型的通信要求Part 5變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)語(yǔ)言Part 6基本通信結(jié)構(gòu)和模型致性測(cè)試Part 7Part 10Part 8通信服務(wù)映射Part 9通信服務(wù)映射圖1 IEC 61850的結(jié)構(gòu)IEC 61850的標(biāo)準(zhǔn)特征1）信息分層的變電站結(jié)構(gòu)變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850提出了變電站內(nèi)信息分層的概念，將變電站的通信體系分為3個(gè)層次，即變電站層、間隔層和過(guò)程層，并定義了層和層之間的通信接口。如 圖2所示。遠(yuǎn)方控制中心技術(shù)服務(wù)繼電保

11、護(hù)3 控制間隔層控制3繼電保護(hù)2J J 424 51V過(guò)程層接口過(guò)程層傳感器操作結(jié)構(gòu)h高壓設(shè)備圖2變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能層次和邏輯接口接口 1間隔層和變電站層之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換；接口 2:間隔層與遠(yuǎn)方保護(hù)之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換；接口 3:間隔層內(nèi)數(shù)據(jù)交換；接口 4:過(guò)程層和間隔層之間電流和電壓瞬時(shí)數(shù)據(jù)交換接口 5:過(guò)程層和間隔層之間控制數(shù)據(jù)交換；接口 6:間隔層和變電站層之間控制數(shù)據(jù)交換；接口 7:變電站層與遠(yuǎn)方工程師辦公地?cái)?shù)據(jù)交換；接口 &間隔之間直接數(shù)據(jù)交換；接口 9:變電站層內(nèi)數(shù)據(jù)交換； 接口 10:變電站和遠(yuǎn)方控制中心之間控制數(shù)據(jù)交換。由于接口 2、接口 7和接口 10涉及到變電站之間和

12、變電站與控制中心間的通信其范圍已 超出變電站內(nèi)部，故IEC 61850中并沒(méi)有具體討論以上三個(gè)接口的定義。從接口的定義可以看出：過(guò)程層主要完成開(kāi)關(guān)量I/O、模擬量采樣和控制命令的發(fā)送等與一次設(shè)備相關(guān)的功能；間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對(duì)本間隔的一次設(shè)備產(chǎn)生作用；變電站層的功能主要有兩 類：一是與過(guò)程相關(guān)的功能；二是與接口相關(guān)的功能。2）面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模IEC 61850采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶機(jī)、服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型。每個(gè)IED包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，每個(gè)服務(wù)器本身又包含一個(gè)或多個(gè)邏輯設(shè)備（Logical Device丄D）。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點(diǎn)（Logical Nod

13、e，LN ），邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象（Data Object,DO）。數(shù) 據(jù)對(duì)象則是由數(shù)據(jù)屬性 （Data Attribute , DA）構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命名實(shí)例。 從通信而言，IED同時(shí)也扮演客戶的角色。任何一個(gè)客戶可通過(guò)抽象服務(wù)接口和服務(wù)器通信，可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)對(duì) 象，如圖3所示。圖3服務(wù)器中典型數(shù)據(jù)模型分層結(jié)構(gòu)從模型構(gòu)成語(yǔ)義可以看出，信息模型不是數(shù)據(jù)集合，而是數(shù)據(jù)與功能服務(wù)的聚合，是一 個(gè)面向?qū)ο蟮哪Ｐ停Ｐ椭械臄?shù)據(jù)和功能服務(wù)相互對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)交換必須通過(guò)對(duì)應(yīng)的功能服務(wù) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)與功能服務(wù)的緊密結(jié)合使模型具備了良好的穩(wěn)定性、可重構(gòu)性和易維護(hù)性。3) 采用與網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的 ACSIIEC 6185

14、0總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必須的通信服務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用協(xié)議的ASCI。圖4中，客戶服務(wù)通過(guò)抽象通信服務(wù)接口，由SCSM映射到采用的通信?；騾f(xié)議子集；在服務(wù)器側(cè)，通信?；騾f(xié)議子集通過(guò) SCSM和ACSI接口。由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性， 信息傳輸響應(yīng)時(shí)間的要求不同，在變電站的過(guò)程內(nèi)可能采用不同類型的網(wǎng)絡(luò)，采用IEC 61850只需要改動(dòng)相應(yīng)的 SCSM，而不需要修改 ACSI。圖5中采用過(guò)程和抽象服務(wù)接口是一樣的， 不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議和通信棧與不同的SCSM1n相對(duì)應(yīng)。IEC 61850定義了 14類ACSI模型，用來(lái)規(guī)范信息模型的功能服務(wù)。每類ACSI模型都由若干抽象通信服務(wù)組成，

