智能電網(wǎng)IEC61850.doc

智能電網(wǎng)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)智能電網(wǎng)是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。智能變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，也是智能電網(wǎng)建設(shè)中變電站的必然發(fā)展趨勢。智能變電站是通過采用先進的傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，以智能一次設(shè)備和統(tǒng)一信息平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)變電站實時全景監(jiān)測、自動運行控制、設(shè)備狀態(tài)檢修、運行狀態(tài)自適應(yīng)、智能分析決策等功能，對智能電網(wǎng)安全狀態(tài)評估/預(yù)警/控制、優(yōu)化系統(tǒng)運行、可再生能源即插即退、與調(diào)度中心/電源/負(fù)荷及相關(guān)變電站協(xié)同互動等提供支撐的變電站。本章介紹了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站，建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，實現(xiàn)站內(nèi)一次設(shè)備和二次設(shè)備的數(shù)字化通信，以全站為對象統(tǒng)一配置保護和自動化功能。1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)基本情況1.1 IEC61850提出背景變電站自動化系統(tǒng)(Substation Automation Sysetm，SAS)在我國應(yīng)用發(fā)展十多年來，為保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復(fù)雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應(yīng)用和協(xié)同操作，數(shù)據(jù)缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由于變電站整體數(shù)字化、信息化水平不高，缺乏能夠完備實現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備之間互操作的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)造成的。電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力市場化改革的深入對電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行和供電質(zhì)量的要求不斷提高，變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，要求提供的信息量和實現(xiàn)的集成控制越來越多，數(shù)字化、信息化以及信息模型化的要求越來越迫切，數(shù)字化變電站成為SAS的發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計，全世界共有50多種變電站通信規(guī)約。如此多種規(guī)約不僅給用戶帶來不便，也增加了廠家自身的負(fù)擔(dān)。很多廠家為了適應(yīng)更多的用戶往往在其產(chǎn)品中集成了幾種規(guī)約。現(xiàn)行的各種規(guī)約都有各自的特點，很難以某一種規(guī)約成為大家公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。變電站自動化系統(tǒng)集成過程中面臨的最大障礙是不同廠家的職能設(shè)備（簡稱IED），甚至同一廠家不同型號的IED所采用的通信協(xié)議和用戶界面的不同，因而需要額外的硬件（如規(guī)約轉(zhuǎn)換器）和軟件來實現(xiàn)IED互聯(lián)，對自動化系統(tǒng)的無縫集成和互操作造成一定的困難，這在很大程度上消弱了變電站實現(xiàn)自動化的優(yōu)點和意義。因此，變電站自動化系統(tǒng)在實現(xiàn)功能之外，還應(yīng)具備互操作性的開放式系統(tǒng)連接。為適應(yīng)變電站自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，1995年國際電工委員會第57技術(shù)委員會(IECTC57)專門成立了3個工作組WG10111/12，負(fù)責(zé)制定IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。工作組成員分別來自歐洲、北美和亞洲國家，他們有電力調(diào)度、繼電保護、電廠、操作運行及電力企業(yè)的技術(shù)背景，其中有些成員參加過北美及歐洲標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。3個工作組有明確的分工：第10工作組負(fù)責(zé)變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議的整體描述和總體功能要求；第11工作組負(fù)責(zé)站級數(shù)據(jù)通信總線的定義；第12工作組負(fù)責(zé)過程級數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義。這3個工作組在工作過程中參考和吸收了已有的許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中主要有：A)IEC6O870-5-101遠(yuǎn)動通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；B)IEC60870-5-103繼電保護信息接口標(biāo)準(zhǔn)；C)UCA2.0(Utilify Communications Arehiteeture2.0)，由美國電科院制定的變電站和饋線設(shè)備通信協(xié)議體系；D）ISO/IEC9506制造報文規(guī)范MMS(Manufacturing Message Specification).1999年3月，3個工作組提出了IEC61850委員會草案版本。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)共分為10個部分。2002年一2005年間，IEC陸續(xù)正式頒布了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)第一版的10個部分。我們國家也從2002年開始對IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)進行轉(zhuǎn)換，目前己經(jīng)基本制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。IEC 61850 系列標(biāo)準(zhǔn)自 2004 年全部發(fā)布后，IECTC57 技術(shù)委員會的 3 個工作組 WG10、WG11、WG12 合并，由 WG10 繼續(xù)負(fù)責(zé) IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的修訂、維護等相關(guān)工作。目前正在制訂的 IEC 61850第 2 版(簡稱 IEC61850 Ed2)已經(jīng)將其應(yīng)用領(lǐng)域擴展到變電站之外，包括變電站之間、變電站與控制中心之間、清潔能源等領(lǐng)域的信息建模和通信映射，從而涵蓋了電力公用事業(yè)自動化的各個方面。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的目的既不是對在變電站運行的功能進行標(biāo)準(zhǔn)化，也不是對變電站自動化系統(tǒng)的映射分配進行標(biāo)準(zhǔn)化，而是盡最大可能地去使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和被廣泛接受的通信原理，通過對變電站運行功能進行識別和描述，分析運行功能對通信協(xié)議要求的影響(被交換的數(shù)據(jù)總量、交換時間約束等)，將應(yīng)用功能和通信分開，對應(yīng)用功能和通信之間的中性接口進行標(biāo)準(zhǔn)化，允許在變電站自動化系統(tǒng)的組件之間進行兼容的數(shù)據(jù)交換。