iec614-25系列標(biāo)準(zhǔn)解讀

iec614-25系列標(biāo)準(zhǔn)解讀

0監(jiān)控通信系統(tǒng)由于可支配能源的巨大潛力和廣泛分布，勢能在新能源中迅速發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電廠作為一種分布式能源系統(tǒng),其運(yùn)行、控制、維護(hù)、并網(wǎng)等都有很多特殊性,因此需要有功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、開放的監(jiān)控通信系統(tǒng)。2006年12月,國際電工委員會(IEC)公布了由IECTC88技術(shù)委員會起草制定的IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的延伸,專門面向風(fēng)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)通信,旨在實現(xiàn)風(fēng)電廠中不同供應(yīng)商設(shè)備之間的自由通信,通過對風(fēng)電廠信息進(jìn)行抽象化、模型化、標(biāo)準(zhǔn)化,實現(xiàn)各設(shè)備之間的相互通信,使各設(shè)備之間具有互聯(lián)性、互操作性和可擴(kuò)展性。1iec61144-25系列標(biāo)準(zhǔn)1.1風(fēng)力發(fā)電通信的主要內(nèi)容IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)劃為6個部分,目前已公布IEC61400-25的1,2,3,5四個部分,IEC61400-25的第4,6部分尚在制訂、討論中。這6個標(biāo)準(zhǔn)分別涉及如下內(nèi)容。(1)IEC61400-25-1:風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信原理和模型概述,包括整個標(biāo)準(zhǔn)介紹和概貌。(2)IEC61400-25-2:風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信的信息模型,包括風(fēng)電廠信息模型的建模方法和邏輯節(jié)點(diǎn)、公用數(shù)據(jù)類的介紹。(3)IEC61400-25-3:風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信的信息交換模型,包括信息交換的功能模型和抽象通信服務(wù)接口的描述。(4)IEC61400-25-4:風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信中面向通信協(xié)議的映射,包括映射通信協(xié)議描述和映射方法介紹。(5)IEC61400-25-5:風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信的一致性測試。(6)IEC61400-25-6:風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信中用于環(huán)境監(jiān)測的邏輯節(jié)點(diǎn)類和數(shù)據(jù)類。IEC61400-25系列的核心內(nèi)容繼承了IEC61850標(biāo)準(zhǔn),并包含了大部分IEC61850的特點(diǎn):1)采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù);2)使用分布、分層體系;3)使用抽象服務(wù)通信接口(ASCI);4)采用特定通信服務(wù)映射(SCSM);5)具有互操作性;6)具有面向未來、開放的體系機(jī)構(gòu)。1.2其他通信系統(tǒng)IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)適用于風(fēng)電廠的組件和外部監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信。風(fēng)力發(fā)電廠組件的內(nèi)部通信不在IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍內(nèi)。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍涵蓋風(fēng)力發(fā)電廠運(yùn)營所涉及的部分方面,包括風(fēng)力機(jī)、氣象系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及管理系統(tǒng),但不包括與饋電線和變電站有關(guān)的信息。變電站通信是通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范的。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)僅定義了如何對信息、信息交換和映射到特定通信協(xié)議進(jìn)行建模,但沒有定義如何以及在何處應(yīng)用通信接口、應(yīng)用程序的接口以及實施需要的全部服務(wù)參數(shù)。