15、每個(gè)服務(wù)又定義了服務(wù)的對(duì)象和方式：服務(wù)方式包括服務(wù)的發(fā)起、 響應(yīng)和過(guò)程，而服務(wù)的過(guò)程是指某個(gè)具體服務(wù)請(qǐng)求如何被服務(wù)器響應(yīng)，以及采取什么動(dòng)作在 什么時(shí)候以什么方式響應(yīng)。ACSI模型中的通信服務(wù)分為兩類：客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用在針對(duì)控制、讀寫數(shù)據(jù)值等服務(wù)中；發(fā)布者/訂閱者模式，主要應(yīng)用在針對(duì)快速和可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中，例如采樣值傳輸、通用變電站事件等服務(wù)。ACSI客戶ACSI服務(wù)器客戶端應(yīng)用服務(wù)器對(duì)象服務(wù)器對(duì)象（如邏輯節(jié)點(diǎn)1（如邏輯節(jié)點(diǎn)n或數(shù)據(jù)）服務(wù)器應(yīng)用通信設(shè)備通信服務(wù)A請(qǐng)求%認(rèn)SCSM 相應(yīng)號(hào)旨示SCSM通信棧/協(xié)議集圖4應(yīng)用過(guò)程與應(yīng)用層之間的相互作用（客戶機(jī)/服務(wù)器）圖5 ACSI和網(wǎng)

16、絡(luò)的對(duì)應(yīng)關(guān)系4）面向?qū)ο?、面向?yīng)用開(kāi)放的數(shù)據(jù)自我描述以往的通信標(biāo)準(zhǔn)采用面向點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述，即在信息傳輸時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)雙方必須事先對(duì)數(shù)據(jù) 庫(kù)進(jìn)行約定，并一一對(duì)應(yīng)，這樣才能正確反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)。協(xié)議一旦確定以后，如果要增加或刪除某些信息，就必須對(duì)協(xié)議進(jìn)行修改，這是一項(xiàng)耗費(fèi)資金和時(shí)間的工作。隨著技術(shù) 發(fā)展、電力市場(chǎng)的建立和變電站自動(dòng)化水平的提高，變電站內(nèi)需要傳輸?shù)男滦畔⒉欢淘黾樱?這種數(shù)據(jù)描述方法已不打適應(yīng)，因而使新功能的應(yīng)用受到限制。IEC61850采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述，即在數(shù)據(jù)源就對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自我描述，接收方收到的數(shù)據(jù)都帶有自我說(shuō)明， 不需要再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程物理量對(duì)應(yīng)或進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。面向

17、對(duì)象的自描述數(shù)據(jù)可不受 預(yù)先定義的限制進(jìn)行傳輸是實(shí)現(xiàn)互操作的一個(gè)必要條件，同時(shí)也極大的簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)的管理和 維護(hù)工作。IEC61850將數(shù)據(jù)自描述和面向?qū)ο蟮墓δ芊?wù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述1）定義完整的各類（單元）數(shù)據(jù)對(duì)象和邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯設(shè)備的代碼；2）定義用這些代碼組成完整地描述數(shù)據(jù)對(duì)象的方法；3）定義了一套面向?qū)ο蟮姆?wù)。在IEC61850-7-3、IEC61850-7-4中定義了各類（單元）數(shù)據(jù)對(duì)象和邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯設(shè)備的代碼，在IEC61850-7-2中定義了用這些代碼組成完整地描述數(shù)據(jù)對(duì)象的方法和一套面向?qū)ο蟮?服務(wù)，IEC61850-7-2、IEC61850-7-3、IE

18、C61850-7-4 的關(guān)系如圖 6 所示。原理和模型IEC61850-7-1邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)分類IEC 61850-7-4公共數(shù)據(jù)分類及屬性IEC 61850-7-3抽象通信服務(wù)接口 IEC 61850-7-2映射 IEC 61850-8-x映射 IEC 61850-9-x其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議或自定義站級(jí)總線協(xié)議棧過(guò)程總線協(xié)議棧圖 6 IEC 61850-7-2、-7-3、-7-4 關(guān)系圖IEC61850-7-3、IEC61850-7-4提供了 80多種邏輯節(jié)點(diǎn)名字代碼和350多種數(shù)據(jù)對(duì)象代碼，23個(gè)公共數(shù)據(jù)類，涵蓋了變電站所有功能和數(shù)據(jù)對(duì)象，提供了擴(kuò)展新的邏輯節(jié)點(diǎn)的方法，并規(guī)定了一套數(shù)據(jù)對(duì)象代碼組成的方法，還定義了一套面向?qū)ο蟮姆?wù)。這3部分有機(jī)地結(jié)合在一起，完善地解決了面向?qū)ο笞晕颐枋龅膯?wèn)題。參考文獻(xiàn)1張沛超.IEC61850標(biāo)準(zhǔn)介紹Z.2006 09.2 IEC 61850 Seminar ， Implementlation and Applieation Workshop. Introduetionto IEC 61850 Z.Beijing.2004 一 11.3 IEC 61850 Seminar ， Implementl