IEC61850提供了13組約90種兼容邏輯節(jié)點類、450多種數(shù)據(jù)類，幾乎涵蓋了變電站現(xiàn)有的所有功能和數(shù)據(jù)對象，并提供了擴展新的邏輯節(jié)點的方法，規(guī)定了數(shù)據(jù)對象代碼的組成方法，還定義了面向?qū)ο蟮姆?wù)。這三部分有機地結(jié)合在一起，解決了面向?qū)ο笞晕颐枋龅膯栴}。采用面向?qū)ο笞晕颐枋龅姆椒?，可以滿足不同用戶和制造商傳輸不同信息對象、和應(yīng)用功能發(fā)展的要求，是保證實現(xiàn)功能設(shè)備間互操作性的必要前提。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用分層分布式體系，面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，為不同廠商的IED實現(xiàn)互操作和系統(tǒng)無縫集成提供了有效途徑。該標(biāo)準(zhǔn)的制定及其內(nèi)容已超出變電站自動化系統(tǒng)的范圍，將會擴展到其他工業(yè)控制領(lǐng)域，成為基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的工業(yè)控制的國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，國內(nèi)外電力設(shè)備生產(chǎn)商都在圍繞IEC61850開展研究和應(yīng)用工作，并提出IEC61850的發(fā)展方向是實現(xiàn)“即插即用”，在工業(yè)控制通信上最終實現(xiàn)“一個世界、一種技術(shù)、一個標(biāo)準(zhǔn)”。1.2 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容概述IEC61850標(biāo)準(zhǔn)主要為了實現(xiàn)以下目標(biāo)：l)互操作性來自同一廠家或不同廠家的智能裝置之間交換信息，正確使用信息協(xié)同操作的能力，這是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)最基本的目標(biāo)。2)功能自由分布功能自由分布強調(diào)了變電站自動化系統(tǒng)中的自動化功能的可分布性，而不僅僅是自動化裝置的分布，它可實現(xiàn)跨越自動化裝置邊界的自動化功能之間的協(xié)調(diào)配合。3)可擴充性由于變電站自動化系統(tǒng)的復(fù)雜性和用戶需求的個性化，IEC61850必須具有可擴充性，因此應(yīng)面向變電站自動化的所有應(yīng)用，全面地支持信息擴充。4)長期穩(wěn)定性為了適應(yīng)歷史的、目前的和未來的通信技術(shù)，IEC61850對通信服務(wù)采用了抽象定義的方法，即抽象通信服務(wù)，而將具體的通信協(xié)議棧應(yīng)用以特定通信服務(wù)映射加以規(guī)定，適應(yīng)了通信技術(shù)的發(fā)展變化。該標(biāo)準(zhǔn)具體包含以下十個部分：圖1-1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的組成第一部分介紹與概貌：除了從整體上對IEC61850標(biāo)準(zhǔn)系列的結(jié)構(gòu)與框架進行介紹外，還介紹標(biāo)準(zhǔn)對通信技術(shù)發(fā)展的適用性。第二部分術(shù)語集：介紹標(biāo)準(zhǔn)的特定術(shù)語集以及標(biāo)準(zhǔn)其它部分所用到的定義。第三部分總體要求：介紹變電站自動化系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)的總體要求，重點是對通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量要求，同時還涉及環(huán)境條件和輔助服務(wù)的指導(dǎo)方針，并根據(jù)其它的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，對相關(guān)的特定要求提出了建議。第四部分系統(tǒng)與項目管理：介紹系統(tǒng)與項目管理的過程及其要求，包括變電站內(nèi)必備硬件配置的定義、功能和信號質(zhì)量的適應(yīng)性以及所有具體定義的文檔。第五部分功能的通信要求與設(shè)備模型：規(guī)范變電站自動化系統(tǒng)所要實現(xiàn)功能的通信要求與設(shè)備模型，對所有已知的功能和它們的通信要求均加以辨別。在IEC618505中對功能的描述不是用于功能的標(biāo)準(zhǔn)化，而是為了區(qū)分變電站與技術(shù)服務(wù)、變電站內(nèi)IED之間的通信要求，其基本目的是在設(shè)備的相互作用中實現(xiàn)互操作性。第六部分變電站自動化系統(tǒng)中IED的通信配置描述語言SCL：規(guī)定了描述變電站主接線、自動化功能、通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、智能電子設(shè)備數(shù)據(jù)模型及能力以及它們之間相互關(guān)系的文件格式(基于擴展標(biāo)記語言XMLI.0版)，文件中的數(shù)據(jù)可以在不同制造商的系統(tǒng)配置工具和IEO配置工具間通用。第七部分變電站與饋線設(shè)各的基本通信結(jié)構(gòu)：該部分作為整個標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，分為四個部分：7-1部分介紹第七部分使用到的建模方法、通信原理以及信息模型；7-2部分定義用于IEO之間實現(xiàn)實時協(xié)作功能并且獨立于底層通信系統(tǒng)的抽象通信服務(wù)接口ACSI；7-3部分定義與變電站應(yīng)用相關(guān)的公共屬性類型和公共數(shù)據(jù)類；7-4部分定義與變電站相關(guān)的設(shè)備及功能的信息模型，即用于IEO之間通信的可兼容邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)。第八部分特殊通信服務(wù)映射SCSM：定義間隔層與變電站層之間的映射，規(guī)范通過局域網(wǎng)將ACSI的對象與服務(wù)映射到MMS從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的方法。第九部分特殊通信服務(wù)映射SCSM：定義過程層與間隔層之間的映射。9-1部分規(guī)范了特殊通信服務(wù)映射SCSM映射到制造報文規(guī)范MMS。9-3部分規(guī)范了特殊通信服務(wù)映射SCSM通過單向多路點對點串行通信連接的模擬采樣值。第十部分一致性測試：定義了變電站自動化系統(tǒng)設(shè)備一致性測試的方法，還給出了用于設(shè)置測試環(huán)境以便進行一致性研究并建立有效性的準(zhǔn)則。由以上10個部分可見，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)不同與以往的變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議之處在于，除了定義變電站自動化系統(tǒng)的通信要求和數(shù)據(jù)交換外，還對整個系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)、體系結(jié)構(gòu)、對象模型、項目管理控制以及一致性測試方法等進行了全面詳盡的描述與規(guī)范。這10個部分主要圍繞四個方面：變電站自動化應(yīng)用域的功能模型(第五部分)；變電站數(shù)據(jù)模型及其服務(wù)(第七部分)；變電站體系層次之間的映射關(guān)系(第八、第九部分)；基于XML的變電站配置描述語言SCL(第六部分)。1.3 標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀智能電網(wǎng)要求變電站向高度集成化、信息化和智能化方向發(fā)展。