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用時,由于客戶應(yīng)用環(huán)境或廠商技術(shù)條件不同,可能會使風(fēng)電廠具體的通信性能有差異。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)不保證在應(yīng)用中風(fēng)電廠性能都達(dá)到相同水準(zhǔn)。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)立足于通用的、不屬于制造商專用的信息,并對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模。而制造商專用信息在不同制造商之間差異很大,可以通過和用戶達(dá)成的協(xié)議來規(guī)定,也可以對IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)增加附錄來定義。1.3模型4:基礎(chǔ)通信模型IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)基于客戶機(jī)—服務(wù)器通信模式,定義了風(fēng)電廠3個方面的內(nèi)容:信息模型(IEC61400-25-2);信息交換模型(IEC61400-25-3);上述2種模型在標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約上的映射(IEC61400-25-4)。如圖1所示,IEC61400-25通信模型嵌入在一個抽象環(huán)境中,風(fēng)電廠信息模型和信息交換模型一起構(gòu)成了客戶機(jī)與服務(wù)器的接口,通過通用信道進(jìn)行通信。服務(wù)器是信息和服務(wù)的提供者,向客戶機(jī)提供所需要的信息內(nèi)容和功能?？蛻魴C(jī)擁有一定的權(quán)限使用和管理服務(wù)器。信息模型通過服務(wù)器向客戶機(jī)提供一個統(tǒng)一的面向?qū)嶋H組件的風(fēng)電廠數(shù)據(jù)表(View);信息交換模型規(guī)定了服務(wù)器中激活的功能模塊間數(shù)據(jù)交換的服務(wù)內(nèi)容。2風(fēng)電廠各組件的功能系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電廠是由支持不同功能的系統(tǒng)組成的成套系統(tǒng)。這些功能系統(tǒng)作為風(fēng)電廠組件,由多個子組件構(gòu)成,承擔(dān)著不同的任務(wù)。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)適用于風(fēng)電廠所有組件的通信。2.1子組件電力并網(wǎng)整個風(fēng)電廠從功能上看主要由4大部分組成:風(fēng)力機(jī)、氣象系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)對這幾個部分具體描述如下。(1)風(fēng)力機(jī)用于將某一地域的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能。子組件包含風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、變流器、機(jī)艙、偏航系統(tǒng)、塔架、報警系統(tǒng)等。(2)氣象系統(tǒng)用于測量特定區(qū)域內(nèi)的風(fēng)能條件(如風(fēng)速等),并利用這些數(shù)據(jù)與風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量建立關(guān)聯(lián),進(jìn)而調(diào)控風(fēng)輪槳葉,保持風(fēng)輪轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定,從而保證風(fēng)力機(jī)的可靠運(yùn)行。子組件包含風(fēng)電廠各種氣象設(shè)備。(3)管理系統(tǒng)用于對風(fēng)電廠的靜態(tài)和動態(tài)條件進(jìn)行控制,并確保滿足電力并網(wǎng)的要求。子組件包含風(fēng)電廠的控制系統(tǒng)。(4)電氣系統(tǒng)是實現(xiàn)多臺風(fēng)力機(jī)集成運(yùn)行的組件,功能是將分布的饋線設(shè)備或變電站產(chǎn)生的電能匯集起來,選擇合適的電力網(wǎng)傳輸?shù)浇K端用戶。子組件包含風(fēng)電廠的電氣網(wǎng)絡(luò)。2.2風(fēng)力處理廠的通信要求(1)scad系統(tǒng)沒有及時掌握控制指導(dǎo)機(jī)構(gòu)風(fēng)電廠受各種外部監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控,如本地或遠(yuǎn)程SCADA系統(tǒng)、本地實時嵌入式控制系統(tǒng)、電力調(diào)度中心等,同時也向外部監(jiān)控系統(tǒng)提供整個系統(tǒng)或相關(guān)組件的信息。