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(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、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(shì)。智能變電站是通過(guò)采用先進(jìn)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(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)時(shí)全景監(jiān)測(cè)、自動(dòng)運(yùn)行控制、設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)、智能分析決策等功能，對(duì)智能電網(wǎng)安全狀態(tài)評(píng)估/預(yù)警/控制、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)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(tái)，實(shí)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(duì)象統(tǒng)一配置保護(hù)和自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)(Substation Automation Sysetm，SAS)在我國(guó)應(yīng)用發(fā)展十多年來(lái)，為保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(dòng)化功能獨(dú)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(wèn)題。這些問(wèn)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(shí)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(chǎng)化改革的深入對(duì)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shí)現(xiàn)的集成控制越來(lái)越多，數(shù)字化、信息化以及信息模型化的要求越來(lái)越迫切，數(shù)字化變電站成為SAS的發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(lái)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?，F(xiàn)行的各種規(guī)約都有各自的特點(diǎn)，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(dòng)化系統(tǒng)集成過(guò)程中面臨的最大障礙是不同廠家的職能設(shè)備（簡(jiǎn)稱IED），甚至同一廠家不同型號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)IED互聯(lián)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)和意義。因此，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能之外，還應(yīng)具備互操作性的開(kāi)放式系統(tǒng)連接。為適應(yīng)變電站自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，1995年國(guó)際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)(IECTC57)專門成立了3個(gè)工作組WG10111/12，負(fù)責(zé)制定IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。工作組成員分別來(lái)自歐洲、北美和亞洲國(guó)家，他們有電力調(diào)度、繼電保護(hù)、電廠、操作運(yùn)行及電力企業(yè)的技術(shù)背景，其中有些成員參加過(guò)北美及歐洲標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。3個(gè)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(jí)數(shù)據(jù)通信總線的定義；第12工作組負(fù)責(zé)過(guò)程級(jí)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義。這3個(gè)工作組在工作過(guò)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(dòng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；B)IEC60870-5-103繼電保護(hù)信息接口標(biāo)準(zhǔn)；C)UCA2.0(Utilify Communications Arehiteeture2.0)，由美國(guó)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(bào)文規(guī)范MMS(Manufacturing Message Specification).1999年3月，3個(gè)工作組提出了IEC61850委員會(huì)草案版本。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)共分為10個(gè)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(gè)部分。我們國(guó)家也從2002年開(kāi)始對(duì)IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(huì)的 3 個(gè)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(hù)等相關(guān)工作。目前正在制訂的 IEC 61850第 2 版(簡(jiǎn)稱 IEC61850 Ed2)已經(jīng)將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)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(dòng)化的各個(gè)方面。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的目的既不是對(duì)在變電站運(yùn)行的功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，也不是對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的映射分配進(jìn)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(guò)對(duì)變電站運(yùn)行功能進(jìn)行識(shí)別和描述，分析運(yùn)行功能對(duì)通信協(xié)議要求的影響(被交換的數(shù)據(jù)總量、交換時(shí)間約束等)，將應(yīng)用功能和通信分開(kāi)，對(duì)應(yīng)用功能和通信之間的中性接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，允許在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的組件之間進(jìn)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(diǎn)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(duì)象，并提供了擴(kuò)展新的邏輯節(jié)點(diǎn)的方法，規(guī)定了數(shù)據(jù)對(duì)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(jī)地結(jié)合在一起，解決了面向?qū)ο笞晕颐枋龅膯?wèn)題。