數(shù)字化變電站是智能變電站在當(dāng)前條件下的具體表現(xiàn)形式。隨著 IEC 61850 的推廣應(yīng)用和新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化變電站過渡成智能變電站是必然的趨勢。1.3.1 國外研究現(xiàn)狀I(lǐng)EC61850從開始制定就受到國際上的廣泛關(guān)注。國外初期的研究是旨在驗證標(biāo)準(zhǔn)的可行性和效率上，其后則是為實現(xiàn)互操作性而進行相關(guān)的示范項目和實驗進行實踐研究。在變電站通信網(wǎng)絡(luò)性能分析、實時性改進措施和引起報文的延時不確定性分析等方面的理論研究并未見文獻報道，主要研究工作都在各示范項目和實驗的基礎(chǔ)上利用其實踐數(shù)據(jù)來驗證標(biāo)準(zhǔn)并催進標(biāo)準(zhǔn)的進一步完善。在制定IEC61850的過程中，美國、德國、荷蘭等國都進行了示范工程和互操作實驗，并推出了符合標(biāo)準(zhǔn)的變電站設(shè)備產(chǎn)品。1998年，在德國由FGH、VEW、ABB、ALSTOM和SIEMENS幾家公司聯(lián)合建立了一個示范項目一一變電站開放式通信(opencommunicationin Substations，OCIS)項目，建立這個項目的主要目的是：比較并測試IEC61850標(biāo)準(zhǔn)草案和UCA2.0；復(fù)查標(biāo)準(zhǔn)草案的靈活性、可行性和效率；向IEC標(biāo)準(zhǔn)草案介紹己有的知識；推動標(biāo)準(zhǔn)化進程；確信該標(biāo)準(zhǔn)符合歐洲市場的需要；考慮VDEW的建議。2000年，為了驗證IEC61850的可行性，瑞士的ABB和德國的SIEMENS等公司聯(lián)合搭建了一個實驗環(huán)境，經(jīng)驗證，IEC61850完全滿足變電站自動化系統(tǒng)的實時響應(yīng)性和網(wǎng)絡(luò)互連的要求。2001年1月，ABB、SIEMENS和OMECRON在美國UCA用戶協(xié)會進行試驗，并于當(dāng)年5月在加拿大Utility Initiative會議上進行了演示。實驗主要測試了跳閘命令的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性以及面向通用對象的變電站事件(Generic Objeet Oriented Substation Event，GOOSE)和變電站配置語言(SubstationCOnfiguration Language，SCL)的基本概念等，結(jié)果證明了GOOSE跳閘命令，并驗證了使用SCL配置來自不同廠商設(shè)備的GOOSE的能力.此次演示活動被認(rèn)為是IEC61850成為全球標(biāo)準(zhǔn)過程中的里程碑。2002年1月，ABB和SIEMENS在美國針對采樣值的網(wǎng)絡(luò)傳輸進行了試驗，主要測試了遵行IEC61850-9的電子式電流/電壓互感器、保護裝置、計量裝置之間的互操作性以及支持IEC61850-9的第一批樣機。試驗結(jié)果表明按照IEC61850-9-1以點對多點方式傳輸采樣值的可行性以及支持IEC61850-9-1的應(yīng)用連接到以太網(wǎng)交換機上是實現(xiàn)過程總線解決方案的第一步。2002年9月，ABB、SIEMENs和OMECRON在美國UtilityInitiative會議上進行了互操作測試，測試結(jié)果證明了采樣值報文和GOOSE報文在統(tǒng)一通信總線上傳輸?shù)幕ゲ僮餍浴准夜驹诖嗽囼灣晒Φ幕A(chǔ)上又進行了后期實驗，例如間隔層的設(shè)備之間通過GOOSE報文傳輸命令的性能、配置數(shù)據(jù)的處理、系統(tǒng)啟動、時間同步、報告超測、客戶機/服務(wù)器機制和通過SCL配置文件實現(xiàn)互聯(lián)等實驗，從而驗證IEC61850的性能、正確性和可行性。2003年4月在美國正EE/PES變電站委員會年會上，ABB、ALSTOM和SIEMENS演示了在以太網(wǎng)上傳輸跳閘信號GOOSE報文的測試實驗，實驗主要是測試聯(lián)鎖跳閘等功能的性能滿足實際應(yīng)用的要求。2003年到2004年，幾家公司和組織針對過程層和變電站層之間的控制功能和通信性能進行了測試實驗，主要測試了基于TCP/IP和MMS的報文傳輸?shù)奶匦?，并驗證了其用于正C61850的可行性和可靠性。2004年11月，西門子輸配電集團EPTD在瑞士承建了世界上第一個運用IEC61850通信協(xié)議的電站自動化系統(tǒng)。西門子全球運用同樣協(xié)議的第100個工程實例位于上海西南郊區(qū)的南橋500kV變電站自動化系統(tǒng)己于2005年順利投入運行，該工程也是IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)較早在國內(nèi)應(yīng)用的典范。間隔控制單元中使用了內(nèi)置式可自動進行路由切換的光以太環(huán)網(wǎng)交換機，支持快速生成樹協(xié)議IEEE802.w，生成樹協(xié)議通過從網(wǎng)絡(luò)化物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建一個無環(huán)路的邏輯轉(zhuǎn)發(fā)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供了冗余連接，消除了數(shù)據(jù)流量環(huán)路的威脅，其快速的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時間可小于30m。2006年底以前，全球有超過300個變電站已應(yīng)用IEC61850協(xié)議。美國已經(jīng)有300多個變電站采用或部分采用IEC61850，后續(xù)還有5000個變電站需要改造。瑞士某380kV改造變電站的二次系統(tǒng)應(yīng)用了IEC61850。阿爾及利亞一座400kV變電站的測控裝置、操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動網(wǎng)關(guān)基于IEC61850，保護裝置為IEC60870-5-103協(xié)議和MODBUS協(xié)議，GIS監(jiān)視系統(tǒng)、計量為MODBUS協(xié)議，遠(yuǎn)動為IEC60870-5-104協(xié)議和IEC60870-5-101協(xié)議。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的測控裝置兼作本間隔的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，操作員站為主備機系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)為光纖環(huán)網(wǎng)，邏輯上是星形網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)點對點通信和客戶/服務(wù)器通信。1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國正式確定了將IEC61850轉(zhuǎn)化為我國國家標(biāo)準(zhǔn)，主要產(chǎn)品及應(yīng)用理論研究如下：a)IEc61850在故障信息處理系統(tǒng)中的專門應(yīng)用。對于站內(nèi)數(shù)據(jù)通信，以IEC61850為基礎(chǔ)，提出了信息服務(wù)模型的概念并定義了其基本功能，設(shè)計了較為詳細(xì)的實現(xiàn)方案。b)基于IEC61850的保護裝置建模。建立了保護裝置的IEc61850信息模型，基于IEc61850的自動化裝置設(shè)計.c)通信服務(wù)及映射實現(xiàn)的研究與分析。包括采樣值、基于TCP/IP的MMS等。d)SCL配置文件的研究等。數(shù)字化變電站是國內(nèi)學(xué)者和研究機構(gòu)近年來提出來的，國際國內(nèi)均沒有針對/數(shù)字化變電站做完整的定義。