IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)分析研究

引言

　　IEC 61850 是國際電工委員會負(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( IEC TC57)制定的關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的一個(gè)國際標(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)方面追趕國際先進(jìn)水平。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的正在我國電力系統(tǒng)普及發(fā)展， 而符合IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的開發(fā)， 需要對標(biāo)準(zhǔn)的深刻理解與掌握， 本文對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。

　　( 1) 系統(tǒng)分層技術(shù): IEC 61850 明確了變電站自動化系統(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)場總線等各類通信體系， 而且客戶只需改動特定通信服務(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， 利用A SN. 1 的二進(jìn)制編碼信息傳輸效率優(yōu)勢， 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)描述的語言。IEC 61850..6 部分規(guī)范了SCL 語言規(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XML 的處理獨(dú)立于操作系統(tǒng)平臺、編程語言等等。因此采用SCL 語言描述以后使得變電站系統(tǒng)集成變得更為簡單， 各廠商一致采用IEC 61850..6 與IEC 61850..7 對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、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。