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(duì)象、和應(yīng)用功能發(fā)展的要求，是保證實(shí)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(shí)現(xiàn)互操作和系統(tǒng)無(wú)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(dòng)化系統(tǒng)的范圍，將會(huì)擴(kuò)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(tái)的工業(yè)控制的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外電力設(shè)備生產(chǎn)商都在圍繞IEC61850開(kāi)展研究和應(yīng)用工作，并提出IEC61850的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)“即插即用”，在工業(yè)控制通信上最終實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)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(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：l)互操作性來(lái)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(qiáng)調(diào)了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的自動(dòng)化功能的可分布性，而不僅僅是自動(dòng)化裝置的分布，它可實(shí)現(xiàn)跨越自動(dòng)化裝置邊界的自動(dòng)化功能之間的協(xié)調(diào)配合。3)可擴(kuò)充性由于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的復(fù)雜性和用戶需求的個(gè)性化，IEC61850必須具有可擴(kuò)充性，因此應(yīng)面向變電站自動(dòng)化的所有應(yīng)用，全面地支持信息擴(kuò)充。4)長(zhǎng)期穩(wěn)定性為了適應(yīng)歷史的、目前的和未來(lái)的通信技術(shù)，IEC61850對(duì)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(gè)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(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)系列的結(jié)構(gòu)與框架進(jìn)行介紹外，還介紹標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信技術(shù)發(fā)展的適用性。第二部分術(shù)語(yǔ)集：介紹標(biāo)準(zhǔn)的特定術(shù)語(yǔ)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(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的總體要求，重點(diǎn)是對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量要求，同時(shí)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(duì)相關(guān)的特定要求提出了建議。第四部分系統(tǒng)與項(xiàng)目管理：介紹系統(tǒng)與項(xiàng)目管理的過(guò)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(hào)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(dòng)化系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)功能的通信要求與設(shè)備模型，對(duì)所有已知的功能和它們的通信要求均加以辨別。在IEC618505中對(duì)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(shí)現(xiàn)互操作性。第六部分變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中IED的通信配置描述語(yǔ)言SCL：規(guī)定了描述變電站主接線、自動(dòng)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(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，分為四個(gè)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)協(xié)作功能并且獨(dú)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(diǎn)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(guò)局域網(wǎng)將ACSI的對(duì)象與服務(wù)映射到MMS從而實(shí)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(guò)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(bào)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(guò)單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信連接的模擬采樣值。第十部分一致性測(cè)試：定義了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備一致性測(cè)試的方法，還給出了用于設(shè)置測(cè)試環(huán)境以便進(jìn)行一致性研究并建立有效性的準(zhǔn)則。由以上10個(gè)部分可見(jiàn)，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)不同與以往的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信協(xié)議之處在于，除了定義變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信要求和數(shù)據(jù)交換外，還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)、體系結(jié)構(gòu)、對(duì)象模型、項(xiàng)目管理控制以及一致性測(cè)試方法等進(jìn)行了全面詳盡的描述與規(guī)范。這10個(gè)部分主要圍繞四個(gè)方面：變電站自動(dòng)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(yǔ)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(guò)渡成智能變電站是必然的趨勢(shì)。1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀I(lǐng)EC61850從開(kāi)始制定就受到國(guó)際上的廣泛關(guān)注。國(guó)外初期的研究是旨在驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的可行性和效率上，其后則是為實(shí)現(xiàn)互操作性而進(jìn)行相關(guān)的示范項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐研究。在變電站通信網(wǎng)絡(luò)性能分析、實(shí)時(shí)性改進(jìn)措施和引起報(bào)文的延時(shí)不確定性分析等方面的理論研究并未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，主要研究工作都在各示范項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用其實(shí)踐數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)并催進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善。