變電站傳統(tǒng)規(guī)約裝置與61850站控層無(wú)縫通信解決方案

戴曉輝 劉平香

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏 銀川 750001）

0 引言

隨著智能技術(shù)進(jìn)一步實(shí)用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，智能變電站的信息采集、傳輸和處理技術(shù)更加規(guī)范，為了有效支撐了“調(diào)控一體、運(yùn)維一體”，需要對(duì)常規(guī)變電站進(jìn)行綜自改造和對(duì)老綜自站進(jìn)行升級(jí)改造。根據(jù)國(guó)家智能電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，到2015年，新建智能變電站達(dá)5182座左右，需要改造64座500千伏、18座330千伏、320座220千伏、630座110（66）千伏變電站。綜自變電站的升級(jí)改造成智能站，主要改造站控層和間隔層的測(cè)控單元，在站控層采用IEC 61850規(guī)約，間隔層采用常規(guī)規(guī)約的保護(hù)裝置、直流系統(tǒng)、五防系統(tǒng)等在接入站控層前，必須進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。

目前常規(guī)規(guī)約呈現(xiàn)“百花齊放”的局面。不同的廠家不同的裝置通信規(guī)約不相同，南瑞、東方電子、許繼、四方、ABB、GE、60870-5-103…，幾乎每個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)商都具有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)。目前廣泛應(yīng)用的變電站通信協(xié)議主要是IEC 60870-5-103（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為103規(guī)約），因此如何從該協(xié)議逐步過(guò)渡到IEC 61850是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的課題。

1 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是由國(guó)際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)制定的。IEC 61850將變電站通信體系分為3層:變電站層、間隔層、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)接口映射到制造報(bào)文規(guī)范(MMS)、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED,測(cè)控單元和繼電保護(hù))均采用統(tǒng)一的協(xié)議,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。相比較傳統(tǒng)規(guī)約，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）面向?qū)ο蠼＃?/p>

（2）抽象通信服務(wù)接口；

（3）面向?qū)崟r(shí)的服務(wù)；

（4）配置語(yǔ)言；

（5）整個(gè)電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大多數(shù)公共實(shí)際設(shè)備和設(shè)備組件的模型有詳細(xì)的規(guī)定。這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識(shí)符、行為和控制。自我描述能顯著降低數(shù)據(jù)管理費(fèi)用、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)維護(hù)、減少由于配置錯(cuò)誤而引起的系統(tǒng)停用的時(shí)間。

2 IEC 61850和原有的通信協(xié)議之間的差異

103規(guī)約是繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定出來(lái)之后，在變電站內(nèi)部的繼電保護(hù)設(shè)備（或者間隔單元）與控制系統(tǒng)之間的信息交換主要采用103規(guī)約。IEC 61850和原有的標(biāo)準(zhǔn)（主要指103規(guī)約）之間存在許多差異，較重要的是以下幾個(gè)方面：

2.1 體系結(jié)構(gòu)不同

IEC 61850為SA應(yīng)用定義了ACSI（抽象通信服務(wù)接口），然后將該接口映射到特定應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)（SCSM：特定通信服務(wù)映射），從而將SA應(yīng)用與具體通信方式加以隔離，可以適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展變化，而不影響到變電站自動(dòng)化應(yīng)用。目前IEC 61850以通信協(xié)議制造業(yè)報(bào)文規(guī)范（MMS）作為應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，但并不排除制訂新的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，而SA應(yīng)用可以保持不變。

103規(guī)約雖然可采用光纖傳輸，但也考慮了傳統(tǒng)的串行通信技術(shù)（如EIA RS-485），為保證快速的通信響應(yīng)時(shí)間采用了EPA（增強(qiáng)性能結(jié)構(gòu)），即采用在數(shù)據(jù)鏈路層之上直接建立應(yīng)用的方式。

2.2 建模方法不同

IEC 61850采用了面向變電站對(duì)象建模的方法，對(duì)變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、功能和數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并用統(tǒng)一建模語(yǔ)言XML進(jìn)行了描述。所建立的模型主要有變電站模型、IED產(chǎn)品模型、通信系統(tǒng)模型及相關(guān)的建模冗余。其中，IED產(chǎn)品的建模又逐級(jí)分解為IED—訪問(wèn)點(diǎn)—服務(wù)器—邏輯裝置—邏輯節(jié)點(diǎn)—數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)屬性。

IEC 60870系列標(biāo)準(zhǔn)是遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ脴?biāo)準(zhǔn)，適用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化各種應(yīng)用，不是專(zhuān)門(mén)為變電站制訂的。103規(guī)約協(xié)議是該系列標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)變電站的特定信息的伴隨標(biāo)準(zhǔn)，因此并未對(duì)變電站的對(duì)象和功能詳細(xì)建模，主要針對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備（或間隔單元）應(yīng)傳輸?shù)男畔⒍x了接口規(guī)范。

2.3 內(nèi)容涵蓋范圍不同

IEC 61850是包括了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的有關(guān)系統(tǒng)需求、系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì)、配置描述、工程和管理等整個(gè)系統(tǒng)生命周期要求的完整標(biāo)準(zhǔn)。而IEC 60870不是專(zhuān)門(mén)針對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的，內(nèi)容遠(yuǎn)沒(méi)有IEC 61850全面，103規(guī)約主要是一種信息接口標(biāo)準(zhǔn)。

3 IEC 60870-5-103到IEC 61850的轉(zhuǎn)換示例

接下來(lái)主要討論通過(guò)中間網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)103規(guī)約過(guò)渡到IEC61850。實(shí)現(xiàn)過(guò)渡的網(wǎng)關(guān)代理應(yīng)該包括以下內(nèi)容：

