【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 開放式系統(tǒng)，例如變電站通信標(biāo)準(zhǔn)用于所有類型的分布式 SCADA系統(tǒng)。 IEC61850不僅用于變電站內(nèi)通信，而且用于變電站和控制中心通信。 這樣從過(guò)程層到間隔層、從間隔層到變電站層、從變電站到控制中心都是采用IEC61850。 IECTC57無(wú)縫通信系統(tǒng)體系協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的名稱即為“變電站和控制中心 通信協(xié)議 61850(Communication Substation Control Center via 61850)”。當(dāng)前 ,生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的國(guó)外各大公司都在圍繞 IEC61850開展工作，并提出 IEC61850的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)“即插即用”，在工業(yè)控制通信上最終實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”。 為適應(yīng)變電站自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展， 1995年國(guó)際電工委員會(huì)第 57技術(shù)委員會(huì)(IEC TC57)為此成立了 3個(gè)工作組 10， 11， 12(WG10/11/12),負(fù)責(zé)制定 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。工作組成員分別來(lái)自歐洲、北美和亞洲國(guó)家 ,他們有電力調(diào)度、繼電保護(hù)、電廠、操作運(yùn)行 及電力企業(yè)的技術(shù)背景，其中有些成員參加過(guò)北美及歐洲一些標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。 3個(gè)工作組有明確的分工：第 10工作組負(fù)責(zé)變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議的整體描述和總體功能要求；第 11工作組負(fù)責(zé)站級(jí)數(shù)據(jù)通信總線的定義；第 12工作組負(fù)責(zé)過(guò)程級(jí)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義。這 3個(gè)工作組參考和吸收了已有的許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中主要有： ； ； 第 2 頁(yè) (utility munication ),由美國(guó)電科院制定的變電站和饋線設(shè)備通信協(xié)議體系； (manufacture message specification)。 1999年 3月 ,3個(gè)工作組提出了 IEC61850委員會(huì)草案版本。 IEC61850的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外 對(duì) IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和研究開始較早 ,相應(yīng)的示范工程在制定 IEC61850的過(guò)程中就開始實(shí)施。美國(guó)、德國(guó)、荷蘭等國(guó)都有示范工程 ,用以驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn) ,通過(guò)實(shí)踐來(lái)促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善。在德國(guó)有一個(gè)示范工程 ,參加這個(gè)工程 的有 SIEMENS、 ABB、AL2STOM等公司 ,用一個(gè)公司的變電站主站和其他公司的 IED相聯(lián) ,然后用另一個(gè)公司的變電站主站和其他公司的 IED相聯(lián) ,示范工程的總結(jié)已在 2020年 CIGRE 會(huì)議上發(fā)表。國(guó)外大公司對(duì) IEC61850的研究 ,在理論上已經(jīng)成熟 ,并已初步推出支持 IEC 61850的產(chǎn)品。為了使得 IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到互操作性 , IEC TC57專門制定了“ IEC 61850 10 :一致性測(cè)試”標(biāo)準(zhǔn)。要求各個(gè)制造廠的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作和互聯(lián)。事實(shí)上盡管 IEC61850要到 2020年才陸續(xù)出版完 整 , 但 SIEMENS、 ABB等公司已經(jīng)推出了 IEC61850的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的產(chǎn)品。相對(duì)于國(guó)外情況 ,國(guó)內(nèi)也有專門的部門在全面跟蹤和研究 IEC61850的最新發(fā)展動(dòng)向。國(guó)內(nèi)許多大的電力企業(yè)也在多方調(diào)研 ,希望能在將來(lái)采用 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn) ,以達(dá)到降低系統(tǒng)集成費(fèi)用和維護(hù)成本、充分利用系統(tǒng)資源 ,提高系統(tǒng)可靠性的目的。