IEC61850規(guī)約簡(jiǎn)述

吳子莉　郭煒

摘要 ：IEC61850是智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語(yǔ)言。它指導(dǎo)了變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、工程、維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。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，增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

關(guān)鍵詞 ：智能變電站；IEC61850規(guī)約

IEC61850規(guī)約是全世界唯一的變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，也將成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動(dòng)化無(wú)縫連接自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，本文將對(duì)IEC61850規(guī)約進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1.IEC61850系列變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)概述

伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化二次設(shè)備的數(shù)據(jù)來(lái)源發(fā)生變化，正逐步的從傳統(tǒng)的模擬信號(hào)階段走向現(xiàn)代的數(shù)字信號(hào)階段，智能變電站應(yīng)運(yùn)而生。智能變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，智能變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過(guò)程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅鳌⒅悄芑淮卧O(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。

2.IEC61850裝置模型及配置方式

2.1 模型（model）的概念

模型是現(xiàn)實(shí)事物的某些代表性特點(diǎn)的表示，可以是物理實(shí)體，也可以是某種圖形或者是一種數(shù)學(xué)表達(dá)式。創(chuàng)建模型的目的是幫助我們?nèi)ダ斫?、描述、探索特定?shí)體或現(xiàn)象的簡(jiǎn)單表示，預(yù)測(cè)實(shí)際世界發(fā)生的事情。用這種方法處理問(wèn)題，可以大大減少實(shí)驗(yàn)工作量，還有助于了解過(guò)程的實(shí)質(zhì)。例如，IEC61850-7-x定義的模型著眼于變電站數(shù)據(jù)通信特征和功能來(lái)建模。所建模型為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提供了類似的環(huán)境鏡像（電力系統(tǒng)過(guò)程、開(kāi)關(guān)場(chǎng)）。

依據(jù)建模方法，可將現(xiàn)實(shí)世界重變電站的三相分相斷路器虛擬化為一個(gè)虛擬環(huán)境中的邏輯節(jié)點(diǎn)XCBR，將實(shí)際斷路器的位置、動(dòng)作次數(shù)等信息虛擬化為邏輯節(jié)點(diǎn)下的數(shù)據(jù)Pos、OpCnt，這樣就實(shí)現(xiàn)了真實(shí)世界中的事物到虛擬環(huán)境的虛擬化，事物的屬性也映射到了虛擬的模型環(huán)境中，在這個(gè)虛擬的環(huán)境中，我們就可以研究分析現(xiàn)實(shí)事物的原理、行為等，例如可以獲得斷路器的分合狀態(tài)以及斷路器的動(dòng)作次數(shù)等信息，依據(jù)所獲得的這些信息，進(jìn)一步又可以研究是否需要分合斷路器、或者是判斷斷路器是否需要檢修。

將現(xiàn)實(shí)變電站中的相關(guān)的事物及屬性、方法逐一虛擬到模型文件中，即完成了設(shè)備的建模。例如實(shí)際的斷路器可虛擬為一個(gè)LN（XCBR），該LN包含位置信息（Pos）、動(dòng)作次數(shù)（OpCnt）等數(shù)據(jù)；另外電壓互感器可虛擬為T(mén)VTR邏輯節(jié)點(diǎn)，電流互感器虛擬為T(mén)CTR邏輯節(jié)點(diǎn)，刀閘地刀虛擬為XSWI邏輯節(jié)點(diǎn)，以此類推，現(xiàn)實(shí)中的各種實(shí)物都可虛擬到不同功能的LN中。

2.2 ICD模型文件

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，存在著功能各異、數(shù)量不一的智能設(shè)備，為了能較好的了解各智能設(shè)備的行為、互操作性，工程實(shí)施采用了面向?qū)ο蟮姆椒?，通過(guò)可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML，創(chuàng)建一個(gè)可全面描述IED功能的文件，這個(gè)文件稱為智能設(shè)備的配置描述（IED Configuration Description），簡(jiǎn)稱ICD。ICD文件僅經(jīng)過(guò)IED配置工具的配置，未經(jīng)過(guò)變電站系統(tǒng)配置工具的配置，只是對(duì)現(xiàn)實(shí)智能設(shè)備的功能的一個(gè)全面描述。

2.3 CID文件

一個(gè)置于變電站通訊網(wǎng)中的智能設(shè)備，除了本身可獨(dú)立運(yùn)行外，還需要與其他智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以完成自身的某些功能，或者輸出數(shù)據(jù)供其他智能設(shè)備使用，那該智能設(shè)備如何才能知道與其他智能設(shè)備交換些什么數(shù)據(jù)，我們可以通過(guò)變電站配置描述語(yǔ)言（Substation Configuration description Language）工具對(duì)裝置ICD模型文件予以配置，主要包括MMS、GOOSE、SMV部分，告知智能設(shè)備需要與外界交換那些信息，那么這個(gè)經(jīng)過(guò)SCL工具配置過(guò)的文件稱之為經(jīng)過(guò)配置的智能設(shè)備描述（Configured IED Description）文件，簡(jiǎn)稱CID文件，它是對(duì)ICD文件的一個(gè)擴(kuò)充，不僅包含IED的功能描述，同時(shí)還包含了數(shù)據(jù)交換信息、報(bào)文控制信息等。