這些信息是控制風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的重要依據(jù)。比如,一個SCADA系統(tǒng)想要停止某臺正在并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力機(jī),就需要知道如何在整個系統(tǒng)中識別該組件,當(dāng)前處于何種運(yùn)行狀態(tài);SCADA系統(tǒng)還要知道向并網(wǎng)運(yùn)行的哪個設(shè)備發(fā)送哪種指令,以確保對該組件的預(yù)期控制;為核實指令是否被執(zhí)行,SCADA系統(tǒng)還要求風(fēng)電廠能發(fā)回一個反饋信息。因此,風(fēng)力發(fā)電廠中任何需要進(jìn)行信息交換的組件,都需要配備一個智能電子設(shè)備(IED),例如一臺風(fēng)力機(jī)通常擁有一個風(fēng)力機(jī)控制器,其首要功能是實現(xiàn)對風(fēng)電廠組件及風(fēng)力機(jī)的內(nèi)部監(jiān)控,同時允許外部對其進(jìn)行監(jiān)控。(2)風(fēng)電場信息分類信息是監(jiān)控體系進(jìn)行通信的內(nèi)容,其基本元素是風(fēng)電廠組件的原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)可以根據(jù)IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)處理成特定的信息。信息可以分成5類:過程信息、統(tǒng)計信息、歷史信息、控制信息、描述信息。過程信息提供了整個系統(tǒng)及其組件的行為及狀態(tài)信息;統(tǒng)計信息用來評估風(fēng)力發(fā)電廠的運(yùn)行狀況;歷史信息追蹤日志和報告中記錄的運(yùn)行軌跡;控制信息傳輸控制風(fēng)電廠所需要的內(nèi)容,比如訪問域、設(shè)定點(diǎn)、參數(shù)和命令等;描述信息反映信息的類別、準(zhǔn)確性,以及對時間和數(shù)據(jù)的解釋。信息的分類對風(fēng)電廠的監(jiān)控十分重要。(3)外部監(jiān)控系統(tǒng)的功能監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電廠的外部監(jiān)控系統(tǒng)通信需要專門的功能來配置、運(yùn)行和監(jiān)視其與風(fēng)力發(fā)電廠的信息交換。這樣的功能可以分為2大類:操作功能和管理功能。外部監(jiān)控系統(tǒng)通過操作功能(手動或自動)獲取風(fēng)電廠的信息,并向風(fēng)電廠發(fā)送控制指令。操作功能及其應(yīng)用范圍見表1所列。管理功能是用于信息交換的高級管理,外部監(jiān)控系統(tǒng)通過管理功能保持監(jiān)控進(jìn)程的完整性。管理功能及其應(yīng)用范圍見表2所列。3信息模型對能源發(fā)電的信息3.1公用信息的獲取IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)使用對象建模概念來表示風(fēng)力發(fā)電廠的系統(tǒng)與組件的通信?，F(xiàn)實風(fēng)電廠中的所有組件被拆分成含有模擬量、二進(jìn)制狀態(tài)量、指令、設(shè)定點(diǎn)數(shù)據(jù)的對象。對象和數(shù)據(jù)又映射成實際組件的通用邏輯表示,即風(fēng)電廠的信息模型。信息模型利用面向?qū)ο蟮姆椒▽︼L(fēng)力發(fā)電廠公用信息進(jìn)行清晰的定義和描述。信息交換發(fā)生在客戶機(jī)和服務(wù)器之間的監(jiān)控體系內(nèi),信息交換的內(nèi)容如圖2所示。3.2信息建模方法3.2.1風(fēng)力機(jī)控制器主要分為3個基本信息從建模角度來看,信息可以是邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性。數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)屬性組成,有自己的名稱、時間、質(zhì)量、精度、單位等。其中,數(shù)據(jù)屬性可以是測量值、狀態(tài)值、設(shè)定值等。一座風(fēng)電廠包括不同的信息種類,除了源數(shù)據(jù),風(fēng)力機(jī)控制器通常會生成大量信息(10min平均值、報警、日志、計數(shù)器、計時器等),這些重要的信息在本地儲存供以后使用或分析。表3中列出了不同信息類別之間的關(guān)系,其定義將應(yīng)用于IEC61400-25-4標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2風(fēng)電廠信息模型的分層IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)定義的通用風(fēng)電廠信息模型,是基于IEC61850-7-1定義的建模方法(其基礎(chǔ)部分在IEC61850-7-2:2003標(biāo)準(zhǔn)中描述)。