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IEC 61850通信協議體系介紹和分析
任雁銘 秦立軍 楊奇遜
關鍵詞： 變電站； 自動化系統； 通信協議； 互操作性
中圖分類號： TM 73； TM 764
STUDY ON IEC 61850 COMMUNICATION PROTOCOL ARCHITECTURE
Ren Yanming, Qin Lijun, Yang Qixun
(North China Electric Power University, Beijing 100085, China)
Keywords: substation; automation system; communication protocol; interoperation
0 引言
變電站自動化技術發展很快，國內外廠商相繼推出了多種變電站自動化系統產品。爲使不同廠商的產品具有互操作性（interoperation），IEC已制定關於變電站自動化系統的通信網絡和系統的國際標準IEC 61850。儘管IEC 61850現在只擬出了委員會草案，還沒有公佈正式版本，但研究和分析其特點，對於我們瞭解變電站自動化技術發展的國際大趨勢和設計新系統還是很有益處的。本文將對IEC 61850通信體系做簡要的分析和介紹。
1 IEC 61850的歷史背景和組成
爲適應變電站自動化技術的迅速發展，1995年國際電工委員會第57技術委員會（IEC TC57）爲此成立了3個工作組10，11，12（WG10/11/12），負責制定IEC 61850標準。工作組成員分別來自歐洲、北美和亞洲國家，他們有電力調度、繼電保護、電廠、操作運行及電力企業的技術背景，其中有些成員參加過北美及歐洲一些標準的制定工作。3個工作組有明確的分工：第10工作組負責變電站數據通信協議的整體描述和總體功能要求；第11工作組負責站級數據通信總線的定義；第12工作組負責過程級數據通信協議的定義。這3個工作組參考和吸收了已有的許多相關標準，其中主要有：①IEC 870—5—101遠動通信協議標準［1］；②IEC 870—5—103繼電保護信息接口標準［2］；③UCA 2.0［3］（utility communication architecture 2.0)，由美國電科院制定的變電站和饋線設備通信協議體系；④ISO/IEC 9506製造商信息規範MMS［4］（manufacture message specification）。
1999年3月，3個工作組提出了IEC 61850 委員會草案版本［5］。從該版本看，IEC 61850標準共分爲10個部分：
a. IEC 61850—1 基本原則，包括IEC 61850的介紹和概貌。
b. IEC 61850—2 術語。
c. IEC 61850—3 一般要求，包括質量要求（可靠性、可維護性、系統可用性、輕便性、安全性），環境條件，輔助服務，其他標準和規範。
d. IEC 61850—4 系統和工程管理，包括工程要求（參數分類、工程工具、文件），系統使用週期（產品版本、工程交接、工程交接後的支持），質量保證（責任、測試設備、典型測試、系統測試、工廠驗收、現場驗收）。
e. IEC 61850—5 功能和裝置模型的通信要求，包括邏輯節點的途徑（access of logical nodes)，邏輯通信鏈路，通信信息片PICOM（piece of information for communication）的概念，功能的定義。
f. IEC 61850—6 變電站自動化系統結構語言，包括裝置和系統屬性的形式語言描述。
g. IEC 61850—7—1 變電站和饋線設備的基本通信結構——原理和模式。
h. IEC 61850—7—2 變電站和饋線設備的基本通信結構——抽象通信服務接口ACSI（abstract communication service interface），包括抽象通信服務接口的描述，抽象通信服務的規範，服務數據庫的模型。
i. IEC 61850—7—3 變電站和饋線設備的基本通信結構——公共數據級別和屬性，包括抽象公共數據級別和屬性的定義。
j. IEC 61850—7—4 變電站和饋線設備的基本通信結構——兼容的邏輯節點和數據對象DO (data object)尋址，包括邏輯節點的定義，數據對象及其邏輯尋址。
k. IEC 61850—8 特殊通信服務映射SCSM（special communication service mapping），到變電站和間隔層內以及變電站層和間隔層之間通信映射。
l. IEC 61850—9 特殊通信服務映射SCSM，即間隔層和過程層內以及間隔層和過程層之間通信的映射。
m. IEC 61850—10 一致性測試。
從IEC 61850通信協議體系的組成可以看出，這一體系對變電站自動化系統的網絡和系統做出了全面、詳細的描述和規範。
2 IEC 61850的特點
IEC 61850是關於變電站自動化系統的第1個完整的通信標準體系。與傳統的通信協議體系相比，在技術上IEC 61850有如下突出特點：①使用面向對象建模技術；②使用分佈、分層體系；③使用抽象通信服務接口（ACSI）、特殊通信服務映射SCSM技術；④使用MMS技術；⑤具有互操作性；⑥具有面向未來的、開放的體系結構。
3 變電站自動化系統接口模型
IEC 61850按照變電站自動化系統所要完成的控制、監視和繼電保護三大功能從邏輯上將系統分爲3層，即變電站層、間隔層和過程層，並定義了3層間的9種邏輯接口。IEC 61850給出的變電站自動化系統接口模型如圖1所示。過程層主要完成開關量I/O、模擬量採樣和控制命令的發送等與一次設備相關的功能。過程層通過邏輯接口④和接口⑤與間隔層通信。間隔層的功能是利用本間隔的數據對本間隔的一次設備產生作用，如線路保護設備或間隔單元控制設備就屬於這一層。間隔層通過邏輯接口④和接口⑤與過程層通信，通過邏輯接口③完成間隔層內部的通信功能。變電站層的功能分爲2類：一是與過程相關的功能，主要指利用各個間隔或全站的信息對多個間隔或全站的一次設備發生作用的功能，如母線保護或全站範圍內的閉鎖等，變電站層通過邏輯接口⑧完成通信功能；二是與接口相關的功能，主要指與遠方控制中心、工程師站及人機界面的通信，通過邏輯接口①，⑥，⑦完成通信功能。
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