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变电(dian)(dian)站自(zi)动(dong)化(hua)技术发展(zhan)很快(kuai)，国(guo)内外厂商相(xiang)继推出(chu)了(le)多种变电(dian)(dian)站自(zi)动(dong)化(hua)系(xi)统(tong)产品。为使不同厂商的(de)(de)(de)产品具(ju)有(you)互操作(zuo)性（interoperation），IEC已制定关于变电(dian)(dian)站自(zi)动(dong)化(hua)系(xi)统(tong)的(de)(de)(de)通(tong)(tong)信(xin)网(wang)络和(he)(he)系(xi)统(tong)的(de)(de)(de)国(guo)际标准IEC 61850。尽管(guan)IEC 61850现在只(zhi)拟出(chu)了(le)委员会草案，还(hai)没有(you)公(gong)布正式版本，但(dan)研究和(he)(he)分析(xi)其特点，对于我(wo)们(men)了(le)解变电(dian)(dian)站自(zi)动(dong)化(hua)技术发展(zhan)的(de)(de)(de)国(guo)际大(da)趋势和(he)(he)设计(ji)新(xin)系(xi)统(tong)还(hai)是很有(you)益处(chu)的(de)(de)(de)。本文将对IEC 61850通(tong)(tong)信(xin)体(ti)系(xi)做简(jian)要的(de)(de)(de)分析(xi)和(he)(he)介绍。

1　IEC 61850的(de)历史(shi)背景和组成(cheng)

　　为适应变(bian)电(dian)站(zhan)(zhan)自动化技术(shu)的(de)迅速发展，1995年国(guo)际电(dian)工(gong)委员(yuan)会(hui)第(di)57技术(shu)委员(yuan)会(hui)（IEC TC57）为此成(cheng)立了(le)3个(ge)工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)10，11，12（WG10/11/12），负(fu)责制定(ding)(ding)IEC 61850标(biao)准。工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)成(cheng)员(yuan)分别(bie)来自欧洲、北美和(he)亚(ya)洲国(guo)家，他们有(you)(you)电(dian)力调度、继电(dian)保(bao)护、电(dian)厂、操作(zuo)运行(xing)及电(dian)力企业的(de)技术(shu)背景，其中有(you)(you)些(xie)成(cheng)员(yuan)参(can)加过(guo)北美及欧洲一些(xie)标(biao)准的(de)制定(ding)(ding)工(gong)作(zuo)。3个(ge)工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)有(you)(you)明确的(de)分工(gong)：第(di)10工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)负(fu)责变(bian)电(dian)站(zhan)(zhan)数(shu)(shu)据通(tong)(tong)信(xin)协(xie)议(yi)的(de)整体描述和(he)总体功能(neng)要求；第(di)11工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)负(fu)责站(zhan)(zhan)级数(shu)(shu)据通(tong)(tong)信(xin)总线的(de)定(ding)(ding)义；第(di)12工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)负(fu)责过(guo)程(cheng)级数(shu)(shu)据通(tong)(tong)信(xin)协(xie)议(yi)的(de)定(ding)(ding)义。这3个(ge)工(gong)作(zuo)组(zu)(zu)参(can)考(kao)和(he)吸收了(le)已有(you)(you)的(de)许多相关标(biao)准，其中主(zhu)要有(you)(you)：①IEC 870—5—101远动通(tong)(tong)信(xin)协(xie)议(yi)标(biao)准［1］；②IEC 870—5—103继电保护信息接口标准［2］；③UCA 2.0［3］（utility communication architecture 2.0)，由美国电(dian)科院(yuan)制定(ding)的(de)变电(dian)站和馈线设备通信(xin)(xin)协(xie)议体系；④ISO/IEC 9506制造商信(xin)(xin)息规范MMS［4］（manufacture message specification）。
