IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)分析研究

引言

　　IEC 61850 是國(guó)際電工委員會(huì)負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)控制及其通信的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的第57 技術(shù)委員會(huì)( IEC TC57)制定的關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， 目的是使變電站內(nèi)不同廠家的智能電子設(shè)備( IED) 之間通過一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互操作和信息共享，實(shí)現(xiàn) 一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　在制定IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的過程中， 美、德、荷蘭等國(guó)都建有示范工程， 而應(yīng)用IEC 61850 的數(shù)字化變電站技術(shù)是我國(guó)十一五重點(diǎn)研究課題， 目的在標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)品研發(fā)方面追趕國(guó)際先進(jìn)水平。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的正在我國(guó)電力系統(tǒng)普及發(fā)展， 而符合IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的開發(fā)， 需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的深刻理解與掌握， 本文對(duì)IEC61850 的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究與討論。

　　1 IEC 61850 的內(nèi)涵分析

　　1. 1 IEC61850 技術(shù)特點(diǎn)分析

　　IEC 61850 規(guī)約體系完善， 相對(duì)于基于報(bào)文結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)規(guī)約， 應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的IEC 61850 有明顯的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

　　( 1) 系統(tǒng)分層技術(shù): IEC 61850 明確了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu): 變電站層、間隔層和過程層以及各層之間的接口意義。將由一次設(shè)備組成的過程層納入統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中， 這是基于一次設(shè)備如傳感器、執(zhí)行器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

　　( 2) 面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù): 為了實(shí)現(xiàn)互操作性， IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)， 建立統(tǒng)一的設(shè)備和系統(tǒng)模型， 采用基于XML 的SCL 變電站設(shè)備通信配置語(yǔ)言來全面的描述設(shè)備和系統(tǒng)， 提出設(shè)備必須具有自描述功能。自描述、自診斷和即插即用的特性， 極大方便了系統(tǒng)的集成， 降低了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的工程費(fèi)用。

　　( 3) 抽象服務(wù)通信接口技術(shù): IEC 61850 為實(shí)現(xiàn)無縫的通信網(wǎng)絡(luò)， 提出抽象通信服務(wù)接口( ACSI) [ 4] ， 接口技術(shù)獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議， 與采用何種網(wǎng)絡(luò)無關(guān)， 可充分適應(yīng)TCP/ IP 以及現(xiàn)場(chǎng)總線等各類通信體系， 而且客戶只需改動(dòng)特定通信服務(wù)映射( SCSM) ， 即可完成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換， 從而適應(yīng)了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多樣的特點(diǎn)。

　　1. 2 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)內(nèi)涵

　　作為下一代變電站的無縫通信標(biāo)準(zhǔn)， IEC 61850 充分借鑒了變電站通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制等領(lǐng)域的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)[ 5] 。在IEC 61850 鮮明技術(shù)特點(diǎn)的背后， 是IEC61850 與以往變電站通信標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)性差別， 而理解IEC 61850 的本質(zhì)是應(yīng)用IEC 61850 的基礎(chǔ)。

　　IEC 61850 是變電站自動(dòng)化通信標(biāo)準(zhǔn)， 通信標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)雙方快速準(zhǔn)確的理解相互傳達(dá)與接收到的邏輯信息命令， 并正確執(zhí)行命令。由于各設(shè)備生產(chǎn)商生產(chǎn)的智能電子設(shè)備， 可能采用不同的芯片、不同的硬件架構(gòu)、不同的嵌入式系統(tǒng)， 它們組成了一個(gè)復(fù)雜的異構(gòu)環(huán)境系統(tǒng)， 所以變電站中設(shè)備之間的通信是一個(gè)復(fù)雜的分布式信息交互問題。變電站設(shè)備要實(shí)現(xiàn)互操作實(shí)際就是解決如何在異構(gòu)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的問題。

　　IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)制定的思路與以往IEC 60870 等標(biāo)準(zhǔn)在解決信息表達(dá)與傳輸問題方面相比上存在著根本的區(qū)別， 主要是借鑒了近些年來計(jì)算機(jī)解決異構(gòu)環(huán)境領(lǐng)域的常用的ASN. 1， XML 等技術(shù)來解決變電站中的信息交互問題， 因此IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)可以理解為是解決變電站中異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)交換問題的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案。

　　IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)充分綜合了ASN. 1 與XML 兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì)， 利用A SN. 1 的二進(jìn)制編碼信息傳輸效率優(yōu)勢(shì)， 用它作為主要的實(shí)時(shí)信息交互通信方式， 利用XML 直觀與帶自描述特性在XML 1. 0 版本的基礎(chǔ)上推出了變電站配置語(yǔ)言SCL， 用于描述變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與智能電子設(shè)備的能力及定義通信參數(shù)等。如圖1 所示。W2G 組織提出了要將MMS 映射到XML，采用XML 技術(shù)來代替MMS 協(xié)議中的ASN. 1 編碼，所以ASN. 1 與XML 兩者正在不斷的相互借鑒發(fā)展。

圖1  IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中的異構(gòu)信息集成技術(shù)

　　2 IEC 61850 中XML 配置的運(yùn)用

　　2. 1 基于XML 的變電站配置

　　變電站配置描述語(yǔ)言( SubSTat io n CONf igurat ionDescript. ion Lang uage， SCL) 是IEC 61850 規(guī)定的基于XML 1. 0， 利用其自描述特性主要用于智能電子裝置能力描述和變電站系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述的語(yǔ)言。IEC 61850..6 部分規(guī)范了SCL 語(yǔ)言規(guī)范了裝置所含有的邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集、報(bào)告控制塊、站內(nèi)連接方式、I P 地址等通信配置等。由于XML 技術(shù)已經(jīng)受到眾多軟件集成商如微軟、IBM， SU N 等的支持， 開發(fā)人員可以方便的處理XML 文檔， 對(duì)XML 的處理獨(dú)立于操作系統(tǒng)平臺(tái)、編程語(yǔ)言等等。因此采用SCL 語(yǔ)言描述以后使得變電站系統(tǒng)集成變得更為簡(jiǎn)單， 各廠商一致采用IEC 61850..6 與IEC 61850..7 對(duì)變電站的抽象模型框架提供的IED 就可以通過各自的IED 配置工具和系統(tǒng)配置工具通過對(duì)XML 文檔的解析、讀取數(shù)據(jù)， 進(jìn)行配置信息的交互。各廠商對(duì)配置文件實(shí)現(xiàn)解析與處理過程可能不同， 但采用了相同的變電站描述結(jié)構(gòu)和相同的參數(shù)， 最終就能相互理解， 這是IEC 61850 互操作性體現(xiàn)之一。

　　圖2 為一個(gè)變電站系統(tǒng)配置的最基本描述情況，SCL 至少有以下幾個(gè)元素， Header， Substat io n， Communicat ion， IED， DataT ypeT emplates。Header 元素定義了SCL 配置文件的修改歷史記錄版本號(hào)、修改的時(shí)間、修改的原因、何人最終修改等。

圖2系統(tǒng)配置文件的基本結(jié)構(gòu)圖。