61850 中變電站的配置

618502011-05-0723:2761850中變電站的配置進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)配置文件的結(jié)構(gòu)、配置的流程，得到了理想的IEC61850通信程序模型；針對(duì)應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)通信的安全問(wèn)題提出了建議和策略。該研究為開發(fā)符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信系統(tǒng)提供了依據(jù)。0引言IEC61850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)(IECTC57)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(guò)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IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，美、德、荷蘭等國(guó)都建有示范工程，而應(yīng)用IEC61850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。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的正在我國(guó)電力系統(tǒng)普及發(fā)展，而符合IEC61850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。1IEC61850的內(nèi)涵分析1.1IEC61850技術(shù)特點(diǎn)分析IEC61850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IEC61850有明顯的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)分層技術(shù):IEC61850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(guò)程層以及各層之間的接口意義。將由一次設(shè)備組成的過(guò)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。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(lái)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。抽象服務(wù)通信接口技術(shù):IEC61850為實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)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)。1.2IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)內(nèi)涵作為下一代變電站的無(wú)縫通信標(biāo)準(zhǔn)，IEC61850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IEC61850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IEC61850的本質(zhì)是應(yīng)用IEC61850的基礎(chǔ)。IEC61850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(wèn)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(wèn)題。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的思路與以往IEC60870等標(biāo)準(zhǔn)在解決信息表達(dá)與傳輸問(wèn)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(lái)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(lái)解決變電站中的信息交互問(wèn)題，因此IEC61850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(wèn)題的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案。IEC61850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ASN.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XML1.0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(lái)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1IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的異構(gòu)信息集成技術(shù)2IEC61850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(SubSTationCONfigurationDescript.ionLanguage，SCL)是IEC61850規(guī)定的基于XML1.0，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。IEC61850..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、IP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，SUN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IEC61850..6與IEC61850..7對(duì)變電站的抽象模型框架提供的IED就可以通過(guò)各自的IED配置工具和系統(tǒng)配置工具通過(guò)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(guò)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IEC61850互操作性體現(xiàn)之一。IED，DataTypeTemplates。Header圖2為一"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，IED，DataTypeTemplates。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。Substalioaxs：norin^lizedStrinrequiredversionSubstalioaxs：norin^lizedStrinrequiredversionxs：normalizedStrinrevisonKs：itoririiLizsdStriTitoclID^s：noriFi&liz^dStrinnan&StructurerequiredDataTypeTNaplate5;圖2系統(tǒng)配置文件的基本結(jié)構(gòu)圖。2.2變電站配置的流程與技術(shù)配置的主要流程如圖3所示，配置的過(guò)程主要分為四步，首先是廠家提供的IED配置器工具將產(chǎn)生IED設(shè)備的ICD能力描述文件，然后傳遞到系統(tǒng)的子站端，根據(jù)系統(tǒng)的集成規(guī)范SSD以及系統(tǒng)端的配置器，生成系統(tǒng)端的描述文件SCD，再將SCD發(fā)送回IED的配置器，最終獲得IED的配置文件CID。配置文件主要包含如何進(jìn)行通信，在系統(tǒng)所處的位置的描述，相關(guān)的鏈接通信節(jié)點(diǎn)，以及報(bào)告節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集設(shè)置等相關(guān)約定，同時(shí)ACSI到MMS映射的實(shí)現(xiàn)、MMS通信服務(wù)過(guò)程中需要借助CID配置文件，解析出其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息作為參數(shù)，比如GOOSE報(bào)文的接收端MAC地址。圖3配置流程圖。通過(guò)采用XML的配置可以實(shí)現(xiàn)裝置的功能自動(dòng)組合，裝置內(nèi)的程序可以通過(guò)直接修改配置文件而動(dòng)態(tài)的改變裝置所具有的功能，比如修改邏輯節(jié)點(diǎn)或