　　1999年3月，3个(ge)工作(zuo)组提出了IEC 61850 委员会草案版(ban)本(ben)［5］。从(cong)该版本看，IEC 61850标准共分为(wei)10个部(bu)分：
　　a. IEC 61850—1　基(ji)本原则(ze)，包括IEC 61850的介(jie)绍和概貌。
　　b. IEC 61850—2　术(shu)语。
　　c. IEC 61850—3　一(yi)般要(yao)求(qiu)，包括质量要(yao)求(qiu)（可(ke)靠性(xing)、可(ke)维护(hu)性(xing)、系统可(ke)用性(xing)、轻便性(xing)、安全性(xing)），环境条件，辅助服(fu)务，其他标准和规范。
　　d. IEC 61850—4　系(xi)统和工(gong)程(cheng)管理，包括工(gong)程(cheng)要求(qiu)（参数分类、工(gong)程(cheng)工(gong)具、文件(jian)），系(xi)统使用(yong)周期（产品(pin)版本、工(gong)程(cheng)交接、工(gong)程(cheng)交接后的支持），质(zhi)量(liang)保证（责任、测试(shi)设备、典型测试(shi)、系(xi)统测试(shi)、工(gong)厂(chang)验(yan)收(shou)、现场验(yan)收(shou)）。
　　e. IEC 61850—5　功能(neng)和装置模型的通(tong)信要(yao)求，包括逻辑(ji)节(jie)点的途(tu)径（access of logical nodes)，逻辑(ji)通(tong)信链路，通(tong)信信息片(pian)PICOM（piece of information for communication）的概念，功能(neng)的定义。
　　f. IEC 61850—6　变电站自动化系统(tong)结构语言，包括装置(zhi)和系统(tong)属(shu)性的形(xing)式语言描述。
　　g. IEC 61850—7—1　变电站和馈线设备(bei)的基(ji)本(ben)通(tong)信(xin)结构——原理和模式(shi)。
　　h. IEC 61850—7—2　变(bian)电站和馈线设备(bei)的基本通(tong)信(xin)结(jie)构(gou)——抽象(xiang)(xiang)(xiang)通(tong)信(xin)服(fu)务(wu)接(jie)口ACSI（abstract communication service interface），包括抽象(xiang)(xiang)(xiang)通(tong)信(xin)服(fu)务(wu)接(jie)口的描述，抽象(xiang)(xiang)(xiang)通(tong)信(xin)服(fu)务(wu)的规范(fan)，服(fu)务(wu)数(shu)据库的模型。
　　i. IEC 61850—7—3　变电站和(he)馈线设备(bei)的(de)基(ji)本通(tong)信结构——公(gong)共数据级别和(he)属性，包括抽象公(gong)共数据级别和(he)属性的(de)定义。
　　j. IEC 61850—7—4　变电(dian)站和(he)馈线设备(bei)的基(ji)本通信结构——兼容的逻辑(ji)(ji)节(jie)点(dian)和(he)数(shu)(shu)据对象DO (data object)寻址(zhi)，包括(kuo)逻辑(ji)(ji)节(jie)点(dian)的定义，数(shu)(shu)据对象及其逻辑(ji)(ji)寻址(zhi)。
　　k. IEC 61850—8　特殊(shu)通(tong)信服务映射(she)SCSM（special communication service mapping），到(dao)变电(dian)站(zhan)和间隔(ge)层(ceng)(ceng)内(nei)以(yi)及变电(dian)站(zhan)层(ceng)(ceng)和间隔(ge)层(ceng)(ceng)之间通(tong)信映射(she)。
　　l. IEC 61850—9　特殊通(tong)信服务(wu)映射SCSM，即(ji)间(jian)隔(ge)层(ceng)和过程层(ceng)内以及间(jian)隔(ge)层(ceng)和过程层(ceng)之间(jian)通(tong)信的映射。
　　m. IEC 61850—10　一致性测试。
　　从IEC 61850通(tong)信(xin)协议(yi)体系的组成可以看(kan)出，这一体系对变(bian)电站自动化系统的网络和系统做出了全(quan)面、详细的描述和规范(fan)。

