【正文】 絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。①變電站自動化系統(tǒng)特定數(shù)據(jù)模型；②信息交換的方法；③向?qū)嶋H通信協(xié)議的映射；④變電站IED的配置。通過IEC 61850的方式，可以訪問存儲這些信息。IEC 61850定義的模型重點在數(shù)據(jù)和功能模型的通信特性。 IEC 61850模型概述 模型概念所為模型是指實物某個方面的代表。（1）IEC 61850對象名稱標準定義了采用設(shè)備名、邏輯節(jié)點名、實際編號和數(shù)據(jù)類名建立對象名的命令規(guī)則。由于數(shù)據(jù)本身帶有說明信息，所以傳輸時可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對數(shù)據(jù)的管理和維護工作。 數(shù)據(jù)自描述IEC 61850標準對于信息均采用面向?qū)ο蟮淖悦枋觥MD模型只定義了通信的網(wǎng)絡(luò)可見方面，對于實際設(shè)備如何實現(xiàn)VMD模型的細節(jié)，MMS則不定義。但報文格式的統(tǒng)一只是獲得互操作性的一個方面。 制造報文規(guī)范技術(shù)通過使用制造報文規(guī)范（MMS）可使工業(yè)系統(tǒng)具有互操作性和獨立性?？蛻敉ㄟ^ACSI，由專用通信服務(wù)映射（Specific Communication Service Map，SCSM）映射到所采用的具體協(xié)議，如制造報文規(guī)范（Manufacturing Message Specification，MMS）等。 抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù)IEC 61850標準總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計了獨立與所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口（Abstract Communication Service Interface，ACSI）。如圖10所示。在實現(xiàn)時可以將變電站層、間隔層、過程層保護和監(jiān)控功能作為邏輯節(jié)點自由分配到任一IED中，但在邏輯上可以將多個IED中的邏輯節(jié)點靈活組合為一個邏輯設(shè)備。 分層分布體系首先IEC 61850把變電站自動化系統(tǒng)分成變電站層、間隔層、過程層三個層次，從過程層到間隔層、間隔層到變電站層都采用工業(yè)以太網(wǎng)通信。任何一個客戶可通過抽象通信服務(wù)接口（ACSI）和服務(wù)器通信可訪問數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)對象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命令實例。每個IED包含一個或多個服務(wù)器，每個服務(wù)器本身又包含一個或多個邏輯設(shè)備。由于變電站與變電站、調(diào)度中心與調(diào)度中心之間各種協(xié)議不兼容，IEC委員會TC57工作組認為有必要從變電站信息源頭直至調(diào)度中心采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，IEC 61850數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模有必要與IEC 61850還正在向風(fēng)能、水電、配電和工業(yè)控制等其他領(lǐng)域拓展應(yīng)用，憑借良好的可擴展性和體系結(jié)構(gòu)，IEC 61850將在全世界所有電力相關(guān)行業(yè)的信息共享，功能交換及調(diào)度協(xié)調(diào)方面發(fā)揮重大的、決定性的作用。IEC 61850采用了面向?qū)ο笏枷虢⑦壿嬆Ｐ?、基于XML技術(shù)的變電站配置描述語言SCL、將ACSI映射到MMS協(xié)議、。與以往變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議不同，IEC 61850除了定義了變電站自動化系統(tǒng)的通信要求和數(shù)據(jù)交換外，還對整個系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)和體系結(jié)構(gòu)、對象模型、項目管理控制、測試方法等進行了全面詳盡的描述和規(guī)范?；ゲ僮鞯谋举|(zhì)是如何解決計算機異構(gòu)信息系統(tǒng)集成問題。其作為國際統(tǒng)一變電站通信標準已經(jīng)廣泛的認同與應(yīng)用。 運行管理自動化采用自動故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，提升了運行管理自動化水平、大大簡化了運行維護。 設(shè)備檢修狀態(tài)化在數(shù)字化變電站中，可以有效的獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種IED裝置的故障和動作信息，實現(xiàn)對操作及信號回路狀態(tài)的有效監(jiān)視，在線監(jiān)視一、二次設(shè)備的健康狀況，根據(jù)監(jiān)視和分析的診斷結(jié)果科學(xué)安排檢修時間和項目。 