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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(dòng)化技術(shù)近20年的發(fā)展過(guò)程中，隨著智能電子設(shè)備的普及，形成許多單項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)間相對(duì)獨(dú)立，沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，通常由電力企業(yè)不同部門(mén)來(lái)管理、維護(hù)。由于種類(lèi)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(dòng)化孤島”問(wèn)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(guó)際電工委員會(huì)提出了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。這是一個(gè)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(xiàng)目等多方面的內(nèi)容。

IEC 61850具有如下五個(gè)特點(diǎn)。

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(guò)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(bào)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(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向傳輸以太網(wǎng)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有繼電保護(hù)管理機(jī)，變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備（IED，測(cè)控單元和繼電保護(hù)）均采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。除此之外，每個(gè)物理裝置又由服務(wù)器和應(yīng)用組成。由IEC61850來(lái)看，服務(wù)器包含邏輯裝置，邏輯裝置包含邏輯節(jié)點(diǎn)，邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)屬性。這種分層，需要有相應(yīng)的抽象服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，這就是IEC61850的另一個(gè)特點(diǎn)：抽象通信服務(wù)接口（ACSI）。

2 IEC 61850采用與網(wǎng)絡(luò)獨(dú)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(shí)間的要求不同，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中可能采用不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)。IEC61850總結(jié)了電力生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)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(jì)出抽象通信服務(wù)接口，它獨(dú)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(wú)關(guān)。如果采用的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型有變化，這時(shí)只要改變相應(yīng)的特定通信服務(wù)映射（SCSM）就可以了，而無(wú)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?、面向?yīng)用開(kāi)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(wú)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(shì)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?duì)方的數(shù)據(jù)都帶說(shuō)明，馬上可建立數(shù)據(jù)庫(kù)，使得現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的驗(yàn)證工作大為簡(jiǎn)化。自我描述能顯著降低數(shù)據(jù)管理費(fèi)用，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)維護(hù)，減少由于配置錯(cuò)誤而引起的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。

4 電力系統(tǒng)的配置管理

由于IEC61850提供了直接訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，對(duì)各個(gè)制造廠的設(shè)備用同一種方法進(jìn)行訪問(wèn)。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(chēng)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(diǎn)的，而IEC 61850是面向設(shè)備的。

5 數(shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模

IEC61850和以前使用的協(xié)議不同之處在于對(duì)象模型，它建模了大多數(shù)公共實(shí)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(shí)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(wú)縫通信系統(tǒng)協(xié)議（IEC 61850）除了可以避免勞民傷財(cái)?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(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的可能性。隨著電力市場(chǎng)的興起和電力系統(tǒng)的擴(kuò)大，信息量越來(lái)越大，要求在各種自動(dòng)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(shí)時(shí)信息。公司花費(fèi)大量資金用于實(shí)時(shí)信息交換，數(shù)據(jù)集成和維護(hù)，而且費(fèi)用還在劇增。無(wú)縫通信系統(tǒng)協(xié)議（IEC61850）就能夠解決這一問(wèn)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(guò)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(lèi)型信息，用以在線驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的集成和配置。

采用無(wú)縫通信系統(tǒng)協(xié)議（IEC61850）能大幅度改善信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)備數(shù)據(jù)集成，減少工程量、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、運(yùn)行、監(jiān)視、診斷和維護(hù)等費(fèi)用，節(jié)約大量時(shí)間，增加了自動(dòng)化系統(tǒng)使用期間的靈活性。

將來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的智能設(shè)備集成到電力系統(tǒng)的應(yīng)用（SCADA、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、機(jī)器診斷等）中去，為了避免出現(xiàn)糟糕局面，有力的高效的實(shí)現(xiàn)無(wú)縫數(shù)據(jù)集成和共享信息是解決此問(wèn)題的主要手段。

IEC 61850在國(guó)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(dòng)化系統(tǒng)的產(chǎn)品。所以，基于上述IEC61850的特點(diǎn)和意義，對(duì)于國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，使用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
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