數(shù)字化變電站的概念是隨著數(shù)字式過程層設(shè)備的誕生出現(xiàn)的，它基于光電技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的發(fā)展，在應(yīng)用方面直接表現(xiàn)為變電站二次系統(tǒng)的信息應(yīng)用模式發(fā)生了巨大的變化。其實，在微機繼電保護及變電站自動化系統(tǒng)開始應(yīng)用后，變電站己經(jīng)具備了部分?jǐn)?shù)字化的特征。有些文獻對數(shù)字化變電站定義為：變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。從概念上講，數(shù)字化變電站并不等同于IEC61850系統(tǒng)。前者的關(guān)鍵是采用數(shù)字式過程層設(shè)備，而后者是指采用IEC61850的SAS，它并不要求一定采用數(shù)字式過程層設(shè)備(可能僅在間隔層和變電站層上實現(xiàn)IEc61850)。如果數(shù)字化變電站只具備了數(shù)字式過程層設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化間隔層設(shè)備等形態(tài)特征，而未能實現(xiàn)信息模型化、標(biāo)準(zhǔn)化和互操作，則遠(yuǎn)未實現(xiàn)數(shù)字化變電站的建設(shè)初衷。如ABB的PASS由于未采用通用標(biāo)準(zhǔn)(它采用的是未被廣泛接受的協(xié)議EC61375)，因此與其它廠商設(shè)備存在協(xié)議轉(zhuǎn)換的問題，這正是數(shù)字化變電站所要避免的情況。國內(nèi)己經(jīng)從標(biāo)準(zhǔn)研究過渡到工程應(yīng)用、產(chǎn)品研發(fā)階段，并已有多個基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站投入運行或試運行，這表明IEC6185O標(biāo)準(zhǔn)的實施已推進到了一個新的實用的層面。2006年7月21日，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的RCS9700系統(tǒng)在湖北宜昌220kV俿亭變投入運行。2006年11月8日，云南省曲靖市翠峰110kv數(shù)字化變電站通過鑒定驗收。它遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，是一座完整意義的數(shù)字化變電站。2008年1月，浙江省外陳(宣家)220kV數(shù)字化變電站一期工程順利投產(chǎn)。220kV外陳變是浙江的第一個數(shù)字化變電站。該變電站匯集了南瑞(國電南瑞、南瑞繼保、深圳南瑞)，南自(國電南自、國電南思)，北京四方，ABB，西門子等10多個不同廠家的數(shù)字化保護與測控裝置，從過程層、間隔層、變電站層全面實現(xiàn)基于IEC61850的信息傳輸和控制。330kV聶劉(徑河)變電站是陜西省電力公司的重點工程，也是國內(nèi)第一家使用IEC61850技術(shù)的330kV超高壓變電站，它于2006年6月28日上午正式投運。它接入四個國內(nèi)主要保護和自動化設(shè)備廠家的裝置，接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點較多，全站通過IEC61850接入的間隔層IED數(shù)量為86臺，從站控層到間隔層全面實現(xiàn)了IEC61850。北京順義500kV數(shù)字化變電站工程于2007年6月8日投入運行，后臺采用trunking技術(shù)，將雙網(wǎng)綁定為一條邏輯鏈路，組成冗余網(wǎng)絡(luò)，雙網(wǎng)卡單IP。間隔層設(shè)備是專為超高壓變電站自動化設(shè)計的測控裝置，基于模件的設(shè)計思想，硬件可靈活組態(tài)，具有實時的全站邏輯閉鎖功能，完全支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。長期以來國內(nèi)一、二次設(shè)備生產(chǎn)廠家相對獨立是國內(nèi)變電站過程層自動化進展緩慢的一個主要原因，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化技術(shù)的發(fā)展與推廣給一、二次設(shè)備廠商密切合作提出了新的要求。2 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特征IEC61850是迄今為止最為完善的變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，與以往的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)相比，它具有如下突出的技術(shù)特征：(l)功能分層的變電站；(2)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模；(3)功能與通信解藕；(4)變電站配置語言SCL。2.1 功能分層IEC61850為了完成變電站自動化系統(tǒng)的控制、監(jiān)視和繼電保護三大功能，將變電站自動化系統(tǒng)按功能和邏輯通信抽象為3層體系結(jié)構(gòu)：變電站層、間隔層和過程層。并定義了層和層之間的通信接口，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-l功能分層的變電站自動化系統(tǒng)圖2-1中各接口的意義為：1 IFI：在間隔層和變電站層之間交換保護數(shù)據(jù)；2 IF2：在間隔層和遠(yuǎn)方保護之間交換保護數(shù)據(jù)；3 IF3：在間隔層內(nèi)交換數(shù)據(jù)；4 IF4：在過程層和間隔層之間cr和PT的瞬時數(shù)據(jù)交換(例如采樣值)：5 IF5：在過程層和間隔層之間交換控制數(shù)據(jù)；6 IF6：在間隔層和變電站層之間交換控制數(shù)據(jù)；7 IF7：在變電站層和遠(yuǎn)方工程師工作站之間交換數(shù)據(jù)；8 IF8：在間隔層之間直接交換數(shù)據(jù)，特別是快速功能數(shù)據(jù)，例如互鎖；9 IF9：在變電站層之間交換數(shù)據(jù)；10 IF10：在變電站層和遠(yuǎn)方工程師工作站之間交換控制數(shù)據(jù)。過程層實現(xiàn)所有與一次設(shè)備接口相關(guān)的功能，包括開入/開出，模擬量采樣等。IEC61850要求過程層ETC/EVT能夠?qū)⒁淮螠y電流、電壓模擬量采樣值直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至間隔層，ISG能過通過通信網(wǎng)絡(luò)將開關(guān)位置信息傳送至間隔層并接收間隔層下發(fā)的控制命令。間隔層設(shè)備主要實現(xiàn)保護和監(jiān)控功能，并實現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級信息的人機交互功能，間隔層設(shè)備可以通過間隔層總線實現(xiàn)設(shè)備間相互對話機制，間隔層設(shè)備可以集中組屏或就地下放。間隔層與過程層之間通過邏輯接口4、5通信，分別完成2層之間的采樣數(shù)據(jù)和測控數(shù)據(jù)的交換；間隔層內(nèi)部通過邏輯接口3完成數(shù)據(jù)交換。發(fā)電站層設(shè)備包括發(fā)電站就地操作后臺系統(tǒng)、外部數(shù)據(jù)交互接口( 控制中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、保護信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、設(shè)備管理系統(tǒng)) 和通用功能服務(wù)等。其中邏輯接口1、6完成與間隔層之間的保護、測控數(shù)據(jù)交換；接口7、10完成與工程師站、遠(yuǎn)方控制中心的數(shù)據(jù)交換；變電站層內(nèi)部通過邏輯接口9實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。IEC61850并不規(guī)定通信拓?fù)?，不限制任何物理通信接口，只需根?jù)需求因此，這種層體系結(jié)構(gòu)只是抽象的概念，并不限定實際的網(wǎng)絡(luò)形式。