信息應(yīng)用集成化數(shù)字化變電站對原來分散的二次系統(tǒng)裝置進行了信息集成及功能優(yōu)化處理，因此可以有效地避免常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護、故障錄波、量測與計算等裝置存在的硬件配置重置、信息不共享及投資成本大等問題的發(fā)生。 信息交換網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元（如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等）作為一次智能設(shè)備的一部分，實現(xiàn)了IED的近過程化設(shè)計；在中低壓變電站可將保護及監(jiān)控裝置小型化、緊湊化并完整的安裝在開關(guān)柜上。這種分層分布式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)采用成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和開放式互連規(guī)約，能夠更完整的記錄設(shè)備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 系統(tǒng)分層分布化數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)在邏輯結(jié)構(gòu)上可劃分為間隔層、變電站層和過程層。 智能變電站的主要技術(shù)特征 數(shù)據(jù)采集數(shù)字化數(shù)字化變電站的主要標志是采用數(shù)字化電氣量系統(tǒng)（如光電式互感器或電子式互感器）采集電流、電壓等電氣量。以信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，變電站實現(xiàn)少人值班，甚至無人值班，完全由控制中心遠方操作與監(jiān)控將是今后變電站的發(fā)展方向。該標準按照自動化系統(tǒng)所需的監(jiān)視、控制和保護等功能，提供了統(tǒng)一完整的信息模型和服務(wù)，并且為不同廠家產(chǎn)品間實現(xiàn)互操作和信息共享，其實踐應(yīng)用表明它將為站內(nèi)自動化系統(tǒng)的進一步發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。IEC 61850是目前關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)及其通信的國際標準，是目前為止最為完善的變電站自動化通信標準，全稱是“Communication networks and system in substations”，即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。它以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度的互動?！　∧壳胺謱臃植济嫦?qū)ο蟮乃枷胍褳槿藗兯邮?，變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為2層，即通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的間隔層和變電站層，變電站到調(diào)度端通信逐步淘汰MODEM方式，采用TCP/IP模式上網(wǎng)。這些國際標準按照非平衡式和平衡式傳輸遠動信息的需要制定，完全能滿足電力系統(tǒng)中各種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，得到了廣泛的應(yīng)用。 電力系統(tǒng)電能計量傳輸規(guī)約對于電能計量采集傳輸系統(tǒng)，IEC在1996年頒布的IEC 608705102標準，即我國電力行業(yè)標準DL/T7192000，是我們在實施變電站電能計量系統(tǒng)時需要遵守的，今后電力系統(tǒng)電能計量傳輸協(xié)議要求采用102規(guī)約。IEC在1997年頒布了IEC 608705103規(guī)約，國家經(jīng)貿(mào)委在1999年頒布了103規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T6671999，并在2000年的南昌會議上進行了宣講。該規(guī)約為調(diào)度端和變電站端之間的信息傳輸制定了標準，今后變電站自動化設(shè)備的遠方調(diào)度傳輸協(xié)議上應(yīng)采用101規(guī)約。我國調(diào)度自動化系統(tǒng)中常采用三類規(guī)約：循環(huán)式規(guī)約（如CDT、DXF5和C01等）、問答式規(guī)約（如SC180u4F和MODBUS）和對等式規(guī)約（）。一個通信規(guī)約包括：代碼（數(shù)據(jù)編碼）、傳輸控制字符、傳輸報文格式、呼叫和應(yīng)答方式。從Lon Works總線形式變換為RS232串口接線形式，通過MODEM和電話通信網(wǎng)傳向具有電話通信功能的遠方另一端，因此該主站微機系統(tǒng)具有錄播數(shù)據(jù)遠方通信功能。工程師站有兩個網(wǎng)卡，分別監(jiān)控總線和錄波總線。主站1主管系統(tǒng)監(jiān)控，它有一個監(jiān)控總線網(wǎng)卡與Lon Works1（監(jiān)控總線）和Lon Works2（錄波總線）監(jiān)控總線鏈接，還通過RS232接口連接人機界面的PC機，用做后臺監(jiān)控。