根據(jù)IEC61850-7-2，將103規(guī)約中定義的服務(wù)對(duì)應(yīng)到IEC 61850-7-2中定義的ACSI。

根據(jù)IEC 61850-7-3和IEC 61850-7-4，將103規(guī)約中定義的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元中的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)為邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)對(duì)象。

103規(guī)約定義了兩種信息交換方法：一是基于嚴(yán)格規(guī)定的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）和標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)文傳輸應(yīng)用過(guò)程；另一種方法是采用通用分類(lèi)服務(wù)，可以傳輸幾乎所有可能的信息。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 667-1999中，明確定義了繼電保護(hù)信息的交換必須盡可能采用基于嚴(yán)格規(guī)定的應(yīng)用服務(wù)，如果不能完全滿(mǎn)足要求，應(yīng)采用通用分類(lèi)服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以雖然各個(gè)IED生產(chǎn)廠商都采用103規(guī)約，但對(duì)某些具體應(yīng)用各有不同處理方式。由于兩種標(biāo)準(zhǔn)差異很大，且103規(guī)約的實(shí)現(xiàn)差異也很大，103規(guī)約到IEC 61850的轉(zhuǎn)換無(wú)法做到只用一個(gè)模式，除了針對(duì)共同的部分給出一個(gè)對(duì)應(yīng)規(guī)范，其它部分則需要具體的問(wèn)題具體分析。

103規(guī)約中，控制系統(tǒng)對(duì)保護(hù)信息的需求主要集中在保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作信息、定值、保護(hù)測(cè)量值、遙信、遙測(cè)、遙控、擾動(dòng)數(shù)據(jù)等上，也就是說(shuō)控制系統(tǒng)對(duì)保護(hù)設(shè)備的訪問(wèn)基本上是以數(shù)據(jù)和控制操作為基礎(chǔ)的，而這些服務(wù)對(duì)應(yīng)于IEC 61850-7-2的ACSI則可以對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)類(lèi)模型、數(shù)據(jù)集模型、控制模型以及文件傳輸?shù)男畔⒛Ｐ汀?/p>

在繼電保護(hù)中，保護(hù)設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)就是數(shù)據(jù)的采集和邏輯判斷，因此，在實(shí)際中，可以把一個(gè)保護(hù)設(shè)備建模成一個(gè)邏輯設(shè)備。在每一個(gè)邏輯設(shè)備中都有兩個(gè)基本的邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0和LPHD，在每一個(gè)邏輯設(shè)備中它們都是唯一的。在IEC 61850中，保護(hù)和保護(hù)相關(guān)功能是建模在各個(gè)相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)中的，因此可以分為以下幾個(gè)方面來(lái)建模：

（1）距離保護(hù)：采用距離保護(hù)節(jié)點(diǎn)PDIS來(lái)建模；

（2）過(guò)流保護(hù)：采用瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)節(jié)點(diǎn)PIOC和定時(shí)過(guò)電流保護(hù)節(jié)點(diǎn)PTOC來(lái)建模；

（3）變壓器差動(dòng)保護(hù)和線路差動(dòng)保護(hù)：采用差動(dòng)保護(hù)節(jié)點(diǎn)PDIF來(lái)建模；

（4）遙測(cè)：在103規(guī)約的一個(gè)ASDU中，保護(hù)設(shè)備上傳的遙測(cè)量可以有多個(gè)模擬值，對(duì)應(yīng)于IEC 61850中的MMXU邏輯節(jié)點(diǎn)或者GGIO邏輯節(jié)點(diǎn)；

（5）遙信：遙信（狀態(tài)量）采用通用I/O節(jié)點(diǎn)GGIO來(lái)建模；

（6）遙控：在103規(guī)約中，遙控的功能是由斷路器控制命令來(lái)完成的，對(duì)應(yīng)于IEC 61850中定義的開(kāi)關(guān)控制CSWI邏輯節(jié)點(diǎn)來(lái)建模；

（7）擾動(dòng)數(shù)據(jù)：在保護(hù)擾動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，擾動(dòng)數(shù)據(jù)包括擾動(dòng)值（模擬量）和二進(jìn)制值 （信號(hào)狀態(tài)）兩部分，對(duì)應(yīng)于IEC 61850中的RADR和RBDR兩個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，RADR邏輯節(jié)點(diǎn)建模模擬通道，而RBDR則建模二進(jìn)制通道。

4 結(jié)論

在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，將有很多采用傳統(tǒng)規(guī)約的IED與采用IEC 61850的IED在一個(gè)變電站監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)共存的情況，探討它們之間無(wú)縫鏈接是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)問(wèn)題。本文通過(guò)一種方案為解決該項(xiàng)工作提出了思路，但由于不同廠家對(duì)該協(xié)議的實(shí)現(xiàn)千差萬(wàn)別，無(wú)法保證一致性，在工作中還需要因地制宜，靈活使用各種方法，才能確保采用IEC 61850站控層設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]IEC 61850 Communication Networks and Systems in Substations[J].2004.

[2]IEC 60870-5-103遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5-103部分:傳輸規(guī)約——繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)[S].1998.

[3]任雁銘,秦立軍,楊奇遜.IEC 61850通信協(xié)議體系介紹和分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(8):62-64.

[4]廖澤友,蔡運(yùn)清.IEC 60870-5-103和 IEC 60870-5-104協(xié)議應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2003,27(4):66-68.

[5]朱炳銓,任雁銘,姜建寧,等.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IEC 61850的過(guò)渡期策略[J].

[6]付海明.IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的研究及通信網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)(北京),2007.