這樣的通信系統(tǒng)有利于變電站內(nèi)設(shè)備以及變電站與控制中心構(gòu)成統(tǒng)一的無縫連接網(wǎng)絡(luò)。2.2 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模IEC61850將IED視為客戶機/服務(wù)器(Client/server)的運行方式，客戶機代表向其它IED請求或確認(rèn)功能服務(wù)，服務(wù)器代表IED本身可視或可訪問的自動化功能。而IED以客戶機方式請求或確認(rèn)功能服務(wù)的過程也就是其它IED以服務(wù)器方式提供功能服務(wù)的過程，客戶機的運行行為可以由其與服務(wù)器間的邏輯關(guān)系得出，所以，IEC61850通常主要將IED的服務(wù)器功能(但包括由客戶機主動發(fā)起請求目的不需要服務(wù)器響應(yīng)的客戶機功能，如GooSE)作為建模對象。IEC61850采用面向?qū)ο蟮慕７椒ǎ菏紫?，定義若干語義模型類，用來規(guī)范變電站自動化系統(tǒng)涉及到數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)、操作以及廣義的SCADA語義；接著，對照語義模型類，將IED的自動化功能和相關(guān)信息抽象、分解，并通過對語義模型類的繼承、重載或直接引用，生成特定的應(yīng)用實例：最后，將這些實例按照/類0的形式層次化的構(gòu)成具有一致性和確定性的信息模型(服務(wù)器)。信息模型的屬性包含邏輯設(shè)備(LogicDevieeLD)、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象和數(shù)據(jù)屬性4個層次：1. 邏輯設(shè)備，用于包含1組特定應(yīng)用功能的產(chǎn)生和使用信息的虛擬設(shè)備，邏輯設(shè)備由邏輯節(jié)點和附加的功能服務(wù)聚合而成。2. 邏輯節(jié)點，交換數(shù)據(jù)的最小功能單元，1個邏輯節(jié)點代表服務(wù)器的1項基本功能或IED中的1組設(shè)備信息，可以與其它邏輯節(jié)點進行信息交互，并執(zhí)行特定的操作，邏輯節(jié)點由數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)屬性列表以及對應(yīng)的功能服務(wù)聚合而成。3. 數(shù)據(jù)對象，包含邏輯節(jié)點的所有信息，從不同的CDC及CPDC繼承而來，是CPDC的命名實例(NmaedInstnace)。4. 數(shù)據(jù)屬性，數(shù)據(jù)對象的內(nèi)涵，是模型中信息的最終承載者。從模型構(gòu)成語義可以看出，信息模型不是數(shù)據(jù)集合，而是數(shù)據(jù)與功能服務(wù)的聚合，是一個面向?qū)ο蟮哪Ｐ?，模型中的?shù)據(jù)和功能服務(wù)相互對應(yīng)，數(shù)據(jù)的交換必須通過對應(yīng)的功能服務(wù)來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)與功能服務(wù)的緊密結(jié)合使模型具備了良好的穩(wěn)定性、可重構(gòu)性和易維護性。IEC61850采用統(tǒng)一建模語言(Unifide Mdeeling Lnauggae，UML)描述信息模型。一方面，UML是面向?qū)ο笤O(shè)計和分析的國際標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，UML采用可視化建模方法，與編程語言和實現(xiàn)平臺無關(guān)，使用簡單但能夠準(zhǔn)確的表達各種復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，并具有良好的系統(tǒng)性和擴展性，也適合用于設(shè)計和記錄信息模型。信息模型層次化的結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。2-2 信息模型層次化的結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ蛣?chuàng)建了一致、確定和可擴展的層次化語義空間，成為IED間信息交互的內(nèi)容和方式的約定，是實現(xiàn)互操作的手段。2.3 功能與通信解藕如上節(jié)所述，信息模型之間的數(shù)據(jù)交換由信息模型的功能服務(wù)實現(xiàn)。在總結(jié)變電站自動化系統(tǒng)涉及通信服務(wù)的基礎(chǔ)上，IEC61850定義了14類ACSI(Abstract Communieation Service Interface)模型，用來規(guī)范信息模型的功能服務(wù)。包括服務(wù)器模型、應(yīng)用關(guān)聯(lián)模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點模型、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)集模型、替換模型、整定值控制塊模型、報告及記錄控制塊模型、通用變電站事件模型、采樣值傳輸模型、控制模型、時間及時間同步模型和文件傳輸模型。每類ACSI模型都由若干抽象通信服務(wù)組成，每個服務(wù)又都定義了服務(wù)的對象和方式：服務(wù)方式包括服務(wù)的發(fā)起、響應(yīng)和過程，而服務(wù)的過程是指某個具體服務(wù)請求如何被服務(wù)器所響應(yīng)，以及采取什么動作在什么時候以什么方式響應(yīng)。ACSI模型中的通信服務(wù)分為2類：客戶機/服務(wù)器模式，諸如控制、讀寫數(shù)據(jù)值等服務(wù)；發(fā)布者/訂閱者或?qū)Φ冉粨Q模式，諸如采樣值傳輸、GSE等服務(wù)，如圖2-3所示。圖2-3 ACSI通信方法ACSL規(guī)范的信息模型的功能服務(wù)獨立于具體網(wǎng)絡(luò)，即功能與通信解藕。功能的最終實現(xiàn)還需要經(jīng)過SCSM(Specific Communication Service Mapping)，SCSM負(fù)責(zé)將抽象的功能服務(wù)映射到具體的通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議上，具體包括：根據(jù)功能需要和實際情況選擇通信網(wǎng)絡(luò)的類型和OSI模型的16層協(xié)議；在應(yīng)用層上(OSI模型中的第7層)，對功能服務(wù)進行映射，生成應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Application Protocol Data Unit，APDU)，形成通信報文，如圖2-4所示。圖2-4 ACSI向應(yīng)用層的映射ACSI對信息模型的約束是強制和惟一的，而SCSM的方法卻是多樣和開放的。采用不同的SCSM方法，可以滿足不同功能服務(wù)對通信過程、通信速率以及可靠性的不同要求，解決了變電站內(nèi)通信復(fù)雜多樣性與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一之間的矛盾；適時的改變SCSM方法，就能夠應(yīng)用最新的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而不需要改動ACSI模型，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾。IEC61850并不要求每種SCSM方法都能夠映射ACSI所有的抽象服務(wù)，但越簡單的SCSM方法對ACSI模型的支持就越不完備，所實現(xiàn)的功能服務(wù)也就越簡單。ACSI向不同SCSM映射的過程，如圖2-5所示。圖2-5 ACSI向不同SCSM的映射IEC61850運用ACSI和SCSM技術(shù)不僅實現(xiàn)了功能與通信的解藕，而且通信可以靈活的采取多種實現(xiàn)形式，這是建立統(tǒng)一、開放和發(fā)展的變電站自動化系統(tǒng)的可行方法。2.4 變電站配置語言SCL在 IEC61850-6 中定義了變電站配置描述語言 SCL，它主要基于可擴展標(biāo)記語言XML 1.0。SCL 用來描述通信相關(guān)的 IED 配置和參數(shù)、通信系統(tǒng)配置、變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及它們之間的關(guān)系。