中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)于 1999年 11月份成立專門工作組 ,組織了國(guó)內(nèi)大的制造商和研究機(jī)構(gòu)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究和消化 ,到目前為止已經(jīng)全部翻譯完成并列入 2020年電力行業(yè)修訂計(jì)劃中 ,2020年將陸續(xù)轉(zhuǎn)化為我 國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ,這為該協(xié)議在我國(guó)大范圍的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的環(huán)境和條件。 IEC61850 協(xié)議體系標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是未來(lái)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向，國(guó)家電力公司已將 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣和應(yīng)用作為近年重大應(yīng)用項(xiàng)目列入國(guó)家電力發(fā)展規(guī)劃中，各省電力公司都加大科研投資力度，預(yù)計(jì)明年該領(lǐng)域的產(chǎn)品和應(yīng)用將在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)全面展開。 IEC61850 協(xié)議體系標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是數(shù)字化變電站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要而基本的內(nèi)容。 數(shù)字化變電站在應(yīng)用實(shí)現(xiàn) IEC61850 協(xié)議體系標(biāo)準(zhǔn)中，常規(guī)電力自動(dòng)化系統(tǒng)、常規(guī)電力自動(dòng)化智能設(shè)備與 IEC61850 協(xié)議體系 的互聯(lián)與通信轉(zhuǎn)換是不可回避的難 第 3 頁(yè) 題，也是非常重要的課題。如： IEC61850 自動(dòng)化系統(tǒng)與調(diào)度、集控站的通信連接，站內(nèi)直流系統(tǒng)、電度表系統(tǒng)接入 IEC61850 通信體系等問題，本項(xiàng)目的實(shí)施，將為解決基于 IEC61850 協(xié)議體系實(shí)現(xiàn)中面臨的此類問題，提供重要的實(shí)現(xiàn)手段和方法。同時(shí)為下階段實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站、 IEC61850 協(xié)議體系推廣應(yīng)用積累了扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。 數(shù)字化變電站應(yīng)用中面臨新老自動(dòng)化系統(tǒng)交替、互聯(lián)共存的現(xiàn)實(shí)問題，在電力自動(dòng)化系統(tǒng)基于 IEC61850 通信標(biāo)準(zhǔn)化、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換方面進(jìn)行研究和應(yīng)用，能促進(jìn)電力自動(dòng)化 的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。緩解長(zhǎng)期困擾電力自動(dòng)化系統(tǒng)用戶和設(shè)備制造商的系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)接和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)問題。將來(lái)能適應(yīng)國(guó)際電力自動(dòng)化系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展，及時(shí)提高電力自動(dòng)化系統(tǒng)通信協(xié)議體系對(duì) “IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn) ” 的適應(yīng)性。 “IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn) ” 全面在我國(guó)電力行業(yè)推廣實(shí)施會(huì)有一個(gè)過(guò)程，本項(xiàng)目產(chǎn)品必將在由傳統(tǒng)通信協(xié)議向 “IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn) ” 轉(zhuǎn)化及互聯(lián)方面發(fā)揮巨大作用，可見，本項(xiàng)目產(chǎn)品對(duì)促進(jìn)我國(guó)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，具有十分重要的意義，為未來(lái)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站系統(tǒng)的奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 論文主要 研 究 內(nèi)容 為了實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和智能電子裝置 IED 的靈活配置 , IEC618506 部分專門規(guī)定了變電站配置描述語(yǔ)言 SCL， 規(guī)范了配置描述的語(yǔ)法 ， 給出了 SCL 對(duì)象模型 ： ； (IED)； 。通過(guò) SCL 語(yǔ)言 ， 可完整描述一個(gè)變電站自動(dòng) 化系統(tǒng)的全部配置信息。 在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的工程實(shí)際中 ， 需要完成的配置任務(wù)有 ： (IED)的配置 ； 、主接線和測(cè)控點(diǎn)配置。 