在制定IEC61850的過(guò)程中，美國(guó)、德國(guó)、荷蘭等國(guó)都進(jìn)行了示范工程和互操作實(shí)驗(yàn)，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(guó)由FGH、VEW、ABB、ALSTOM和SIEMENS幾家公司聯(lián)合建立了一個(gè)示范項(xiàng)目一一變電站開(kāi)放式通信(opencommunicationin Substations，OCIS)項(xiàng)目，建立這個(gè)項(xiàng)目的主要目的是：比較并測(cè)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(shí)；推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程；確信該標(biāo)準(zhǔn)符合歐洲市場(chǎng)的需要；考慮VDEW的建議。2000年，為了驗(yàn)證IEC61850的可行性，瑞士的ABB和德國(guó)的SIEMENS等公司聯(lián)合搭建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，經(jīng)驗(yàn)證，IEC61850完全滿足變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(guó)UCA用戶協(xié)會(huì)進(jìn)行試驗(yàn)，并于當(dāng)年5月在加拿大Utility Initiative會(huì)議上進(jìn)行了演示。實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試了跳閘命令的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性以及面向通用對(duì)象的變電站事件(Generic Objeet Oriented Substation Event，GOOSE)和變電站配置語(yǔ)言(SubstationCOnfiguration Language，SCL)的基本概念等，結(jié)果證明了GOOSE跳閘命令，并驗(yàn)證了使用SCL配置來(lái)自不同廠商設(shè)備的GOOSE的能力.此次演示活動(dòng)被認(rèn)為是IEC61850成為全球標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中的里程碑。2002年1月，ABB和SIEMENS在美國(guó)針對(duì)采樣值的網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行了試驗(yàn)，主要測(cè)試了遵行IEC61850-9的電子式電流/電壓互感器、保護(hù)裝置、計(jì)量裝置之間的互操作性以及支持IEC61850-9的第一批樣機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果表明按照IEC61850-9-1以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(jī)上是實(shí)現(xiàn)過(guò)程總線解決方案的第一步。2002年9月，ABB、SIEMENs和OMECRON在美國(guó)UtilityInitiative會(huì)議上進(jìn)行了互操作測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證明了采樣值報(bào)文和GOOSE報(bào)文在統(tǒng)一通信總線上傳輸?shù)幕ゲ僮餍浴准夜驹诖嗽囼?yàn)成功的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了后期實(shí)驗(yàn)，例如間隔層的設(shè)備之間通過(guò)GOOSE報(bào)文傳輸命令的性能、配置數(shù)據(jù)的處理、系統(tǒng)啟動(dòng)、時(shí)間同步、報(bào)告超測(cè)、客戶機(jī)/服務(wù)器機(jī)制和通過(guò)SCL配置文件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)等實(shí)驗(yàn)，從而驗(yàn)證IEC61850的性能、正確性和可行性。2003年4月在美國(guó)正EE/PES變電站委員會(huì)年會(huì)上，ABB、ALSTOM和SIEMENS演示了在以太網(wǎng)上傳輸跳閘信號(hào)GOOSE報(bào)文的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)試聯(lián)鎖跳閘等功能的性能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。2003年到2004年，幾家公司和組織針對(duì)過(guò)程層和變電站層之間的控制功能和通信性能進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，主要測(cè)試了基于TCP/IP和MMS的報(bào)文傳輸?shù)奶匦裕Ⅱ?yàn)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(tuán)EPTD在瑞士承建了世界上第一個(gè)運(yùn)用IEC61850通信協(xié)議的電站自動(dòng)化系統(tǒng)。西門子全球運(yùn)用同樣協(xié)議的第100個(gè)工程實(shí)例位于上海西南郊區(qū)的南橋500kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)己于2005年順利投入運(yùn)行，該工程也是IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)較早在國(guó)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(dòng)進(jìn)行路由切換的光以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，支持快速生成樹(shù)協(xié)議IEEE802.w，生成樹(shù)協(xié)議通過(guò)從網(wǎng)絡(luò)化物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建一個(gè)無(wú)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(shí)間可小于30m。2006年底以前，全球有超過(guò)300個(gè)變電站已應(yīng)用IEC61850協(xié)議。美國(guó)已經(jīng)有300多個(gè)變電站采用或部分采用IEC61850，后續(xù)還有5000個(gè)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(cè)控裝置、操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)基于IEC61850，保護(hù)裝置為IEC60870-5-103協(xié)議和MODBUS協(xié)議，GIS監(jiān)視系統(tǒng)、計(jì)量為MODBUS協(xié)議，遠(yuǎn)動(dòng)為IEC60870-5-104協(xié)議和IEC60870-5-101協(xié)議。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控裝置兼作本間隔的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，操作員站為主備機(jī)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和客戶/服務(wù)器通信。1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)正式確定了將IEC61850轉(zhuǎn)化為我國(guó)國(guó)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(duì)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(jì)了較為詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方案。b)基于IEC61850的保護(hù)裝置建模。