主要目的是在不同廠家的 IED 配置工具和系統(tǒng)配置工具之間提供一種可兼容的方式，實現(xiàn)可共同使用的通信系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)的交換。SCL 模型可包含 5 個方面的對象：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，變電站主設(shè)備，拓?fù)渎?lián)接等；（2）IED 結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用和通信信息；（3）通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，設(shè)備在何接入點（access point）接入哪些總線（bus）；（4）邏輯節(jié)點類定義模型，包含數(shù)據(jù)對象（DO）和服務(wù)；（5）邏輯節(jié)點和一次系統(tǒng)功能關(guān)聯(lián)模型；3 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)過程開發(fā)者只要根據(jù)所要開發(fā)的產(chǎn)品，并結(jié)合 IEC61850-5 中對變電站自動化系統(tǒng)的功能和邏輯節(jié)點分類，提出產(chǎn)品的通信要求，然后從 IEC61850-7-4 中選擇標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(標(biāo)準(zhǔn)中沒有的數(shù)據(jù)類，開發(fā)者可以自己定義私有邏輯節(jié)點類)，從IEC61850-7-3 中選擇出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對象類，以這些類作為模板，派生出所需的實例，這些實例包括邏輯設(shè)備和邏輯節(jié)點，IEC61850-7-2 中定義的 ACSI 模型和服務(wù)規(guī)范了邏輯節(jié)點通信模型和服務(wù)，然后根據(jù)實際使用的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議棧，利用IEC61850-8/-9-1/-9-2 定義的 SCSM，將 ACSI 映射到 SCSM 中去，到這一步，就完成了產(chǎn)品的設(shè)計。最后根據(jù) IEC61850-10 的規(guī)定，完成兼容性檢測。整個過程是先提出通信要求，然后從標(biāo)準(zhǔn)所提供的模型中派生出實例的過程，這是使用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)的顯著特點。按照以上方法，整個協(xié)議的實現(xiàn)過程均有明確嚴(yán)格的規(guī)范和步驟，因此符合該標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議開發(fā)在理論和方法上都是有保證的。由于 IEC61850 建模了大多數(shù)公共實際設(shè)備和設(shè)備組件，這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識符、行為和控制，充分利用 IEC61850 的自我描述，可重復(fù)使用的建模用標(biāo)準(zhǔn)名和類型信息這一特性，降低整個系統(tǒng)設(shè)計、工程、運行、維護等費用，節(jié)約時間。以下從功能的建模過程、數(shù)據(jù)的建模過程、通信服務(wù)的映射、工程與一致性測試四個方面予以分析。3.1 功能建模整個變電站對象從邏輯上可以看作由分布于變電站自動化系統(tǒng)中完成各個功能模塊的邏輯設(shè)備構(gòu)成。而邏輯設(shè)備中的各個功能模塊又由若干個相關(guān)子功能塊，即邏輯節(jié)點（Logic Node）組成，并通過它的載體IED設(shè)備實現(xiàn)運行。邏輯節(jié)點是功能組合的基礎(chǔ)塊，也是通信功能的具體體現(xiàn)。邏輯節(jié)點類似積木塊，可以搭建組成任意功能，而且可分布于各個IED設(shè)備中。邏輯節(jié)點本身進行了很好的封裝，各個邏輯節(jié)點之間通過邏輯連接（Logic Connect）進行信息交換。邏輯連接是一種虛連接，主要用于交換邏輯節(jié)點之間的通信信息塊PICOM(Piece of Information Communication )。邏輯連接映射到物理連接實現(xiàn)節(jié)點之間的信息交換。PICOM 通過 ACSI 服務(wù)實現(xiàn)傳輸。邏輯節(jié)點的功能任意分布性和它們之間的信息交換使變電站自動化系統(tǒng)真正實現(xiàn)了功能級的分布特性。整個 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn) 定義了上百個邏輯節(jié)點，涵蓋了保護、控制和測量設(shè)備以及一次設(shè)備等變電站設(shè)備的功能。而且邏輯節(jié)點具有可擴展性，擴展后的邏輯節(jié)點通過數(shù)據(jù)對象的自描述特性可以很容易和已有的邏輯節(jié)點兼容。邏輯節(jié)點 0（LLN0）和物理設(shè)備信息邏輯節(jié)點（LPHD）是基本邏輯節(jié)點的特例。其中 LPHD 邏輯節(jié)點描述物理設(shè)備參數(shù)，包括物理設(shè)備銘牌、設(shè)備的狀態(tài)、故障、熱啟動次數(shù)、上電檢測等，LLN0 是邏輯設(shè)備全局參數(shù)的描述，它的數(shù)據(jù)與功能無關(guān)，只記錄邏輯設(shè)備自身的一些信息，如邏輯設(shè)備銘牌、運行時間、自診斷結(jié)果等，其它功能邏輯節(jié)點在基本邏輯節(jié)點的基礎(chǔ)上可根據(jù)自己的需要添加可控數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等其它數(shù)據(jù)對象。每個接收邏輯節(jié)點（Receiving LN）應(yīng)該知道需要什么樣的數(shù)據(jù)用來實現(xiàn)任務(wù)，也就是說，它應(yīng)該能檢查所接收的數(shù)據(jù)是否完整與有效。在變電站自動化這樣的實時系統(tǒng)中，最重要的有效性指標(biāo)就是數(shù)據(jù)的時效。發(fā)送邏輯節(jié)點（SendingLN）設(shè)置大部分的質(zhì)量屬性，接收邏輯節(jié)點的任務(wù)則是判斷數(shù)據(jù)是否過時。在以上的要求中，發(fā)送邏輯節(jié)點是主要的數(shù)據(jù)來源，保持有這些數(shù)據(jù)大多數(shù)的最新值。接收邏輯節(jié)點對這些數(shù)據(jù)進行處理用于某些相關(guān)的功能。如果數(shù)據(jù)遭到破壞或者丟失，接收邏輯節(jié)點不能按照正常的方式運行，但是可能處于降級方式。因此，邏輯節(jié)點在正常和降級兩種方式下的行為都必須予以充分的定義。降級情況下功能的行為必須根據(jù)功能自身的情況單獨設(shè)計，但是需要借助于標(biāo)準(zhǔn)化的報文或正確的數(shù)據(jù)質(zhì)量屬性，將情況通知給分布功能的其它邏輯節(jié)點以及管理系統(tǒng)，以便它們采取適當(dāng)?shù)拇胧?.2 數(shù)據(jù)建模邏輯節(jié)點由若干個數(shù)據(jù)對象組成，數(shù)據(jù)對象是 ACSI 服務(wù)訪問的基本元素，也是設(shè)備間交換信息的基本單元，IEC61850 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的命名規(guī)則，定義了近 30種數(shù)據(jù)對象名。數(shù)據(jù)對象是由公共數(shù)據(jù)類 CDC(Common Data Class)定義產(chǎn)生的對象實體。對象的繼承性和多態(tài)性使同一公共數(shù)據(jù)類產(chǎn)生的對象屬性不同。如邏輯節(jié)點LLN0 中的數(shù)據(jù)對象Beh和Health都是由公共數(shù)據(jù)類的“整型狀態(tài)信息類ISI”定義產(chǎn)生的，但二者產(chǎn)生的實例定義有很大不同。