由圖可知，它只分為兩層：變電站層和間隔層，Lon Works網(wǎng)絡(luò)取消了通信管理層。采用Lon Works網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)如圖8所示。 現(xiàn)場總線的應(yīng)用（1）Lon Works總線的通信網(wǎng)絡(luò)Lon Works技術(shù)為設(shè)計和實現(xiàn)可互操作的通信網(wǎng)絡(luò)提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑。這種分布式網(wǎng)絡(luò)可接收從各個終端發(fā)出的語言、圖形、圖像和數(shù)據(jù)信息，形成綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。從圖中可以看出：凡是用同軸電纜互連的各站都能收到主機HOST發(fā)出的報文分組，但只有要求接受的那一終端才能接受。它的特點是：信道帶寬較寬；傳輸速率可達10Mbit/s，誤碼率很低（一般為10~10Mbit/s）；具有高度的擴充靈活性和互聯(lián)性；建設(shè)成本低，見效快。以太網(wǎng)采用總線形拓撲結(jié)構(gòu)。連接在電纜上的設(shè)備爭用總線，沖突采用CSMA/CD協(xié)議控制。CSMA/CD方法用來解決多節(jié)點如何共享公用總線的問題。（2）常用的局域網(wǎng)——以太網(wǎng)目前，應(yīng)用最廣的一類局域網(wǎng)是總線型局域網(wǎng)，即以太網(wǎng)。在該系統(tǒng)中，各計算機即能獨立工作，又能交換數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)通信。應(yīng)用層采用TCP/IP協(xié)議。可考慮Ethernet網(wǎng)或Profibus網(wǎng)。因此Lon Works網(wǎng)可作為一般中型110KV樞紐變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)。CAN網(wǎng)開銷小，一幀8位字節(jié)的傳輸格式使其服務(wù)受到一定限制。 110kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線網(wǎng)將網(wǎng)上所有節(jié)點連接在一起，可以方便的增減節(jié)點；具有點對點、一點對多點和全網(wǎng)廣播傳送數(shù)據(jù)的功能；常用的有Lon Works網(wǎng)、CAN網(wǎng)。RS422和RS485串口傳輸速率指標是不錯的，在1000m內(nèi)傳輸速率可達100Kb/s，短距離速率可達10Mb/s，RS422串口為全雙工；RS485串口為半雙工，媒介訪問方式為主從問答式，屬總線結(jié)構(gòu)。第4章 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇通信網(wǎng)絡(luò)作為實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部各種IED，以及與其他系統(tǒng)之間的實時信息交換的功能載體，它是連接站內(nèi)各種IED的紐帶，必須能支持各種通信接口，滿足通信網(wǎng)絡(luò)標準化。 變電站綜合自動化系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用總線形網(wǎng)。其結(jié)構(gòu)簡單、擴建方便；一個節(jié)點損壞，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)工作。它的傳輸方向是從發(fā)送點向兩端擴散傳送，是一種廣播式結(jié)構(gòu)。 總線形網(wǎng)總線形網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖6（b）所示，通過總線把各個節(jié)點連接起來，從而形成一個共享信道。星形網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)容易且易于管理的特點。它以中央節(jié)點為中心，一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，必須向中央節(jié)點發(fā)送請求，一旦建立連接，這兩個節(jié)點之間就是一條專用連接線路，信息傳輸通過中央節(jié)點的存儲 — 轉(zhuǎn)接來完成。因此，PCM終端機實際上是光纖通信系統(tǒng)與RTU或計算機的外部接口。遠方的光接收機，也稱光端機裝有檢測器（一般是半導(dǎo)體雪崩二極管APD或發(fā)光二極管PIN）把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)放大和整形處理后，再送至PCM接收端機還原成發(fā)送端信號。發(fā)送端的電端機對來自信源的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將各種低速率數(shù)字信號復(fù)接成一個高速率的電信號進入光端機的發(fā)送端。如圖所示，光纖通道示意圖。