建立了保護(hù)裝置的IEc61850信息模型，基于IEc61850的自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì).c)通信服務(wù)及映射實(shí)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(guó)內(nèi)學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)近年來(lái)提出來(lái)的，國(guó)際國(guó)內(nèi)均沒(méi)有針對(duì)/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(guò)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(shí)，在微機(jī)繼電保護(hù)及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)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(xiàn)對(duì)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(shí)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(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)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(guò)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(guò)程層設(shè)備(可能僅在間隔層和變電站層上實(shí)現(xiàn)IEc61850)。如果數(shù)字化變電站只具備了數(shù)字式過(guò)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(shí)現(xiàn)信息模型化、標(biāo)準(zhǔn)化和互操作，則遠(yuǎn)未實(shí)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(wèn)題，這正是數(shù)字化變電站所要避免的情況。國(guó)內(nèi)己經(jīng)從標(biāo)準(zhǔn)研究過(guò)渡到工程應(yīng)用、產(chǎn)品研發(fā)階段，并已有多個(gè)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站投入運(yùn)行或試運(yùn)行，這表明IEC6185O標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施已推進(jìn)到了一個(gè)新的實(shí)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(yùn)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(guò)鑒定驗(yàn)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(gè)數(shù)字化變電站。該變電站匯集了南瑞(國(guó)電南瑞、南瑞繼保、深圳南瑞)，南自(國(guó)電南自、國(guó)電南思)，北京四方，ABB，西門子等10多個(gè)不同廠家的數(shù)字化保護(hù)與測(cè)控裝置，從過(guò)程層、間隔層、變電站層全面實(shí)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(diǎn)工程，也是國(guó)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(yùn)。它接入四個(gè)國(guó)內(nèi)主要保護(hù)和自動(dòng)化設(shè)備廠家的裝置，接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較多，全站通過(guò)IEC61850接入的間隔層IED數(shù)量為86臺(tái)，從站控層到間隔層全面實(shí)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(yùn)行，后臺(tái)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(dòng)化設(shè)計(jì)的測(cè)控裝置，基于模件的設(shè)計(jì)思想，硬件可靈活組態(tài)，具有實(shí)時(shí)的全站邏輯閉鎖功能，完全支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)一、二次設(shè)備生產(chǎn)廠家相對(duì)獨(dú)立是國(guó)內(nèi)變電站過(guò)程層自動(dòng)化進(jìn)展緩慢的一個(gè)主要原因，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)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(duì)象統(tǒng)一建模；(3)功能與通信解藕；(4)變電站配置語(yǔ)言SCL。2.1 功能分層IEC61850為了完成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的控制、監(jiān)視和繼電保護(hù)三大功能，將變電站自動(dòng)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(guò)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(dòng)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(hù)數(shù)據(jù)；2 IF2：在間隔層和遠(yuǎn)方保護(hù)之間交換保護(hù)數(shù)據(jù)；3 IF3：在間隔層內(nèi)交換數(shù)據(jù)；4 IF4：在過(guò)程層和間隔層之間cr和PT的瞬時(shí)數(shù)據(jù)交換(例如采樣值)：5 IF5：在過(guò)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(guò)程層實(shí)現(xiàn)所有與一次設(shè)備接口相關(guān)的功能，包括開(kāi)入/開(kāi)出，模擬量采樣等。IEC61850要求過(guò)程層ETC/EVT能夠?qū)⒁淮螠y(cè)電流、電壓模擬量采樣值直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送至間隔層，ISG能過(guò)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將開(kāi)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(shí)現(xiàn)保護(hù)和監(jiān)控功能，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級(jí)信息的人機(jī)交互功能，間隔層設(shè)備可以通過(guò)間隔層總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備間相互對(duì)話機(jī)制，間隔層設(shè)備可以集中組屏或就地下放。間隔層與過(guò)程層之間通過(guò)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(cè)控?cái)?shù)據(jù)的交換；間隔層內(nèi)部通過(guò)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(tái)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(hù)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(hù)、測(cè)控?cái)?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(guò)邏輯接口9實(shí)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(shí)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(wú)縫連接網(wǎng)絡(luò)。2.2 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模IEC61850將IED視為客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/server)的運(yùn)行方式，客戶機(jī)代表向其它IED請(qǐng)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(wèn)的自動(dòng)化功能。