Beh對象的stVal值定義為：On、Block、Test、Test/Block、Off，而Health對象的stVal值定義為：Ok、Warning、Alarm。正是這一特性實現(xiàn)了用不到 20 個的公共數(shù)據(jù)類產(chǎn)生近 400 種不同的數(shù)據(jù)對象。應(yīng)用功能與信息的分解過程是為了獲得多數(shù)的公共邏輯節(jié)點。首先根據(jù)IEC61850-5 中已經(jīng)定義好的變電站某個應(yīng)用功能的通信需求，將該應(yīng)用功能分解成相應(yīng)的個體，然后將每個個體所包含的需求信息封裝在一組內(nèi)，每組所包含的信息代表特定含義的公共組并且能夠被重復(fù)使用，這些組別在 IEC61850-7-3中被定義為公共數(shù)據(jù)類 CDC（Common Data Class），每組所包含的信息在IEC61850-7-3 中被定義為數(shù)據(jù)屬性（Data Attribute）。IEC61850-7-3 中定義了 30種公共數(shù)據(jù)用于表示狀態(tài)、測量、可控狀態(tài)、可控模擬量、狀態(tài)設(shè)置、以及模擬量設(shè)置等信息。信息模型的創(chuàng)建過程是利用邏輯節(jié)點搭建設(shè)備模型，首先使用已經(jīng)定義好的公共數(shù)據(jù)類來定義數(shù)據(jù)類（Data Class），這些數(shù)據(jù)類屬于專門的公共數(shù)據(jù)類，并且每個數(shù)據(jù)（Data）都繼承了相應(yīng)公共數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)屬性。IEC61850-7-4 中定義了這些數(shù)據(jù)代表的含義。然后將所需的數(shù)據(jù)組合在一起就構(gòu)成了一個邏輯節(jié)點，相關(guān)的邏輯節(jié)點就構(gòu)成了變電站自動化系統(tǒng)的某個特定功能，并且邏輯節(jié)點可以被重復(fù)用于描述不同結(jié)構(gòu)和型號的同種設(shè)備所具有的公共信息。IEC61850-7-4中定義了大約 90 個邏輯節(jié)點，使用到 450 個左右的數(shù)據(jù)。3.3 通信服務(wù)映射變電站網(wǎng)絡(luò)通信采用客戶/服務(wù)器模式，設(shè)備充當(dāng)服務(wù)器角色，通過端口 102偵聽來自客戶（一般是變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機或調(diào)度中心）的請求，并做出響應(yīng)，所以變電站網(wǎng)絡(luò)通信是多服務(wù)器少客戶形式。該模式不同于常規(guī)的 CDT 和Polling 模式，而是采取事件驅(qū)動的方式，當(dāng)定義的事件（數(shù)據(jù)值改變、數(shù)據(jù)質(zhì)量變化等）觸發(fā)時，服務(wù)器才通過報告服務(wù)向主站報告預(yù)先定義好要求報告的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集，并可通過日志服務(wù)向循環(huán)緩沖區(qū)中寫入事件日志，以供客戶隨時訪問。另外采用面向無連接的通信方式，可以使設(shè)備通過組播同時向多個設(shè)備或客戶發(fā)送信息。服務(wù)器和客戶之間通過 ACSI 服務(wù)實現(xiàn)通信，一個 IED 設(shè)備依據(jù)該設(shè)備的功能作用可以包含若干個服務(wù)器對象，一般情況下，當(dāng) IED 設(shè)備作為其它串口通信設(shè)備的代理服務(wù)器時，可以包含多個服務(wù)器對象，否則針對某一特定功能的IED 設(shè)備一般只包含一個服務(wù)器對象即可，而每個服務(wù)器又由若干邏輯設(shè)備組成，客戶通過 ACSI 服務(wù)實現(xiàn)對設(shè)備的訪問，其中服務(wù)器對象封裝了它的所有數(shù)據(jù)屬性和服務(wù)，通過外部接口實現(xiàn)與客戶之間的數(shù)據(jù)交換。ACSI服務(wù)通過特殊服務(wù)映射SCSM映射到OSI通信模型的應(yīng)用層而實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。采用ACSI服務(wù)的映射模型，可以使數(shù)據(jù)對象和ACSI服務(wù)有很大的靈活性，它的改變不受底下 7 層協(xié)議棧的影響。IED 設(shè)備的服務(wù)器映射到制造報文規(guī)范 MMS 的虛擬制造設(shè)備 VMD，邏輯設(shè)備映射到 MMS 的域 Domain，邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象映射到 MMS 的命名變量（Named Vaviable）。通過 ACSI 服務(wù)到 MMS 服務(wù)的映射實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。3.3.1 變電站層與間隔層的網(wǎng)絡(luò)映射在 IEC61850-7-2、-7-3 與-7-4 中定義的信息模型通過 IEC61850-7-2 提供的抽象服務(wù)來實現(xiàn)不同設(shè)備之間的信息交換。為了達到信息交換的目的，IEC61850-8-1 部分定義了抽象服務(wù)到 MMS 的標(biāo)準(zhǔn)映射，即特殊通信服務(wù)映射(SCSM)。IEC61850-8-1 中定義的特殊通信服務(wù)映射 SCSM 就是將 IEC61850-7-2提供的抽象服務(wù)映射到 MMS 以及其它的 TCP/IP 與以太網(wǎng)。在 IEC61850-7-2中定義的不同控制模塊通過 SCSM 被映射到 MMS 中的各個部分（如虛擬制造設(shè)備 VMD、域 Domain、命名變量、命名變量列表、日志、文件管理等），控制模塊包含的服務(wù)則被映射到 MMS 類的相應(yīng)服務(wù)中去。通過特殊通信服務(wù)映射SCSM ， ACSI 與 MMS 之間建立起一一對應(yīng)的關(guān)系， ACSI 的對象（即IEC61850-7-2 中定義的類模型）與 MMS 的對象一一對應(yīng)，每個對象內(nèi)所提供的服務(wù)也一一對應(yīng)。3.3.2 間隔層與過程層的網(wǎng)絡(luò)映射ACSI 到單向多路點對點的串行通信連接用于電子式電流互感器和電壓互感器，輸出的數(shù)字信號通過合并單元（Merging Unit）傳輸?shù)诫娮邮綔y量儀器和電子式保護設(shè)備。IEC61850-7-2 定義的采樣值傳輸類模型及其服務(wù)通過 IEC61850-9-1 定義的特殊通信服務(wù)映射 SCSM 與 OSI 通信棧的鏈路層直接建立單向多路點對點的連接，從而實現(xiàn)采樣值的傳輸，其中鏈路層遵循 ISO/IEC8802-3 標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850-9-2 定義的特殊通信服務(wù)映射 SCSM 是對 IEC61850-9-1 的補充，目的在于實現(xiàn)采樣值模型及其服務(wù)到通信棧的完全映射。IEC61850-7-2 定義的采樣值傳輸類模型及其服務(wù)通過特殊通信服務(wù)映射 SCSM，在混合通信棧的基礎(chǔ)上，利用對 ISO/IEC8802-3 過程總線的直接訪問來實現(xiàn)采樣值的傳輸。3.4 一致性測試一致性測試是驗證 IED 通信接口與標(biāo)準(zhǔn)要求的一致性。它驗證串行鏈路上數(shù)據(jù)流與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條件的一致性，如訪問組織、幀格式、位順序、時間同步、定時、信號形式和電平，以及對錯誤的處理。測試方應(yīng)進行以被測方提供的在 PICS（協(xié)議實現(xiàn)一致性陳述），PIXIT（協(xié)議實現(xiàn)之外的信息）和 MICS（模型實現(xiàn)一致性陳述）中定義的能力為基礎(chǔ)的一致性測試。在提交測試設(shè)備測試時，被測方應(yīng)提供以下幾點內(nèi)容：1) 測試設(shè)備的準(zhǔn)備；2) PICS，也被稱為 PICS 示范，是被測系統(tǒng)能力的總結(jié)；3) PIXIT，包括系統(tǒng)特定信息，涉及被測系統(tǒng)的容量；4) MICS，詳細(xì)說明由系統(tǒng)或設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對象模型元素；5) 設(shè)備安裝和操作的詳細(xì)的指令指南。