2　IEC 61850的特点

　　IEC 61850是(shi)关于变电站自动化系(xi)统的(de)第(di)1个(ge)完整的(de)通(tong)信(xin)标(biao)准(zhun)体系(xi)。与传统的(de)通(tong)信(xin)协议体系(xi)相比(bi)，在技(ji)术上IEC 61850有(you)如下(xia)突出特点：①使(shi)用(yong)面向(xiang)对(dui)象建模技(ji)术；②使(shi)用(yong)分布、分层体系(xi)；③使(shi)用(yong)抽象通(tong)信(xin)服务接口（ACSI）、特殊通(tong)信(xin)服务映射SCSM技(ji)术；④使(shi)用(yong)MMS技(ji)术；⑤具(ju)有(you)互操作性；⑥具(ju)有(you)面向(xiang)未来的(de)、开放的(de)体系(xi)结(jie)构。

3　变(bian)电站自动化(hua)系统(tong)接(jie)口模型

　　IEC 61850按照变电(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)自动化系统(tong)所要(yao)完(wan)成的(de)(de)控制、监视和(he)(he)继电(dian)(dian)(dian)保护(hu)三大功能(neng)(neng)(neng)(neng)从逻辑(ji)(ji)上将(jiang)系统(tong)分(fen)为(wei)(wei)3层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，即变电(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)、间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)过程(cheng)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，并定义了3层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)间(jian)(jian)(jian)的(de)(de)9种逻辑(ji)(ji)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)。IEC 61850给出的(de)(de)变电(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)自动化系统(tong)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)模(mo)型如图(tu)1所示。过程(cheng)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)完(wan)成开(kai)关(guan)(guan)(guan)量(liang)I/O、模(mo)拟量(liang)采样和(he)(he)控制命令(ling)的(de)(de)发送等与(yu)一次(ci)设(she)备相关(guan)(guan)(guan)的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)(neng)。过程(cheng)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)通(tong)过逻辑(ji)(ji)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)④和(he)(he)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)⑤与(yu)间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)通(tong)信(xin)(xin)(xin)。间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)(neng)是(shi)利用(yong)本间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)的(de)(de)数据对本间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)的(de)(de)一次(ci)设(she)备产生(sheng)(sheng)作用(yong)，如线路保护(hu)设(she)备或(huo)(huo)(huo)间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)单元(yuan)控制设(she)备就(jiu)属于这一层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)通(tong)过逻辑(ji)(ji)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)④和(he)(he)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)⑤与(yu)过程(cheng)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)通(tong)信(xin)(xin)(xin)，通(tong)过逻辑(ji)(ji)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)③完(wan)成间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)内部的(de)(de)通(tong)信(xin)(xin)(xin)功能(neng)(neng)(neng)(neng)。变电(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)(neng)分(fen)为(wei)(wei)2类：一是(shi)与(yu)过程(cheng)相关(guan)(guan)(guan)的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)(neng)，主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)指(zhi)利用(yong)各个(ge)间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)或(huo)(huo)(huo)全(quan)(quan)站(zhan)(zhan)的(de)(de)信(xin)(xin)(xin)息对多个(ge)间(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)(ge)或(huo)(huo)(huo)全(quan)(quan)站(zhan)(zhan)的(de)(de)一次(ci)设(she)备发生(sheng)(sheng)作用(yong)的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)(neng)，如母线保护(hu)或(huo)(huo)(huo)全(quan)(quan)站(zhan)(zhan)范围内的(de)(de)闭锁等，变电(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)层(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)通(tong)过逻辑(ji)(ji)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)⑧完(wan)成通(tong)信(xin)(xin)(xin)功能(neng)(neng)(neng)(neng)；二是(shi)与(yu)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)相关(guan)(guan)(guan)的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)(neng)，主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)指(zhi)与(yu)远方控制中心、工程(cheng)师站(zhan)(zhan)及(ji)人机界面的(de)(de)通(tong)信(xin)(xin)(xin)，通(tong)过逻辑(ji)(ji)接(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)①，⑥，⑦完(wan)成通(tong)信(xin)(xin)(xin)功能(neng)(neng)(neng)(neng)。

图1　变电站(zhan)自(zi)动化(hua)系(xi)统接口模(mo)型
Fig.1　The interface model of substation
automation system

　　IEC 61850的(de)(de)(de)分层模(mo)式与(yu)现(xian)(xian)有大多(duo)数变电站自动化系统不同，在现(xian)(xian)有系统中(zhong)过(guo)程(cheng)层的(de)(de)(de)功(gong)能都是在间(jian)(jian)隔层设备中(zhong)实现(xian)(xian)的(de)(de)(de)，于是就(jiu)没有独立(li)的(de)(de)(de)逻辑接(jie)口④和接(jie)口⑤了。随着光电流、电压互感器的(de)(de)(de)使用，现(xian)(xian)代电力技术(shu)的(de)(de)(de)发展趋势是将越来(lai)越多(duo)的(de)(de)(de)间(jian)(jian)隔层功(gong)能下放(fang)到过(guo)程(cheng)层中(zhong)去。可见，IEC 61850是个面向(xiang)未来(lai)的(de)(de)(de)开放(fang)的(de)(de)(de)标(biao)准。

4　通信系统结构

　　如(ru)图2所示，IEC 61850描述的通信(xin)体系(xi)从上到下由如(ru)下部分组(zu)成。

图2　IEC 61850通信系统总体(ti)结构
Fig.2　The general architecture of communication
system in IEC 61850

　　a. IEC 61850—5。这(zhei)部(bu)分使用面向(xiang)对象(xiang)技术(shu)对变(bian)电(dian)站自动(dong)化系(xi)统(tong)的(de)(de)功能(neng)、子功能(neng)进(jin)行(xing)了(le)分类和定义，并引入(ru)了(le)逻辑节(jie)点的(de)(de)概念，这(zhei)些对于分布(bu)式系(xi)统(tong)的(de)(de)设计及互操作性有重要作用。
　　b. IEC 61850—7—4。逻辑节点LN（logical nodes）是构成系(xi)统功(gong)能的基础，IEC 61850—7—4定义了基本(ben)逻辑节点类及其数据(ju)对(dui)象(xiang)。图3示意了数据(ju)模型的层次结构，图中最高(gao)层是标准化了的逻辑节点和(he)数据(ju)对(dui)象(xiang)。

