摘要：文章從通信模式方面闡述了IEC 61850 通信標(biāo)準(zhǔn)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)規(guī)約中定義的站內(nèi)設(shè)備之間及變電站與控制中心之間的通信方法進(jìn)行了歸納，為IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：變電站自動(dòng)化系統(tǒng),IEC 61850,通信模式

　　引言

　　隨著現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，實(shí)時(shí)信息傳送量成倍整多，對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和廠站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信提出了更高的要求。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化，是實(shí)現(xiàn)可靠快速通信的保證。

　　目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信規(guī)約的情況是：一個(gè)普通的變電站使用的產(chǎn)品可能是南瑞、東方電子、許繼、四方、ABB、GE;采用的規(guī)約可能是CDT、60870-5-101、102、103、104、Tase2。幾乎每個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)商都具有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)電網(wǎng)里運(yùn)行的規(guī)約就可能達(dá)到上百種。不同廠家的設(shè)備不能兼容，需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，增加了工程和培訓(xùn)費(fèi)用，影響了電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的發(fā)展[1]。

　　IEC61850(變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口(ACSI)，并支持TCP/IP 協(xié)議，是一個(gè)開(kāi)放的、面向未來(lái)的新一代變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信協(xié)議。它為在各種自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部準(zhǔn)確、快速地收集、處理、傳送從發(fā)電廠、變電站到最終用戶(hù)接口的各種實(shí)時(shí)信息，提供了一種解決方案。

　　1. IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)概述

　　IEC61850 將變電站通信體系分為3 層，如圖1 所示：變電站層，間隔層和過(guò)程層。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口(ACSI) 映射到制造報(bào)文規(guī)范(MMS)和基于以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)的TCP/IP 協(xié)議。在間隔層和過(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用多點(diǎn)傳輸?shù)膯蜗騻鬏斠蕴W(wǎng)結(jié)構(gòu)。所有站內(nèi)具有通信能力的自動(dòng)化設(shè)備均被看做IED。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中，變電站內(nèi)的IED(實(shí)現(xiàn)測(cè)控，保護(hù)等功能)采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。

　　IEC 61850 通信協(xié)議對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模，IEC 61850 提供了80 多種邏輯節(jié)點(diǎn)名代碼和350 多種數(shù)據(jù)對(duì)象代碼，23 個(gè)公共數(shù)據(jù)類(lèi)(CDC)，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。采用面向?qū)ο笞晕颐枋龇椒ā２捎锚?dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口(ACSI)，并支持TCP/IP 協(xié)議，是一個(gè)開(kāi)放的，面向未來(lái)的新一代變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信協(xié)議[2]。

　　2.基于IEC61850 的變電站通信模式

　　變電站內(nèi)各IED 通過(guò)局域網(wǎng)互連在一起。根據(jù)IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)，他們之間的通信可以劃分為兩組：采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，用于交換控制信息或讀取數(shù)據(jù);采用組播/單播模式通信，實(shí)現(xiàn)保護(hù)IED 之間，或一個(gè)IED 與多個(gè)遠(yuǎn)方IED 之間高速、穩(wěn)定的通信。

　　客戶(hù)/服務(wù)器模式，客戶(hù)提出服務(wù)請(qǐng)求，從執(zhí)行該服務(wù)的服務(wù)器收到確認(rèn)或響應(yīng)。客戶(hù)也可以收到來(lái)自服務(wù)器的報(bào)告指示(Report indications)。每個(gè)IED 既可作為客戶(hù)，又可作為服務(wù)器，如圖2 所示。

　　組播(Multicast)/單播(Unicast)模式是利用GSE ( 通用變電站事件) 服務(wù)或采樣值(Sampled Measured Value)傳輸服務(wù)以1：1 或1：N 的模式通信。GSE 服務(wù)包括GOOSE(面向?qū)ο蟮耐ㄓ米冸娬臼录?和GSSE(通用變電站狀態(tài)事件)。采樣值傳輸服務(wù)以周期的方式高速傳輸采樣值。