而IED以客戶機(jī)方式請(qǐng)求或確認(rèn)功能服務(wù)的過(guò)程也就是其它IED以服務(wù)器方式提供功能服務(wù)的過(guò)程，客戶機(jī)的運(yùn)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(jī)主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求目的不需要服務(wù)器響應(yīng)的客戶機(jī)功能，如GooSE)作為建模對(duì)象。IEC61850采用面向?qū)ο蟮慕７椒ǎ菏紫龋x若干語(yǔ)義模型類，用來(lái)規(guī)范變電站自動(dòng)化系統(tǒng)涉及到數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)、操作以及廣義的SCADA語(yǔ)義；接著，對(duì)照語(yǔ)義模型類，將IED的自動(dòng)化功能和相關(guān)信息抽象、分解，并通過(guò)對(duì)語(yǔ)義模型類的繼承、重載或直接引用，生成特定的應(yīng)用實(shí)例：最后，將這些實(shí)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(diǎn)、數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)屬性4個(gè)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(diǎn)和附加的功能服務(wù)聚合而成。2. 邏輯節(jié)點(diǎn)，交換數(shù)據(jù)的最小功能單元，1個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)代表服務(wù)器的1項(xiàng)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(diǎn)進(jìn)行信息交互，并執(zhí)行特定的操作，邏輯節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)屬性列表以及對(duì)應(yīng)的功能服務(wù)聚合而成。3. 數(shù)據(jù)對(duì)象，包含邏輯節(jié)點(diǎn)的所有信息，從不同的CDC及CPDC繼承而來(lái)，是CPDC的命名實(shí)例(NmaedInstnace)。4. 數(shù)據(jù)屬性，數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)涵，是模型中信息的最終承載者。從模型構(gòu)成語(yǔ)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(gè)面向?qū)ο蟮哪Ｐ?，模型中的?shù)據(jù)和功能服務(wù)相互對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)的交換必須通過(guò)對(duì)應(yīng)的功能服務(wù)來(lái)實(shí)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(hù)性。IEC61850采用統(tǒng)一建模語(yǔ)言(Unifide Mdeeling Lnauggae，UML)描述信息模型。一方面，UML是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和分析的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，UML采用可視化建模方法，與編程語(yǔ)言和實(shí)現(xiàn)平臺(tái)無(wú)關(guān)，使用簡(jiǎn)單但能夠準(zhǔn)確的表達(dá)各種復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，并具有良好的系統(tǒng)性和擴(kuò)展性，也適合用于設(shè)計(jì)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(kuò)展的層次化語(yǔ)義空間，成為IED間信息交互的內(nèi)容和方式的約定，是實(shí)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(shí)現(xiàn)。在總結(jié)變電站自動(dòng)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(lái)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(diǎn)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(bào)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(shí)間及時(shí)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(gè)服務(wù)又都定義了服務(wù)的對(duì)象和方式：服務(wù)方式包括服務(wù)的發(fā)起、響應(yīng)和過(guò)程，而服務(wù)的過(guò)程是指某個(gè)具體服務(wù)請(qǐng)求如何被服務(wù)器所響應(yīng)，以及采取什么動(dòng)作在什么時(shí)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(jī)/服務(wù)器模式，諸如控制、讀寫(xiě)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(dú)立于具體網(wǎng)絡(luò)，即功能與通信解藕。功能的最終實(shí)現(xiàn)還需要經(jīng)過(guò)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(shí)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(duì)功能服務(wù)進(jìn)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(bào)文，如圖2-4所示。圖2-4 ACSI向應(yīng)用層的映射ACSI對(duì)信息模型的約束是強(qiáng)制和惟一的，而SCSM的方法卻是多樣和開(kāi)放的。采用不同的SCSM方法，可以滿足不同功能服務(wù)對(duì)通信過(guò)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(shí)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(dòng)ACSI模型，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來(lái)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(jiǎn)單的SCSM方法對(duì)ACSI模型的支持就越不完備，所實(shí)現(xiàn)的功能服務(wù)也就越簡(jiǎn)單。ACSI向不同SCSM映射的過(guò)程，如圖2-5所示。圖2-5 ACSI向不同SCSM的映射IEC61850運(yùn)用ACSI和SCSM技術(shù)不僅實(shí)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(shí)現(xiàn)形式，這是建立統(tǒng)一、開(kāi)放和發(fā)展的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的可行方法。2.4 變電站配置語(yǔ)言SCL在 IEC61850-6 中定義了變電站配置描述語(yǔ)言 SCL，它主要基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML 1.0。