論文主要分為以下幾個(gè)方面： IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，特色，結(jié)構(gòu)以及在設(shè)備 配置文件中的應(yīng)用。 首先分析 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容，認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)配置的關(guān)鍵在于如何對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)建模，如何對(duì)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的描述。論文的重點(diǎn)工作放在如何建立設(shè)備配置文件的研究上。通過(guò)使用 SCL語(yǔ)言來(lái)對(duì)具體設(shè)備進(jìn)行描述。 分析 SCL語(yǔ)言以及 XML文件的格式。 第 4 頁(yè) (Substation configuration description language)是基于 XML的變電站配置描述語(yǔ)言。它定義了統(tǒng)一的建模方法，對(duì)變電站內(nèi)與配置相關(guān)的各種對(duì)象的描述方法做出了明確詳細(xì)的規(guī)定。 SCL可以方便 地搭建模型從而描述變電站和站內(nèi) IED的配置信息。設(shè)備具有識(shí)別 SCL并進(jìn)行數(shù)據(jù)生成的能力是符合 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的基本形態(tài)。 XML(Extensible Markup Language)是可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，它具有可擴(kuò)展性、靈活性、自描述性三大特點(diǎn)。 IEC61850的配置過(guò)程，配置原理以及配置文件應(yīng)包含的內(nèi)容。 IEC61850的配置過(guò)程實(shí)質(zhì)上 就是一個(gè)模型的分析和描述的過(guò)程，一個(gè)變電站模型應(yīng)該包含它的電壓等級(jí)、間隔、 IED、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯數(shù)據(jù)，這些都是很有層次的，要給出配置，首先也應(yīng)該清楚這些的結(jié)構(gòu)層次關(guān)系。配置文件應(yīng)該包含的內(nèi)容也就是變電站每一級(jí)的具體配置內(nèi)容。 詳細(xì)的模型圖。 本文將變電站的各個(gè)組成部分很有層次的體現(xiàn)在了同一張圖表上，清晰地顯示了變電站的具體結(jié)構(gòu)和層次關(guān)系，使得配置文件的理解和應(yīng)用變得更為簡(jiǎn)單。 第 5 頁(yè) 第 2章 IEC61850的分析 IEC61850的整體結(jié)構(gòu) IEC61850 主要包括十個(gè) 章節(jié)，具體內(nèi)容如表 21 所示 。 表 21 IEC61850概述 章 節(jié) 內(nèi) 容 IEC618501 緒論和概述 IEC618502 術(shù)語(yǔ) IEC618503 基本要求 IEC618504 系統(tǒng)和項(xiàng)目管理 IEC618505 對(duì)功能和設(shè)備模型的通信要求 IEC618506 變電站配置描述語(yǔ)言 IEC6185071 變電站和饋電設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) — 原理和模型 IEC6185072 變電站和饋電設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) — 抽象通信服務(wù)接口（ ACSI） IEC6185073 變電站和饋電設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) — 通訊數(shù)據(jù)分類 IEC6185074 變電站和饋電設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) — 兼容邏輯節(jié)點(diǎn)分類和數(shù)據(jù)分類 IEC618508 特殊通信服務(wù)映射（ SCSM） 映射至 MMS IEC6185091 特殊通信服務(wù)映射（ SCSM） 串行單向多支路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 IEC6185092 特殊通信服務(wù)映射（ SCSM） 基于過(guò)程總線 IEEE 上的映射 IEC6185010 一致性測(cè)試 這 10 個(gè)部分主要為要 四個(gè)方面：變電站自動(dòng)化應(yīng)用 領(lǐng)域的功能模型 (第五部分 )、基于 XML 的變電站配置描述語(yǔ)言 SCL(第六部分 )、變電站數(shù)據(jù)模型及其服務(wù) (第七部分 )、變電站體系層次之間的映射關(guān)系 (第八，第九部分 )。其中 IEC61850 第六部分規(guī)定了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的配置語(yǔ)言 SCL。通過(guò)該語(yǔ)言，可以描述設(shè)備的基本 第 6 頁(yè) 功能和可訪問的基本信息說(shuō)明。 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)按通信體系及設(shè)備功能將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為 3層：變電站層、間隔層、過(guò)程層，如圖 21所示。 變電站層設(shè)備由帶數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)、操作員工 作臺(tái)、遠(yuǎn)方通信接口等組成；間隔層設(shè)備由每個(gè)間隔的控制、保護(hù)或監(jiān)視單元組 成 ；過(guò)程層設(shè)備由遠(yuǎn)方 I/O、智能傳感器和執(zhí)行器等組成。