目前，光纖通信系統(tǒng)采用簡單的直接檢波系統(tǒng)，即在發(fā)送端直接把信號調(diào)制在光波上（將信號的變化變?yōu)楣忸l強度的變化），通過光纖傳送到接收端。其特點如下：①具有很好的抗電磁干擾能力；②傳輸頻帶寬、容量大、功能價格比較高；③安裝維護簡單；④線徑細、質(zhì)量輕、抗化學(xué)腐蝕；⑤損耗小、中繼距離遠；⑥保密性強、無串話干擾；⑦節(jié)約有色金屬和原材料。 光纖通道光纖通信就是以光波為載體、以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，將信號從一處傳輸?shù)搅硪惶幍囊环N通信手段。 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號，在兩個或多個地面站之間進行通信。因此，遠距離微波通信需要多個中繼站的中繼才能完成。由于地球是一球體，所以微波的直線傳輸距離受到限制，需經(jīng)過中繼方式完成距離的傳輸。 微波中繼通信微波中繼通信簡稱微波信道。遠動數(shù)據(jù)采用數(shù)字脈沖信號，~，~，再經(jīng)調(diào)制放大耦合到高壓輸電線路上。 電力線載波通信通道采用電力線載波方式實現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)話音和數(shù)據(jù)通信是最早采用的一種通信方式。其特點是線路敷設(shè)簡單，線路損耗大，易受干擾，主要用于近距離的變電站之間或變電站與調(diào)度或監(jiān)控中心的遠動通信。明線、電纜、電力線載波和光纖通道等都屬于有線信道，而短波、散射、微波中繼和衛(wèi)星通信等都屬于無線信道。 數(shù)據(jù)遠傳信息通道變電站遠動通信的通道類型較多。因此適合于遠距離的傳輸，數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)木嚯x可達數(shù)千公里。顯而易見，串行通信數(shù)據(jù)的各不同位，可以分時使用同一傳輸線，故串行通信最大的優(yōu)點是可以節(jié)約傳輸線，特別是當(dāng)位數(shù)很多和遠距離傳送時。早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)，由于受當(dāng)時通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等具體條件的限制，變電站內(nèi)部通信大多采用并行通行，在綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，多為集中組屏式。并行傳輸速度快，但是在并行傳輸數(shù)據(jù)線外，往往還需要一組狀態(tài)信號線和控制信號線，數(shù)據(jù)線的根數(shù)等于并行傳輸信號的位數(shù)。 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式 并行數(shù)據(jù)通信并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送。一條是常規(guī)的電力線載波通道，另一條是數(shù)字微波通信或光纖通信信道。②具有與系統(tǒng)通信的功能。主要擴展了對保護系統(tǒng)及其他智能系統(tǒng)的遠東功能。常規(guī)變電站遠動RTU功能包括遙測、遙信、遙調(diào)、遙控的四遙功能。具體如下：①小電流接地系統(tǒng)接地選線裝置的通信內(nèi)容，母線和接地線路，母線TV諧振信息接地時間，諧振時間，開口三角形電壓值等；②備用電源自投裝置的通信功能，與微機保護通信功能相似；③電壓和無功調(diào)節(jié)控制通信功能，除具有與微機保護相類似的通信功能外，電壓和無功調(diào)節(jié)控制還必須具有接收調(diào)度控制命令的功能。具體內(nèi)容包括：接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢；向監(jiān)控系統(tǒng)傳送事件報告；向監(jiān)控系統(tǒng)傳送自檢報告；校對時鐘，與監(jiān)控系統(tǒng)對時，修改時鐘；修改保護定值；接受調(diào)度或監(jiān)控系統(tǒng)值班人員投退保護命令；保護信號的遠方復(fù)歸；實時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送保護主要狀態(tài)。這些信息是變電站和控制中心共有的，不必專門為送控制中心而單獨采集。 綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容綜合自動化系統(tǒng)前置機或通信控制機具有執(zhí)行遠動功能，會把變電站內(nèi)相關(guān)信息傳送控制中心，同時能接受上級調(diào)度數(shù)據(jù)和控制命令。微機保護與自動裝置的整定值等。斷路器和隔離開關(guān)的分、合閘命令，主變壓器分接開關(guān)位置的調(diào)節(jié)，自動裝置的投入與退出等。正常及事故情況下的測量值和計算值，斷路器、隔離開關(guān)，主變壓器分接開關(guān)位置、各間隔層運行狀態(tài)、保護動作信息等。同時，不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有主后備繼電保護工作狀態(tài)、相關(guān)保護動作閉鎖、電壓無功綜合控制裝置等信息。（2）間隔層的信息交換在一個間隔層內(nèi)部相關(guān)的功能模塊間，即繼