图3　数据模型(xing)层(ceng)次
Fig.3　The levels of data model

　　c. IEC 61850—7—3。这(zhei)部分(fen)定义(yi)了逻辑节点所使用的基本数据类型。
　　d. IEC 61850—7—2。这部分定(ding)(ding)义(yi)(yi)了抽象通信(xin)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)接口（ACSI）。ACSI定(ding)(ding)义(yi)(yi)了与实际所用的(de)通信(xin)协议无关(guan)的(de)应用，它定(ding)(ding)义(yi)(yi)了相关(guan)通信(xin)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、通信(xin)对(dui)(dui)象及(ji)(ji)参数(shu)。ACSI提供(gong)如下(xia)6种服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)：连接服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)；变量访(fang)问服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)；数(shu)据(ju)传输服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)；设备控制(zhi)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)；文件传输服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)；时(shi)钟同步服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)。这些(xie)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)模(mo)型(xing)定(ding)(ding)义(yi)(yi)了通信(xin)对(dui)(dui)象以及(ji)(ji)如何对(dui)(dui)这些(xie)对(dui)(dui)象进行访(fang)问。这些(xie)定(ding)(ding)义(yi)(yi)由(you)各种各样的(de)请求、响应及(ji)(ji)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)过(guo)程(cheng)组成。服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)过(guo)程(cheng)描(miao)述了某个具体服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)请求如何被服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)器所响应以及(ji)(ji)采(cai)取(qu)什(shen)么动作在什(shen)么时(shi)候以什(shen)么方式响应。ACSI定(ding)(ding)义(yi)(yi)的(de)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、对(dui)(dui)象和参数(shu)通过(guo)特殊通信(xin)服(fu)务(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)映射（SCSM）映射到(dao)下(xia)层应用程(cheng)序。
　　e. IEC 61850—8—X/—9—X。考(kao)虑到TCP/IP、OSI、现(xian)场总线等(deng)各种各样的通信(xin)(xin)系统已建立(li)起来，IEC 61850引入了特殊通信(xin)(xin)服务映射(she)（SCSM）。如(ru)图4所示，SCSM将抽象通信(xin)(xin)服务对象和(he)参(can)数映射(she)到MMS，FMS，DNP或IEC 870—5等(deng)应用层。实际上这种映射(she)的复杂性与(yu)通信(xin)(xin)网络有关(guan)，某些(xie)ACSI服务也(ye)可能不被所使用的网络技术所支持。

IEC 61850—8—1定义(yi)了(le)ACSI到(dao)ISO/IEC 9506即(ji)MMS之(zhi)间的映射。图5给出(chu)了(le)示意(yi)图。

图(tu)5　ACSI到MMS之(zhi)间(jian)的映射(she)
Fig.5　The mapping between ACSI and MMS

　　IEC 61850—8—2定义了ACSI到Profibus FMS（fieldbus message specification）之间的映射(she)。
　　IEC 61850—9—X定义了过程总线一级的SCSM。

5　与其他标(biao)准的(de)关系

　　IEC 61850的(de)制定者来自不(bu)同地区的(de)学术(shu)机(ji)构和(he)跨国公司，他们参考和(he)吸收(shou)了(le)大(da)量已(yi)有的(de)相关标准，不(bu)同地区的(de)技(ji)术(shu)特点也反映在IEC 61850中，这些都(dou)决定了(le)IEC 61850与已(yi)有标准具有天然的(de)联系。IEC 61850参考、吸收(shou)并发展(zhan)了(le)IEC 870—5—103［2］，使(shi)得IEC 61850—7—2成为(wei)IEC 870—5—103的超(chao)集。IEC 61850中大量(liang)使(shi)用面向对(dui)象建模技术(shu)，IEC 61850—8—1定义了(le)(le)ACSI到MMS的SCSM映射，这些显(xian)然是受到了(le)(le)美国电力科学研究院UCA通信协议体系［3］的影响，也(ye)可以说是(shi)参与制定IEC 61850的美国专家(jia)将UCA这(zhei)种地区(qu)性协议体系推向国际化(hua)的结果。IEC 61850—8—2中给出了ACSI到Profibus FMS的映射，这(zhei)是(shi)受欧(ou)洲国家(jia)影响的结果。在欧(ou)洲的变电站(zhan)自动(dong)化(hua)系统中Profibus FMS应(ying)用很(hen)广，因此制定IEC 61850标(biao)准时欧(ou)洲国家(jia)代表要尽量保护他们的利益。

6　结语

　　IEC 61850涉及(ji)多种新技术和学(xue)科，是个(ge)庞大、复杂(za)的体(ti)(ti)系，本(ben)文介(jie)绍(shao)、分析了IEC 61850通信协议体(ti)(ti)系。IEC 61850对于(yu)现在和将来(lai)变电站自动(dong)化技术发展方向(xiang)都将产生重大的影响，因此有(you)必要继续对它(ta)进(jin)行(xing)深(shen)入分析和研究(jiu)。