它將風(fēng)電廠的信息模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層,將公用信息劃分為不同的級別,并將其集合成類,低級別的類會自動繼承上一級別的類所具有的特性。風(fēng)電廠信息模型的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中,最上層稱為邏輯設(shè)備(LD),往下被分解為邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)。邏輯節(jié)點(diǎn)由一組相關(guān)的數(shù)據(jù)即數(shù)據(jù)類(DC)組成。有些基本的數(shù)據(jù)類被定義為公用數(shù)據(jù)類(CDC),其他的數(shù)據(jù)類都繼承某個公用數(shù)據(jù)類的一組特性。公用數(shù)據(jù)類由數(shù)據(jù)屬性組成,數(shù)據(jù)的最基本、最詳細(xì)部分可以在公用數(shù)據(jù)類的類型定義中找到。3.2.3邏輯設(shè)備的使用:基于lphd的公用數(shù)據(jù)生成IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)把風(fēng)電廠的某一特定風(fēng)力機(jī)指定為邏輯設(shè)備,并按其功能(如風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、調(diào)向系統(tǒng)等)分成各個能進(jìn)行信息交換的最小實體,這樣的實體就稱為邏輯節(jié)點(diǎn)。一個邏輯設(shè)備包含屬于該風(fēng)力機(jī)的邏輯節(jié)點(diǎn)的集合。邏輯節(jié)點(diǎn)零(LLN0)專用于提供邏輯設(shè)備的公用信息(比如邏輯設(shè)備的銘牌和健康),邏輯節(jié)點(diǎn)物理設(shè)備(LPHD)專用于生成管控邏輯設(shè)備的物理設(shè)備的公用數(shù)據(jù)(比如物理設(shè)備銘牌和健康)。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)為風(fēng)力發(fā)電廠規(guī)定了一組專用邏輯節(jié)點(diǎn)類(IEC61400-25-2),其中邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)及其擴(kuò)展規(guī)則遵照了IEC61850-7-4標(biāo)準(zhǔn)附錄A和IEC61850-7-1標(biāo)準(zhǔn)第14章的定義。在邏輯節(jié)點(diǎn)內(nèi),信息通過數(shù)據(jù)類表示。所有邏輯節(jié)點(diǎn)都有一個標(biāo)準(zhǔn)化的表結(jié)構(gòu),如圖4所示。風(fēng)力發(fā)電廠邏輯節(jié)點(diǎn)的命名是統(tǒng)一的,第一個字母總是“W”,后面是代表內(nèi)容的3個大寫字母。邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)由標(biāo)以名稱的屬性表示。屬性可以是一個32位整數(shù),也可以是由一組標(biāo)有名稱的簡單(或復(fù)雜)組件類型集合成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)變量。表格中字母“M”表示強(qiáng)制,“O”表示可選的。一個邏輯節(jié)點(diǎn)內(nèi)的全部信息按照表3進(jìn)行分類。4風(fēng)壓信息交換模型4.1風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)用抽象模型的概念定義了信息和信息交換,通過對1個虛擬化邏輯設(shè)備的描述來統(tǒng)計邏輯節(jié)點(diǎn)。邏輯節(jié)點(diǎn)是將實際設(shè)備虛擬化,轉(zhuǎn)換成可以與其他設(shè)備進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)一覽表。標(biāo)準(zhǔn)中對所有可以同其他組件進(jìn)行交換的信息做了定義。這種模型為風(fēng)力發(fā)電廠自動化系統(tǒng)提供了一種與現(xiàn)實世界各電力系統(tǒng)過程、發(fā)電機(jī)等對應(yīng)的圖像。如圖5所示,WROT是虛擬的用以表示1個風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的標(biāo)準(zhǔn)化名稱。右側(cè)的實際組件被建模成圖中間的1個虛擬模型。邏輯節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于實際物理設(shè)備的功能。根據(jù)功能,1個邏輯節(jié)點(diǎn)包括一系列數(shù)據(jù)(如風(fēng)輪轉(zhuǎn)速等)信息。