者數(shù)據(jù)集等，從而實(shí)現(xiàn)裝置側(cè)的程序通用，對(duì)于廠家而言，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的通信程序，然后根據(jù)具體特定裝置功能需求，設(shè)計(jì)配置不同的XML文件即可實(shí)現(xiàn)不同裝置的通信。最理想的IEC61850通信程序(見(jiàn)圖4)的明顯優(yōu)勢(shì)在于：程序一次編譯完成，可以只需要簡(jiǎn)單的修改配置文件就可以應(yīng)用到各個(gè)裝置設(shè)備中，綜合自動(dòng)化后臺(tái)通過(guò)讀取裝置配置文件就可以自動(dòng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)裝置接入與生成。符OJEC61850-6XML配置文件IEC61850符OJEC61850-6XML配置文件IEC61850通信

通用程序程序包含的邏機(jī)節(jié)點(diǎn)與變雖等應(yīng)用需要的

邏輯節(jié)點(diǎn)與變筮等

通過(guò)對(duì)不同的設(shè)備采用不同的配置文件，一個(gè)程序適用于不同

設(shè)備，程序開發(fā)一次完成，在不同設(shè)備運(yùn)用場(chǎng)合程序不需要

重新編譯,可以方便地根據(jù)實(shí)際需求添加邏輯節(jié)電、熾;:笠圖4理想的IEC61850通信程序。3IEC61850應(yīng)用安全問(wèn)題IEC61850的應(yīng)用依賴于一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因此，當(dāng)前電力系統(tǒng)在解決了信息異構(gòu)集成問(wèn)題后，突出面臨的一個(gè)問(wèn)題就是如何構(gòu)造一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，WG15已經(jīng)開始專注于電力數(shù)據(jù)和通信安全領(lǐng)域，來(lái)保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)安全防護(hù)重點(diǎn)在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站分層中提出了過(guò)程層，并在這一層也采用以太網(wǎng)通信完全替代原來(lái)傳統(tǒng)的硬接線方式。由于在過(guò)程層中諸如跳閘的GOOSE報(bào)文要求在4ms內(nèi)到達(dá)通信接收的另一端，與以太網(wǎng)在變電站層和間隔層相比需要保障更高的安全可靠性，因此，如何保障變電站內(nèi)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的安全性問(wèn)題比以往顯得更為突出和重要。從應(yīng)用安全的角度出發(fā)，基于IEC61850的變電站通信系統(tǒng)應(yīng)具備以下防御措施：采用VPN技術(shù)解決端到端的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。主要采用隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)、使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)等四項(xiàng)技術(shù)來(lái)保證安全。通過(guò)安全策略和安全規(guī)則的制定，把網(wǎng)絡(luò)劃分成不同的安全區(qū)域，控制VPN通道內(nèi)不同的安全區(qū)域之間的訪問(wèn)，可以進(jìn)一步減少了內(nèi)部竊聽的風(fēng)險(xiǎn)和不安全因素，使網(wǎng)絡(luò)的安全性得到進(jìn)一步的提升。采用SSL/TLS加密技術(shù)，對(duì)變電站通信系統(tǒng)中面向連接通信機(jī)制的服務(wù)器連接進(jìn)行授權(quán)驗(yàn)證，在對(duì)象建模中對(duì)不同用戶加入訪問(wèn)權(quán)限限制，并報(bào)告試圖進(jìn)行未授權(quán)下的訪問(wèn)操作。采用SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)來(lái)管理變電站通信網(wǎng)絡(luò)，定期建立數(shù)據(jù)備份與實(shí)施冗余機(jī)制。建立入侵監(jiān)測(cè)防御措施，建立控制中心安全策略應(yīng)對(duì)措施，基于IEC61850的變電站通信系統(tǒng)控制中心應(yīng)采取多層安全機(jī)制保證，當(dāng)受到攻擊時(shí)可以降低使用情況而不至于系統(tǒng)癱瘓。除了以上從技術(shù)的角度應(yīng)對(duì)電網(wǎng)安全問(wèn)題外，還應(yīng)注意人員的管理與安全意識(shí)、工程施工等與電網(wǎng)安全運(yùn)行密切相關(guān)的因素。4結(jié)語(yǔ)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為未來(lái)國(guó)際變電站的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在逐步走向成熟。本文為了IEC61850具體應(yīng)用中IED設(shè)備開發(fā)的目的，對(duì)IEC61850的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，首次提出IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)異構(gòu)信息進(jìn)行集成的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，應(yīng)用XML技術(shù)具體對(duì)IEC61850