變電站各層之間的通信通過(guò)各種接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。過(guò)程層一次設(shè)備的開關(guān)量 I/O、模擬量的采樣和控制命令等通過(guò)接口 4 和接口 5 與間隔層的保護(hù)和控制設(shè)備進(jìn)行通信。間隔層的保護(hù)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)等通過(guò)接口 1 和接口 6 與變電站層的人機(jī)界面和遠(yuǎn)方通信接口進(jìn)行通信。 控 制 保 護(hù) 控 制保 護(hù)功 能 A功 能 B過(guò) 程 接 口 傳 感 器 執(zhí) 行 器高 壓 設(shè) 備遠(yuǎn) 方 控 制技 術(shù) 服 務(wù)⑦⑧③ ③遠(yuǎn) 方 保 護(hù) ② ② 遠(yuǎn) 方 保 護(hù)1 ， 6 1 ， 64 ， 5 4 ， 5變 電 站 層間 隔 層過(guò) 程 層 圖 21變電站自動(dòng)化系統(tǒng)邏輯接口 IEC61850的特點(diǎn) 及技術(shù)特征 協(xié)議分層 IEC 61850 除了將變電站自動(dòng)化系統(tǒng) 分成變電站層、間隔層、過(guò)程層之外 ， 每個(gè)物理設(shè)備由服務(wù)器和應(yīng)用組成 ， 將服務(wù)器 (Server)分層為邏輯設(shè)備 (LogicalDevice)、邏輯節(jié)點(diǎn) (Logical Node)、數(shù)據(jù)對(duì)象 (Data Ob2ject)、數(shù)據(jù)屬性 (Data Att ributes) (如圖 1所示 )， 物理設(shè)備內(nèi)包含服務(wù)器 (Server)和應(yīng)用。從應(yīng)用方面來(lái)看服務(wù)器包含 第 7 頁(yè) 通信網(wǎng)絡(luò)和輸入 /輸出接口 (I/O)； 由 IEC61850來(lái)看 ， 服務(wù)器包含邏輯設(shè)備 ， 邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點(diǎn) ， 邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)屬性 ； 從通信的角度來(lái)看 ， 服務(wù)器通過(guò)子網(wǎng)和站 網(wǎng)相連、每一個(gè) IED既可扮演服務(wù)器角色、也可扮演客戶的角色。由于這種分層 ， 就得有相應(yīng)的抽象服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 ， 抽象通信服務(wù)接口 (ACSI)服務(wù)有服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型、和數(shù)據(jù)集模型 ， 通過(guò)服務(wù)器目錄(Server directory)收集服務(wù)器中有多少個(gè)邏輯設(shè)備名字和文件名字 ， 通過(guò)邏輯設(shè)備目錄 (LD Directo2ry)收集每個(gè)邏輯設(shè)備中有多少個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)名字 ， 通過(guò)邏輯節(jié)點(diǎn)目錄 (LN Directory)收集每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)中有多少個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象名字 ， 通過(guò)數(shù)據(jù)目錄 (Data Directory)收集每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象中有多少個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象屬性名字 ， 通過(guò)這樣的服務(wù) ， 建立起了完整的分層數(shù)據(jù)庫(kù)模型。通過(guò) Get Data Definition服務(wù)中的參數(shù)分別讀取全部數(shù)據(jù)對(duì)象屬性定義、一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象屬性定義或受請(qǐng)求功能約束的全部數(shù)據(jù)對(duì)象屬性。這樣提供了直接訪問現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 ， 對(duì)各個(gè)制造廠的設(shè)備用同一種方法進(jìn)行訪問。這種方法可以用于重構(gòu)配置 ， 很容易獲得新加入的設(shè)備的名稱 ， 用于管理設(shè)備屬性。如變電站至調(diào)度所的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用 IEC61850， 則兩者之間不存在協(xié)議轉(zhuǎn)換的問題 ， 因其體系和分層是一樣的。只是從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制中心的角 度來(lái)看 ， 應(yīng)增加變電站這個(gè)層次。 應(yīng) 用 子 程 序應(yīng) 用應(yīng) 用 程 序應(yīng) 用服 務(wù) 器子 網(wǎng)站 網(wǎng)公 共網(wǎng) 絡(luò)內(nèi) 聯(lián) 網(wǎng)柜間 隔變 電 站板物 理 點(diǎn)邏 輯設(shè) 備邏 輯節(jié) 點(diǎn)數(shù) 據(jù) 屬 性數(shù) 據(jù) 對(duì) 象報(bào) 告控 制設(shè) 置 組實(shí) 際 裝 置建 模通 信物 理 設(shè) 備資 源