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1、IEC61850通信协议电自1117 王鹏远 2011309030227IEC 61850标准是由国际电工委员会第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。作为基于网络通讯平台的变电站唯一的国际标准,IEC61850标准吸收了IEC60870系列标准和UCA的经验,同时吸收了很多先进的技术,对保护和控制等自动化产品和变电站自动化系统(SAS)的设计产生深刻的影响。它将不仅应用在变电站内,而且将运用于变电站与调度中心之间以及各级调度中心之间。国内外各大电力公司、研究机构都在积极调整产品研发方向,力图和新的国际标准接轨,以适应未来的发展方向一 IEC61850系列标准
2、的组成及特点IEC 61850系列标准共10大类、14个标准,对应电力行业标准编号DL/T860.1.IEC6l 850-1(DL/T860.1)基本原则。包括IEC61850标准的介绍和概貌。2.IEC61850-2(DL/T860.2)术语。搜集了整个61850系列标准所涉及术语解释。3.IEC61850-3 (DL/T860.3)一般要求。包括质量要求(可靠性、可维护性、系统可用性、轻便性、安全性),环境条件,辅助服务,其他标准和规范。4.IEC61850-4(DL/T860.4)系统和工程管理。包括工程要求(参数分类、工程工具、文件),系统使用周期(产品版本、工程交接、工程交接后的支持
3、),质量保证(责任、测试设备、典型测试、系统测试、工厂验收、现场验收)。5.IEC61850-5(DL/T860.5)功能和装置模型的通信要求。包括逻辑节点的途径(access of logical nodes),逻辑通信链路,通信信息片PICOM(Piece of Information for Communication)的概念,功能的定义。6.IEC61850-6(DL/T860.6)变电站自动化系统结构语言。包括装置和系统属性的形式语言描述7.IEC61850-7(DL/T860.7)变电站和馈线设备的基本通信结构一一原理和模式、抽象通信服务接口、公共数据级别和属性、兼容的逻辑节点和数
4、据对象DO寻址,共4个标准。包括抽象通信服务接口的描述,抽象通信服务的规范,服务数据库的模型;抽象公共数据库级别和属性的定义;逻辑节点的定义,数据对象及其逻辑寻址。8.IEC61850-8(DL/T860.8)特殊通信服务映射SCSM。该标准将ACSI映射到了MMS,适用于变电站和间隔层内以及变电站层和间隔层之间通信映射。9.IEC61850-9(DL/T860.9)特殊通信服务映射SCSM。间隔层和过程层内以及间隔层和过程层之间通信的映射,单向多路点对点串行链路上的采样值及映射到ISO/IEC 8802-3的采样值。10.IEC61850一10(DL/T860.10) 一致性测试。一致性测试
5、的目的是测试产品是否符合特定标准。二 IEC61850标准的特点1.定义了变电站的信息分层结构变电站通信网络和系统协议 IEC 61850 标准草案提出了变电站内信息分层的概念,将变电站的通信体系分为 3 个层次,即变电站层、间隔层和过程层,并且定义了层和层之间的通信接口。2.采用了面向对象的数据建模技术IEC 61850 标准采用面向对象的建模技术,定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个IED包含一个或多个服务器,每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点,逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言,IED 同时也扮演客户的角色。
6、任何一个客户可通过抽象通信服务接口(ACSI)和服务器通信可访问数据对象。3.数据自描述该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则;采用面向对象的方法,定义了对象之间的通信服务,比如,获取和设定对象值的通信服务,取得对象名列表的通信服务,获得数据对象值列表的服务等。面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述,传输到接收方的数据都带有自我说明,不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明,所以传输时可以不受预先定义限制,简化了对数据的管理和维护工作。4.网络独立性IEC 61850 标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务,设
7、计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口(ASCI)。在 IEC61850-7-2 中,建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务的模型,包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过 ACSI,由专用通信服务映射(SCSM)映射到所采用的具体协议栈,例如制造报文规范(MMS)等。IEC 61850 标准使用 ACSI和 SCSM技术,解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾,即当网络技术发展时只要改动 SCSM,而不需要修改 ACSI。三 IEC61850标准的优势1. 它对变电站内IED(智能电子设备)间的通信进行分类和分析,定义了变电站装置间和变
8、电站对外通信的10种类型,针对这10种通信需求进行分类和甄别。2. 针对不同的通信,不同的优化方式。引入GOOSE(面向通用对象的变电站事件)、SMV(采样测量值)和MMS(制造报文规范)等不同通信方式的通信方式,满足变电站内装置间的通信需求。3.建立装置的数字化模型,理顺功能、IED、LD(逻辑设备)、LN(逻辑节点)概念的关系和隶属。统一功能和装置实现直接的规范。4.建立统一的SCD(变电站系统配置描述文件),使得各个变电站尽管在电压等级、供电范围、一次接线方式等等不尽相同的情况下,依然能够建立起一个统一格式、统一实现方式、各个厂商通用的变电站配置。5.首次提出过程层概念和解决方案,使得电
9、子式互感器的得以推广和应用。四IEC61850标准应用展望实施IEC61850标准是变电和配电自动化产品、电网监控和保护产品等的开发方向,IEC61850标准的应用按目前的发展状况和预计分为三个阶段。1. 蕴育期:全套标准正式颁发电力公司开始组织专家开展对标准的跟踪和消化研究,将IEC61850标准和现有标准进行分析与比较,并论证新标准应用于国内电力系统的可行性和必要性。主要的设备制造商和应用开发商积极开展对标准的研究,在标准的指导下,重新定义其产品架构,考虑建立其产品的基于统一建模的功能模型、数据模型以及通信模型,并开始建立DEMO系统。这阶段主要是对新标准的跟踪和研发。国内的研究重点主要是
10、变电站层。由于技术和制造上的原因,满足新标准的过程层和间隔层的产品尚不会进入市场,但国外大的制造商(如ABB、Siemens)将有试验性产品出现,并在若干变电站内试点。2.快速增长期:新标准的全面实施随着标准意识的提高,出现标准兼容性检测的权威机构,电力系统自动化产品的“统一标准、统一模型、互联开放”的格局基本形成,符合新标准的过程层、间隔层产品开始投入正式运行,基于GOOSE信息传输机制的测控单元将首先进入工程应用,保护测控一体化的产品也将逐步应用。随着电子式互感器技术的成熟,网络技术的发展,智能断路器的应用,数字化变电站自动化架构成为现实。这个阶段是新标准的全面实施期,大量满足新标准的产品
11、进入市场。新标准具有较高的技术门槛,需要研发、生产单位具有很强的系统架构设计、面向对象建模、数据库设计以及通信设计等能力。技术储备不够的企业将被淘汰出局。3.成熟期:标准普遍应用由于人类面临环境恶化以及能源危机等严重现实,使得可再生能源得到广泛应用。电力生产和传输过程中需要更大量的IED,这些装置具有成本较低、采用标准规约、内嵌智能和网络功能、可组合使用、可远程维护等功能。电力自动化产品的“即插即用”随处可见,IEC61850标准和IEC61970标准成为电力自动化领域的基础标准,IEC61850标准还可望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准。更新一代的标准开始酝酿,以融入更新的技术和理念,进一步提高电力系统的可靠性、自动化和智能化水平。参考文献1高翔主编.数字化变电站应用技术M.北京:中国电力出版社,2008:69-85.2百度百科.IEC61850词条EB/OL. http:/