一致性測試的要求分成以下兩類：1）靜態(tài)一致性需求，對其測試通過靜態(tài)一致性分析來實現(xiàn)；2）動態(tài)一致性需求，對其測試通過測試行為來進行。靜態(tài)和動態(tài)的一致性需求應(yīng)該在 PICS 內(nèi)，PICS 用于三種目的：a) 適當(dāng)?shù)臏y試集的選擇；b) 保證執(zhí)行的測試適合一致性要求；c) 為靜態(tài)一致性觀察提供基礎(chǔ)。一個網(wǎng)絡(luò)上的后臺負(fù)載可由另外的一個負(fù)載仿真器提供，包含電流電壓互感器和仿真開關(guān)，進行環(huán)境仿真，并與通信仿真器互相通信。可以采用 Omicron 公司的 CMC Test Set。用一個網(wǎng)絡(luò)分析儀來監(jiān)控測試過程中出現(xiàn)的錯誤，分析所得檢測結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠采集并分析以太網(wǎng)絡(luò)上IEC 61850 的信息流量，在此它可以用來記錄網(wǎng)絡(luò)事件、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全以及建立連接并檢驗系統(tǒng)配置等。分析儀在鑒別和最小化互操作危險方面扮演很重要的角色。分析儀可應(yīng)用KEMA公司的UniCA 61850 Analyzer。它不但可以以人們可以讀懂的格式顯示通信包，還可以分析和報告檢查到的錯誤。還有一個時間控制器用來監(jiān)控時間同步。以上設(shè)備組成 IEC 61850 一致性測試的框架結(jié)構(gòu)。如果開發(fā)的裝置即被測設(shè)備作為客戶運行，則通信仿真器將作為仿真服務(wù)器的角色運行；若開發(fā)的裝置要作為服務(wù)器運行，則通信仿真器將用作仿真客戶來測試以驗證其要求的通信功能。智能電網(wǎng)的智能配調(diào)智能調(diào)度是電力系統(tǒng)進行智能化的核心環(huán)節(jié)之一，智能配調(diào)技術(shù)在配電網(wǎng)智能化中起著關(guān)鍵性的作用。本章節(jié)對目前國內(nèi)外的配調(diào)技術(shù)進行初步的探索和整理。1.1 智能配調(diào)的目標(biāo)與要求智能配電網(wǎng)，就是配電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過先進的傳感測量技術(shù)、信息處理技術(shù)、通信技術(shù)以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用來實現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠的運行。智能調(diào)配的目標(biāo)就是實現(xiàn)配電網(wǎng)在正常運行下完善的運行、監(jiān)測、保護、控制、優(yōu)化、管理和故障情況下的緊急控制和智能處理，最終為用戶提供優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、經(jīng)濟的電力供應(yīng)。電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度是實現(xiàn)電能可靠交易的必要條件，是實現(xiàn)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、管理、運行效益最優(yōu)的基本保障。電能的特性決定了必須設(shè)置足夠的發(fā)電備用才能保證系統(tǒng)安全、可靠、連續(xù)供電。電力調(diào)度中心，作為電網(wǎng)運行的直接生產(chǎn)單位隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展也面臨著一場巨大的變革。為了滿足未來智能電網(wǎng)的需求，電力智能調(diào)配中心對配電網(wǎng)調(diào)度管理提出了更高的要求：1）智能調(diào)度要將配電網(wǎng)實時運行與離線管理數(shù)據(jù)高度融合、深度繼承，實現(xiàn)設(shè)備管理、檢修管理、停電管理以及用電管理的信息化和一體化； 2）智能調(diào)度要使配電網(wǎng)具有自愈控制能力，能夠及時檢測出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障并進行相應(yīng)的糾正性操作，使其不影響用戶的正常供電或?qū)⑵溆绊懡抵磷钚。?）智能調(diào)度要能夠提供快速預(yù)測性分析，通過現(xiàn)有的電力系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)想任何突發(fā)事件的影響來對電力系統(tǒng)進行評估。1.2 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)1.2.1電網(wǎng)調(diào)度自動化的發(fā)展與概述電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是指直接為電網(wǎng)運行服務(wù)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，同時還是在線為各級電力調(diào)度機構(gòu)生產(chǎn)運行人員提供電力系統(tǒng)運行信息、分析決策工具和控制手段的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟可靠運行的重要支柱手段之一。 隨著電網(wǎng)不斷的發(fā)展，電網(wǎng)的運行和管理需求也在不斷地變化，要保證電力生產(chǎn)的安全有序進行，作為重要支柱的調(diào)度自動化系統(tǒng)要適應(yīng)電網(wǎng)需求的發(fā)展。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行起著不可或缺的作用。 電網(wǎng)調(diào)度自動化發(fā)展至今已經(jīng)到了第四代。 20 世紀(jì) 70 年代產(chǎn)生了基于專用機和專用操作系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）的第一代系統(tǒng)，其功能在單機上實現(xiàn)。 在 80 年代，出現(xiàn)了調(diào)度主機雙機熱備用的第二代系統(tǒng)，其特點是基于通用計算機和集中式的 SCADA/能量管理系統(tǒng)（EMS），部分 EMS 應(yīng)用軟件開始實用化。20 世紀(jì) 90 年代開始， 第三代開放分布式的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)（SCADA/EMS）的應(yīng)用，配備完善的高級應(yīng)用（PAS）、網(wǎng)絡(luò)分析（NA）、調(diào)度培訓(xùn)（DTS）、以及調(diào)度管理信息系統(tǒng)（DMIS）等，全面采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、通信中間件技術(shù)、WEB 技術(shù)、國際標(biāo)準(zhǔn)等，實現(xiàn)了真正的開放系統(tǒng)。高性能計算機以及完善的能量管理系統(tǒng)（EMS）在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，將電網(wǎng)調(diào)度自動化水平提高到一個新的階段?；诰喼噶罴嬎銠C（RISC）/UNIX 的開放分布式 EMS 就屬于第 3 代產(chǎn)品，采用商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和先進的圖形顯示技術(shù)，EMS應(yīng)用軟件更加豐富和完善，其主要特征是基于RISC圖形工作站的統(tǒng)一支持平臺的功能分布式系統(tǒng)。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技