SCL 用來(lái)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(shí)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(gè)方面的對(duì)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(diǎn)（access point）接入哪些總線（bus）；（4）邏輯節(jié)點(diǎn)類定義模型，包含數(shù)據(jù)對(duì)象（DO）和服務(wù)；（5）邏輯節(jié)點(diǎn)和一次系統(tǒng)功能關(guān)聯(lián)模型；3 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程開(kāi)發(fā)者只要根據(jù)所要開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，并結(jié)合 IEC61850-5 中對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和邏輯節(jié)點(diǎn)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(méi)有的數(shù)據(jù)類，開(kāi)發(fā)者可以自己定義私有邏輯節(jié)點(diǎn)類)，從IEC61850-7-3 中選擇出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)象類，以這些類作為模板，派生出所需的實(shí)例，這些實(shí)例包括邏輯設(shè)備和邏輯節(jié)點(diǎn)，IEC61850-7-2 中定義的 ACSI 模型和服務(wù)規(guī)范了邏輯節(jié)點(diǎn)通信模型和服務(wù)，然后根據(jù)實(shí)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(jì)。最后根據(jù) IEC61850-10 的規(guī)定，完成兼容性檢測(cè)。整個(gè)過(guò)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(shí)例的過(guò)程，這是使用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)的顯著特點(diǎn)。按照以上方法，整個(gè)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)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(kāi)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(shí)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(shí)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(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程、運(yùn)行、維護(hù)等費(fèi)用，節(jié)約時(shí)間。以下從功能的建模過(guò)程、數(shù)據(jù)的建模過(guò)程、通信服務(wù)的映射、工程與一致性測(cè)試四個(gè)方面予以分析。3.1 功能建模整個(gè)變電站對(duì)象從邏輯上可以看作由分布于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中完成各個(gè)功能模塊的邏輯設(shè)備構(gòu)成。而邏輯設(shè)備中的各個(gè)功能模塊又由若干個(gè)相關(guān)子功能塊，即邏輯節(jié)點(diǎn)（Logic Node）組成，并通過(guò)它的載體IED設(shè)備實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。邏輯節(jié)點(diǎn)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(diǎn)類似積木塊，可以搭建組成任意功能，而且可分布于各個(gè)IED設(shè)備中。邏輯節(jié)點(diǎn)本身進(jìn)行了很好的封裝，各個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)邏輯連接（Logic Connect）進(jìn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換。PICOM 通過(guò) ACSI 服務(wù)實(shí)現(xiàn)傳輸。邏輯節(jié)點(diǎn)的功能任意分布性和它們之間的信息交換使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了功能級(jí)的分布特性。整個(gè) IEC61850 標(biāo)準(zhǔn) 定義了上百個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，涵蓋了保護(hù)、控制和測(cè)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(diǎn)具有可擴(kuò)展性，擴(kuò)展后的邏輯節(jié)點(diǎn)通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)象的自描述特性可以很容易和已有的邏輯節(jié)點(diǎn)兼容。邏輯節(jié)點(diǎn) 0（LLN0）和物理設(shè)備信息邏輯節(jié)點(diǎn)（LPHD）是基本邏輯節(jié)點(diǎn)的特例。其中 LPHD 邏輯節(jié)點(diǎn)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(dòng)次數(shù)、上電檢測(cè)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(wú)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(yùn)行時(shí)間、自診斷結(jié)果等，其它功能邏輯節(jié)點(diǎn)在基本邏輯節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上可根據(jù)自己的需要添加可控?cái)?shù)據(jù)、狀態(tài)信息等其它數(shù)據(jù)對(duì)象。每個(gè)接收邏輯節(jié)點(diǎn)（Receiving LN）應(yīng)該知道需要什么樣的數(shù)據(jù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)，也就是說(shuō)，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(dòng)化這樣的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，最重要的有效性指標(biāo)就是數(shù)據(jù)的時(shí)效。發(fā)送邏輯節(jié)點(diǎn)（SendingLN）設(shè)置大部分的質(zhì)量屬性，接收邏輯節(jié)點(diǎn)的任務(wù)則是判斷數(shù)據(jù)是否過(guò)時(shí)。在以上的要求中，發(fā)送邏輯節(jié)點(diǎn)是主要的數(shù)據(jù)來(lái)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(diǎn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)不能按照正常的方式運(yùn)行，但是可能處于降級(jí)方式。因此，邏輯節(jié)點(diǎn)在正常和降級(jí)兩種方式下的行為都必須予以充分的定義。降級(jí)情況下功能的行為必須根據(jù)功能自身的情況單獨(dú)設(shè)計(jì)，但是需要借助于標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)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(diǎn)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(diǎn)由若干個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象組成，數(shù)據(jù)對(duì)象是 ACSI 服務(wù)訪問(wèn)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(duì)象名。數(shù)據(jù)對(duì)象是由公共數(shù)據(jù)類 CDC(Common Data Class)定義產(chǎn)生的對(duì)象實(shí)體。對(duì)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(duì)象屬性不同。如邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0 中的數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)例定義有很大不同。Beh對(duì)象的stVal值定義為：On、Block、Test、Test/Block、Off，而Health對(duì)象的stVal值定義為：Ok、Warning、Alarm。正是這一特性實(shí)現(xiàn)了用不到 20 個(gè)的公共數(shù)據(jù)類產(chǎn)生近 400 種不同的數(shù)據(jù)對(duì)象。應(yīng)用功能與信息的分解過(guò)程是為了獲得多數(shù)的公共邏輯節(jié)點(diǎn)。首先根據(jù)IEC61850-5 中已經(jīng)定義好的變電站某個(gè)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(gè)體，然后將每個(gè)個(gè)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(cè)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(guò)程是利用邏輯節(jié)點(diǎn)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(lái)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(gè)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(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)就構(gòu)成了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的某個(gè)特定功能，并且邏輯節(jié)點(diǎn)可以被重復(fù)用于描述不同結(jié)構(gòu)和型號(hào)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(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，使用到 450 個(gè)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(guò)端口 102偵聽(tīng)來(lái)自客戶（一般是變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)或調(diào)度中心）的請(qǐng)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(dòng)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(shí)，服務(wù)器才通過(guò)報(bào)告服務(wù)向主站報(bào)告預(yù)先定義好要求報(bào)告的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集，并可通過(guò)日志服務(wù)向循環(huán)緩沖區(qū)中寫(xiě)入事件日志，以供客戶隨時(shí)訪問(wèn)。另外采用面向無(wú)連接的通信方式，可以使設(shè)備通過(guò)組播同時(shí)向多個(gè)設(shè)備或客戶發(fā)送信息。服務(wù)器和客戶之間通過(guò) ACSI 服務(wù)實(shí)現(xiàn)通信，一個(gè) IED 設(shè)備依據(jù)該設(shè)備的功能作用可以包含若干個(gè)服務(wù)器對(duì)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(shí)，可以包含多個(gè)服務(wù)器對(duì)象，否則針對(duì)某一特定功能的IED 設(shè)備一般只包含一個(gè)服務(wù)器對(duì)象即可，而每個(gè)服務(wù)器又由若干邏輯設(shè)備組成，客戶通過(guò) ACSI 服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)，其中服務(wù)器對(duì)象封裝了它的所有數(shù)據(jù)屬性和服務(wù)，通過(guò)外部接口實(shí)現(xiàn)與客戶之間的數(shù)據(jù)交換。ACSI服務(wù)通過(guò)特殊服務(wù)映射SCSM映射到OSI通信模型的應(yīng)用層而實(shí)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(duì)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(bào)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(diǎn)、數(shù)據(jù)對(duì)象映射到 MMS 的命名變量（Named Vaviable）。通過(guò) ACSI 服務(wù)到 MMS 服務(wù)的映射實(shí)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(guò) IEC61850-7-2 提供的抽象服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的信息交換。為了達(dá)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(guò) SCSM 被映射到 MMS 中的各個(gè)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(guò)特殊通信服務(wù)映射SCSM ， ACSI 與 MMS 之間建立起一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系， ACSI 的對(duì)象（即IEC61850-7-2 中定義的類模型）與 MMS 的對(duì)象一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)對(duì)象內(nèi)所提供的服務(wù)也一一對(duì)應(yīng)。3.3.2 間隔層與過(guò)程層的網(wǎng)絡(luò)映射ACSI 到單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(hào)通過(guò)合并單元（Merging Unit）傳輸?shù)诫娮邮綔y(cè)量?jī)x器和電子式保護(hù)設(shè)備。IEC61850-7-2 定義的采樣值傳輸類模型及其服務(wù)通過(guò) 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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，從而實(shí)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(duì) IEC61850-9-1 的補(bǔ)充，目的在于實(shí)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(guò)特殊通信服務(wù)映射 SCSM，在混合通信棧的基礎(chǔ)上，利用對(duì) ISO/IEC8802-3 過(guò)程總線的直接訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸。3.4 一致性測(cè)試一致性測(cè)試是驗(yàn)證 IED 通信接口與標(biāo)準(zhǔn)要求的一致性。它驗(yàn)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(wèn)組織、幀格式、位順序、時(shí)間同步、定時(shí)、信號(hào)形式和電平，以及對(duì)錯(cuò)誤的處理。測(cè)試方應(yīng)進(jìn)行以被測(cè)方提供的在 PICS（協(xié)議實(shí)現(xiàn)一致性陳述），PIXIT（協(xié)議實(shí)現(xiàn)之外的信息）和 MICS（模型實(shí)現(xiàn)一致性陳述）中定義的能力為基礎(chǔ)的一致性測(cè)試。