　　上述兩組通信模式均采用與網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的抽象通信服務(wù)接口(ACSI)，它獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議，和采用的網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，可以通過(guò)特殊通信服務(wù)映射( specific communication service mapping)的方法映射到不同的通信協(xié)議和通信網(wǎng)絡(luò)，靈活性很高。電力系統(tǒng)生產(chǎn)復(fù)雜，信息傳輸和響應(yīng)時(shí)間要求不同，在變電站的過(guò)程內(nèi)可能采用不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新速度很快，采用抽象通信服務(wù)接口就很容易適應(yīng)這種變化，只要改變相應(yīng)的特定通信服務(wù)映射(SCSM)即可。如圖3 中應(yīng)用過(guò)程和抽象通信服務(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SCSM1~SCSMn 相對(duì)應(yīng)[2]。

　　理論上可以將ACSI 映射到任何規(guī)約，但是如果試圖將其映射到一個(gè)只提供對(duì)簡(jiǎn)單變量讀，寫(xiě)，報(bào)表服務(wù)的規(guī)約，將是一項(xiàng)非常復(fù)雜和繁重的工作。IEC 61850 中定義了ACSI 到MMS(制造報(bào)文規(guī)范)的映射。MMS 是由ISO TC184 開(kāi)發(fā)和維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計(jì)算機(jī)或IED 之間交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和監(jiān)控信息的一套獨(dú)立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文規(guī)范，也是目前唯一可以很方便的支IEC61850的復(fù)雜的命名和服務(wù)的協(xié)議。信息模型和ACSI服務(wù)被映射到MMS 中，然后根據(jù)采用的網(wǎng)絡(luò)添加上相應(yīng)的低層協(xié)議的控制和地址信息，如TCP頭信息和IP 頭信息。接收?qǐng)?bào)文的IED 能夠根據(jù)標(biāo)志，長(zhǎng)度，名稱(chēng)和其他數(shù)據(jù)解釋所收到的信息。當(dāng)然這一解釋需要通信雙方采用相同的通信棧或協(xié)議子集。

　　控制中心與變電站之間可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)相連實(shí)現(xiàn)通信。可通過(guò)以下幾種可選方式訪(fǎng)問(wèn)變電站數(shù)據(jù)：⑴由網(wǎng)關(guān)/代理提供對(duì)變電站內(nèi)物理設(shè)備的直接訪(fǎng)問(wèn);⑵在網(wǎng)關(guān)/代理內(nèi)定義的邏輯設(shè)備中設(shè)定數(shù)據(jù)集收集控制中心所需數(shù)據(jù);⑶定義新的邏輯節(jié)點(diǎn)類(lèi)和數(shù)據(jù)類(lèi)用于網(wǎng)關(guān)/代理內(nèi)，為控制中心提供變電站數(shù)據(jù)的鏡像。三種方式各有利弊。從維護(hù)角度看，方式⑴最為有利。方式⑵，⑶相比，方式⑶中，由于將網(wǎng)關(guān)/代理和變電站內(nèi)其他設(shè)備同等對(duì)待，采用相同的建模的概念和方法，從建模角度看，方式⑶更為有利。采用后兩種方法，可以根據(jù)控制中心的需要，對(duì)變電站數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，訪(fǎng)問(wèn)更加靈活。而控制中心和網(wǎng)關(guān)/代理及變電站物理設(shè)備之間的通信的具體實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)各IED 之間通信采用相同的方法，采用ACSI 映射至具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

　　3. 結(jié)語(yǔ)

　　IEC 61850 是國(guó)際上關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的第一個(gè)完整的通信標(biāo)準(zhǔn)體系。是今后電力系統(tǒng)無(wú)縫通信體系的基礎(chǔ)。本文重點(diǎn)從設(shè)備建模和通信模式兩個(gè)方面闡述了IEC 61850 在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。舉例說(shuō)明了IEC61850 中定義的建模方法與實(shí)際設(shè)備及功能如何對(duì)應(yīng)，并對(duì)規(guī)約中定義的站內(nèi)設(shè)備之間及變電站與控制中心之間的通信方法進(jìn)行了歸納。IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 茹鋒，夏成軍，許揚(yáng).IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討.江蘇電機(jī)工程，Vol. 23(3)，2004：8-12

　　[2] 高湛軍，潘貞存，卞鵬，黃德斌，唐毅.基于IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)通信模型.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，Vol。27(18)，2003: 43-46