3.MMS 服務(wù)

3.1 MMS介紹

MMS（Manufactoring Message Specification）即制造報(bào)文規(guī)范，是ISO/IEC9506 標(biāo)準(zhǔn)所定義的一套用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。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。它獨(dú)立于應(yīng)用和設(shè)備的開(kāi)發(fā)者。MMS特點(diǎn)介紹如下：

（1） 定義了交換報(bào)文的格式；結(jié)構(gòu)化層次化的數(shù)據(jù)表示方法；可以表示任意復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；ASN.1編碼可以適用于任意計(jì)算機(jī)環(huán)境；（2） 定義了針對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的服務(wù)和行為；（3） 為用戶提供了一個(gè)獨(dú)立于所完成功能的通用通信環(huán)境。

3.2 MMS 功能

（1）信號(hào)上送

開(kāi)入、事件、報(bào)警等信號(hào)類數(shù)據(jù)的上送功能通過(guò)BRCB（有緩沖報(bào)告控制塊）來(lái)實(shí)現(xiàn)，映射到MMS的讀寫(xiě)和報(bào)告服務(wù)。通過(guò)有緩沖報(bào)告控制塊，可以實(shí)現(xiàn)遙信和開(kāi)入的變化上送、周期上送、總召、事件緩存。由于采用了多可視的實(shí)現(xiàn)方案，事件可以同時(shí)送到多個(gè)后臺(tái)。brcbRp是帶緩存的報(bào)告控制塊，而urcbRp 是不帶緩存的報(bào)告控制塊。一般遙信類信號(hào)緩存，保護(hù)模擬量不緩存。

（2）測(cè)量上送

遙測(cè)、保護(hù)測(cè)量類數(shù)據(jù)的上送功能通過(guò)URCB（無(wú)緩沖報(bào)告控制塊）來(lái)實(shí)現(xiàn)，映射到MMS的讀寫(xiě)和報(bào)告服務(wù)。通過(guò)無(wú)緩沖報(bào)告控制塊，可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)的變化上送（比較死區(qū)和零漂）、周期上送、總召。由于采用了多可視的實(shí)現(xiàn)方案，使得事件可以同時(shí)送到多個(gè)后臺(tái)。

（3）控制

遙控、遙調(diào)等控制功能通過(guò)IEC61850的控制相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，映射到MMS的讀寫(xiě)和報(bào)告服務(wù)。IEC61850提供多種控制類型，南瑞繼保PCS系列裝置實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型SBOw功能和直控功能，支持檢同期、檢無(wú)壓、閉鎖邏輯檢查等功能。

（4） 故障報(bào)告

故障報(bào)告功能通過(guò)RDRE邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，映射到MMS的報(bào)告和文件操作服務(wù)。錄波文件產(chǎn)生時(shí)，RDRE下的RcdMade和FltNum通過(guò)報(bào)告上送到后臺(tái)；后臺(tái)以如下方式召喚故障報(bào)告，其過(guò)程如下：

首先裝置給客戶端上送故障報(bào)告， 客戶端會(huì)對(duì)裝置下發(fā)查詢波形列表文件，注意這時(shí)候有的廠家的裝置目錄有點(diǎn)不一致的，需要確認(rèn)，比如南自的是“/comtrate/”，PCS 裝置是“/comtrade”和“comtrade/”都可以認(rèn)別。裝置會(huì)將波形的所有列表送給客戶端，客戶端進(jìn)行打開(kāi)文件列表請(qǐng)求，裝置對(duì)客戶端打開(kāi)文件列表回應(yīng)，客戶端進(jìn)行讀取文件請(qǐng)求，裝置對(duì)客戶端讀取文件回應(yīng)，文件讀取后，客戶端要關(guān)閉文件請(qǐng)求，文件讀取后，裝置對(duì)關(guān)閉文件請(qǐng)求回應(yīng)。

4.結(jié)論

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是新一代的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議，適應(yīng)分層的智能電子裝置和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，該協(xié)議根據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，制定了滿足實(shí)時(shí)信息傳輸要求的服務(wù)模型；采用抽象通信服務(wù)接口、特定通信服務(wù)映射，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展；采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，面向設(shè)備建模和自我描述，以適應(yīng)功能擴(kuò)展，滿足了應(yīng)用開(kāi)放互操作的要求；采用配置語(yǔ)言，配備配置工具，在信息源定義了了數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性；定義和傳輸元數(shù)據(jù)，擴(kuò)充了數(shù)據(jù)和設(shè)備管理功能。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為是全世界唯一的變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，也將成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動(dòng)化無(wú)縫連接的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)， IEC61850體系使變電站信息建模標(biāo)準(zhǔn)化成為可能，信息共享具備了可實(shí)施的基礎(chǔ)前提，為電力系統(tǒng)自動(dòng)化產(chǎn)品的“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一模型、互聯(lián)開(kāi)放”的格局奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何磊.IEC61850應(yīng)用入門(mén)。北京：中國(guó)電力出版社。2012.183

[2]付海明。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的研究及通信網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.華北電力大學(xué)碩士論文，2007.