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技術(shù)文章

IEC 61850在電力系統(tǒng)的應(yīng)用
在變電站自動化技術(shù)近20年的發(fā)展過程中，隨著智能電子設(shè)備的普及，形成許多單項自動化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)間相對獨立，沒有直接的電氣聯(lián)系，通常由電力企業(yè)不同部門來管理、維護(hù)。由于種類繁多，提供的接口和功能各不相同，設(shè)備間不能夠共享信息，形成“自動化孤島”問題，不僅增加成本，也影響系統(tǒng)的可靠性，增加用戶的維護(hù)工作量。目前各種各樣的集成方案都不能提供高層次的信息共享。在這樣的背景下，國際電工委員會提出了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。這是一個基于網(wǎng)絡(luò)的通信體系標(biāo)準(zhǔn)，包括面向?qū)ο?、通信網(wǎng)絡(luò)、接口和映射、系統(tǒng)和管理項目等多方面的內(nèi)容。

IEC 61850具有如下五個特點。

1 分層

IEC61850將變電站通信體系分為3層：變電站層（第2層）、間隔層（第1層）、過程層（第0層）。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范（MMS）、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點向多點的單向傳輸以太網(wǎng)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中沒有繼電保護(hù)管理機，變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備（IED，測控單元和繼電保護(hù)）均采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。除此之外，每個物理裝置又由服務(wù)器和應(yīng)用組成。由IEC61850來看，服務(wù)器包含邏輯裝置，邏輯裝置包含邏輯節(jié)點，邏輯節(jié)點包含數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性。這種分層，需要有相應(yīng)的抽象服務(wù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，這就是IEC61850的另一個特點：抽象通信服務(wù)接口（ACSI）。

2 IEC 61850采用與網(wǎng)絡(luò)獨立的抽象通信服務(wù)接口（ACSI）

由于電力系統(tǒng)生產(chǎn)的復(fù)雜性，信息傳輸?shù)捻憫?yīng)時間的要求不同，在變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中可能采用不同類型的網(wǎng)絡(luò)。IEC61850總結(jié)了電力生產(chǎn)過程特點和要求，歸納出電力系統(tǒng)所必需的信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)，設(shè)計出抽象通信服務(wù)接口，它獨立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議（例如目前采用的MMS），和采用的網(wǎng)絡(luò)（例如現(xiàn)在采用的IP）無關(guān)。如果采用的網(wǎng)絡(luò)類型有變化，這時只要改變相應(yīng)的特定通信服務(wù)映射（SCSM）就可以了，而無需改變上層的任何內(nèi)容，IEC61850采用抽象通信服務(wù)接口很容易適應(yīng)這種變化，大大提高了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力。

3 面向?qū)ο蟆⒚嫦驊?yīng)用開放的自我描述

由于技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站內(nèi)的應(yīng)用功能不斷涌現(xiàn)，需要傳輸新的信息，已經(jīng)定義好的協(xié)議可能無法傳輸這些新的信息，因而使新功能的應(yīng)用受到限制。采用面向?qū)ο笞晕颐枋龇椒ň涂梢赃m應(yīng)這種形勢發(fā)展的要求，不受預(yù)先約定的限制，什么樣的信息都可以傳輸。采用面向?qū)ο笞晕颐枋龅姆椒ê?，傳輸?shù)綄Ψ降臄?shù)據(jù)都帶說明，馬上可建立數(shù)據(jù)庫，使得現(xiàn)場驗收的驗證工作大為簡化。自我描述能顯著降低數(shù)據(jù)管理費用，簡化數(shù)據(jù)維護(hù)，減少由于配置錯誤而引起的系統(tǒng)停機時間。

4 電力系統(tǒng)的配置管理

由于IEC61850提供了直接訪問現(xiàn)場設(shè)備，對各個制造廠的設(shè)備用同一種方法進(jìn)行訪問。這種方法可以用于重構(gòu)配置，很容易獲得新加入設(shè)備的名稱并用于管理設(shè)備屬性。因此IEC60870-6（TASE.2）和IEC 60870-5系列一樣是屬于面向點的，而IEC 61850是面向設(shè)備的。

5 數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模

IEC61850和以前使用的協(xié)議不同之處在于對象模型，它建模了大多數(shù)公共實際設(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)識符、行為和控制，例如變電站和饋線設(shè)備（諸如斷路器、電壓調(diào)節(jié)器和繼電保護(hù)等）。

采用無縫通信系統(tǒng)協(xié)議（IEC 61850）除了可以避免勞民傷財?shù)膮f(xié)議轉(zhuǎn)換之外，還有更深層次的意義。

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，提供了通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的可能性。隨著電力市場的興起和電力系統(tǒng)的擴大，信息量越來越大，要求在各種自動化系統(tǒng)內(nèi)快速、準(zhǔn)確地集成、合并和傳播從發(fā)電廠到用戶接口的實時信息。公司花費大量資金用于實時信息交換，數(shù)據(jù)集成和維護(hù)，而且費用還在劇增。無縫通信系統(tǒng)協(xié)議（IEC61850）就能夠解決這一問題。

IEC61850在終端設(shè)備中采用了先進(jìn)的IT技術(shù)（例如以太網(wǎng)、TCP/IP、MMS），低廉的寬帶設(shè)備、高效的處理器能力、定義和傳輸過程數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)（metadata），將應(yīng)用重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)名和類型信息，用以在線驗證整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的集成和配置。

采用無縫通信系統(tǒng)協(xié)議（IEC61850）能大幅度改善信息技術(shù)和自動化技術(shù)的設(shè)備數(shù)據(jù)集成，減少工程量、現(xiàn)場驗收、運行、監(jiān)視、診斷和維護(hù)等費用，節(jié)約大量時間，增加了自動化系統(tǒng)使用期間的靈活性。

將來會有越來越多的智能設(shè)備集成到電力系統(tǒng)的應(yīng)用（SCADA、實時系統(tǒng)、機器診斷等）中去，為了避免出現(xiàn)糟糕局面，有力的高效的實現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)集成和共享信息是解決此問題的主要手段。

IEC 61850在國外已經(jīng)研究的非常成熟，SIEMENS、ABB等公司已推出了符合IEC61850的變電站自動化系統(tǒng)的產(chǎn)品。所以，基于上述IEC61850的特點和意義，對于國內(nèi)電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域來說，使用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將是變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
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