數(shù)據(jù)有1個分層結(jié)構(gòu),語意定義明確,在風(fēng)電廠系統(tǒng)代表特定含義。由數(shù)據(jù)表示的信息按照信息交換服務(wù)定義的服務(wù)進(jìn)行交換。4.2信息交換建模方法4.2.1客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請求,一般在平臺上IEC61400-25-3標(biāo)準(zhǔn)定義了風(fēng)力發(fā)電廠信息交換模型,用以將實例化的各種類的信息模型所包含的信息進(jìn)行交換。這些類包括邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)屬性和控制塊等。信息交換模型(IEM)實際上定義了一種服務(wù)器,它不僅包含信息模型的實例,還包含訪問這些模型的服務(wù)功能?？蛻魴C(jī)通過發(fā)送請求報文向服務(wù)器提出服務(wù)請求,并從服務(wù)器接收應(yīng)答報文或報告,如圖6所示。每一個客戶機(jī)可以獨(dú)立于其他客戶機(jī)與服務(wù)器進(jìn)行通信。物理設(shè)備可以扮演客戶機(jī)角色或服務(wù)器角色,也可以是兩者兼有。服務(wù)器的功能是提供和風(fēng)力發(fā)電廠信息模型有關(guān)的數(shù)據(jù)。服務(wù)器上的風(fēng)力發(fā)電廠信息模型支持如圖7所示的訪問服務(wù)。存放在服務(wù)器的風(fēng)力發(fā)電廠信息模型數(shù)據(jù)實例可以通過服務(wù)指令(Get,Set,Control)訪問,實現(xiàn)即時動作返回信息,設(shè)定數(shù)據(jù)值,控制設(shè)備或功能。服務(wù)器記錄內(nèi)部事件并生成報告,存儲各種信息供檢索并生成日志。根據(jù)客戶機(jī)請求,服務(wù)器向客戶機(jī)發(fā)送這些信息。4.2.2規(guī)范平臺asci用來實現(xiàn)同外部世界和各種實際組件進(jìn)行信息交換的基本服務(wù)集稱為抽象通信服務(wù)接口(ACSI)。這些服務(wù)的基本方法在IEC61850-7-1和61850-7-2標(biāo)準(zhǔn)中具體描述。圖8示出了ACSI模型的各個組件,描述了一個典型設(shè)備如何使用服務(wù)器與外部世界相結(jié)合。一個帶通信接口的物理設(shè)備用一個服務(wù)器代表,它有一個通信網(wǎng)絡(luò)地址,外部客戶機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)可以對它進(jìn)行訪問。服務(wù)器能夠接受一個或多個外部客戶機(jī)的訪問,驗證訪問者,支持對客戶機(jī)提供信息服務(wù)。服務(wù)器包含一個或多個邏輯設(shè)備,邏輯設(shè)備又包含一個或幾個邏輯節(jié)點(diǎn),邏輯節(jié)點(diǎn)代表著基構(gòu)建塊(對象),構(gòu)建塊代表著邏輯設(shè)備的各種功能。邏輯節(jié)點(diǎn)包含的數(shù)據(jù)可以單獨(dú)被執(zhí)行讀(get)、寫(set)和成組(數(shù)據(jù)集)操作,響應(yīng)控制輸入,提供征求性和非征求性的報告,記錄可以查詢的日志。模擬量信息和狀態(tài)信息通常是只讀的,控制和配置信息通?？勺x可寫。圖8可以用來表示任何帶通信接口的實際物理設(shè)備。ASCI“抽象”的含義表明ASCI側(cè)重描述的服務(wù),與設(shè)備間具體交換的報文(如何實現(xiàn)服務(wù))無關(guān)。因此IEC61400-25-3標(biāo)準(zhǔn)中ASCI不定義具體的報文,它體現(xiàn)的是對風(fēng)電廠信息模型和信息交換模型的服務(wù)說明。采用面向?qū)ο蠓椒?將每一類服務(wù)抽象為一個類,其中的每個服務(wù)都是類的實例,抽象服務(wù)通過類的實例與具體特定服務(wù)映射進(jìn)程間的相互傳遞來實現(xiàn)接口。5通信服務(wù)映射服務(wù)器和客戶機(jī)之間的信息交換要求雙方具有統(tǒng)一的通信協(xié)議。一種專門面向通信規(guī)約的映射,定義了風(fēng)電廠信息模型的對象,并說明了信息交換模型內(nèi)的功能和服務(wù)是如何通過使用一個專門的協(xié)議堆棧(即一種完整通信協(xié)議)來實現(xiàn)的。IEC61400-25-4標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定了適用于IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。目前IEC61400-25-4尚未出版,具體采用哪種協(xié)議映射還沒有定論。預(yù)計將包括目前常用的通信規(guī)約(Webservices,IEC61850-8-1MMS,OPCXMLDA,IEC60870-5-104,DNP3)中的一種或幾種。IEC61400-25-4標(biāo)準(zhǔn)將繼承IEC61850定義的特定通信服務(wù)映射(SCSM)和抽象通信服務(wù)接口(ASCI),并在映射結(jié)構(gòu)上面考慮了OSI參考模型(ISO7498-1:19