在提交測(cè)試設(shè)備測(cè)試時(shí)，被測(cè)方應(yīng)提供以下幾點(diǎn)內(nèi)容：1) 測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)備；2) PICS，也被稱為 PICS 示范，是被測(cè)系統(tǒng)能力的總結(jié)；3) PIXIT，包括系統(tǒng)特定信息，涉及被測(cè)系統(tǒng)的容量；4) MICS，詳細(xì)說(shuō)明由系統(tǒng)或設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)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(cè)試的要求分成以下兩類：1）靜態(tài)一致性需求，對(duì)其測(cè)試通過(guò)靜態(tài)一致性分析來(lái)實(shí)現(xiàn)；2）動(dòng)態(tài)一致性需求，對(duì)其測(cè)試通過(guò)測(cè)試行為來(lái)進(jìn)行。靜態(tài)和動(dòng)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(cè)試集的選擇；b) 保證執(zhí)行的測(cè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)上的后臺(tái)負(fù)載可由另外的一個(gè)負(fù)載仿真器提供，包含電流電壓互感器和仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)行環(huán)境仿真，并與通信仿真器互相通信?？梢圆捎?Omicron 公司的 CMC Test Set。用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)監(jiān)控測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，分析所得檢測(cè)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(lái)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(yàn)系統(tǒng)配置等。分析儀在鑒別和最小化互操作危險(xiǎn)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(bào)告檢查到的錯(cuò)誤。還有一個(gè)時(shí)間控制器用來(lái)監(jiān)控時(shí)間同步。以上設(shè)備組成 IEC 61850 一致性測(cè)試的框架結(jié)構(gòu)。如果開(kāi)發(fā)的裝置即被測(cè)設(shè)備作為客戶運(yùn)行，則通信仿真器將作為仿真服務(wù)器的角色運(yùn)行；若開(kāi)發(fā)的裝置要作為服務(wù)器運(yùn)行，則通信仿真器將用作仿真客戶來(lái)測(cè)試以驗(yàn)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(jìn)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(duì)目前國(guó)內(nèi)外的配調(diào)技術(shù)進(jìn)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(guò)先進(jìn)的傳感測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠的運(yùn)行。智能調(diào)配的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)在正常運(yùn)行下完善的運(yùn)行、監(jiān)測(cè)、保護(hù)、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(jì)的電力供應(yīng)。電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度是實(shí)現(xiàn)電能可靠交易的必要條件，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、管理、運(yùn)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(yùn)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(chǎng)巨大的變革。為了滿足未來(lái)智能電網(wǎng)的需求，電力智能調(diào)配中心對(duì)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(shí)時(shí)運(yùn)行與離線管理數(shù)據(jù)高度融合、深度繼承，實(shí)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(shí)檢測(cè)出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障并進(jìn)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(cè)性分析，通過(guò)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(lái)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。1.2 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)1.2.1電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展與概述電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是指直接為電網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)還是在線為各級(jí)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)生產(chǎn)運(yùn)行人員提供電力系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)化系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)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(yùn)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(jìn)行，作為重要支柱的調(diào)度自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著不可或缺的作用。 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)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(jī)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(jī)上實(shí)現(xiàn)。 在 80 年代，出現(xiàn)了調(diào)度主機(jī)雙機(jī)熱備用的第二代系統(tǒng)，其特點(diǎn)是基于通用計(jì)算機(jī)和集中式的 SCADA/能量管理系統(tǒng)（EMS），部分 EMS 應(yīng)用軟件開(kāi)始實(shí)用化。20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始， 第三代開(kāi)放分布式的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)（SCADA/EMS）的應(yīng)用，配備完善的高級(jí)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等，實(shí)現(xiàn)了真正的開(kāi)放系統(tǒng)。高性能計(jì)算機(jī)以及完善的能量管理系統(tǒng)（EMS）在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，將電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化水平提高到一個(gè)新的階段。基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）/UNIX 的開(kāi)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(kù)和先進(jìn)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(tái)的功能分布式系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技