（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61850标准的变电站ied配置研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t c 6 18 5 0i st h en e w e s ts t a n d a r da b o u tt h es u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m p u b l i s h e db yt h ei n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n , i ti su s e dt ou n i f y 也ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks y g e mt oi m p r o v e d 也em a i n t a n c c a b i l i t y 、o p e n a b i l i t y a n de x t e n d a b i l i t yt or e a l i z et h en e t w o r ka n di n f o r m a t i o na g eo ft h ep o w e r s y s t e m t h ed e f i n i t i o no fa b s t r a c tc l a s sa n ds e r v i c ei su s e di nt h i ss t a n d a r d , i ti s s 印a t a t eo nt h es p e c i a lp r o t o c o ls t a c k 、r e a l i z i n gm e t h o d sa n do p e r a t i o ns y s t e m ， t h i sm a k et h ea p p l i c a t i o ni sn o tr e a l a t e dt ot h ec o m m u n i c a t i o n t h em o d e l i n g o f f t e do b i e c ta n da c s i ( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e ) i su s e f u lt o r e a l i z et h ei n t e r o p e r a t i l i t ya n ds e a m l e s sc o m m u n i c a t i o ni n t e r g r a t i o n e s p e c i a l l y t h es c l ( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nl a n g u a g e ) ，i tm a k et h es e l f - d e s c r i p t i o no ft h e l e d ( i n t e l l i g e n te l e c t r i c a ld e e i v e ) b e c o m ep o s s i b l e t h ep 卸盯i n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n dr e s e a r c hs t a t u so fi e c 6 18 5 0 ， r e p r e s e n t st h ec h a r a c t e r 、f u n c t i o nh i e r a r c h ys t r u c t u r e 、t l l ec o r et e c h n o l o g ya n d a d v a n t a g e so ft h es t a n d a r d i td i s c u s s c st h ew o r ko fc o n f i g u r a t i o na n dt h em e a n s t or e a l i z ei tt h r o u g ht h ec o n f i g u r a t i o nl a n g u r a g e ，t h ec o n t e n ta n dt h ep r o c e s so f c o n f i g u r a t i o n t h ed e s c r i p t i o na b o u tt h es t r u c t u r eo f i e d 、t h es t r u c t u r eo f s u b s t a t i o na n dt h e s u b s t a t i o nc o m m u r d c a t i o ns y s t e mi sd i s c u s s e db yt h e1 a n g u a g eo fx m ls c h e m a t h ec o n f i g u r a t i o no fl e di sd i s c u s s e da n dt h ew a yh o wt o1 i s et h e ) m ls c h e m a t oi m p l e m e n tt h ec o n f i g u r a t i o no fl e di ns u b s t a t i o nt h r o u g hf u n c t i o nd e s c r i p t i o n a n dd a t ad e s c r i p t i o ni nf e e d e rp r o t e c t i o nd e v i c ei sr e p r e s e n t e d as u g g e s t i o nt h a t t h eb u i 】d i n go fd a t ad o c u m e n tf o l l o w e dt h ec o n s t r a i n td o c u m e n tw i l lb em o r e a p p r o p r i a t ei sp r e s e n t e d t h e nt h er e s e a r c ha b o u tt h em o d e lo ff e e d e rp r o t e c t i o n e q u i p m e mu s e di nt r a c t i o ns u b s t a t i o ni sp r e s e n t e da n dr e a l i z e d f r o mt h ea s p e c t s o f l o g i c a lp h y s i c a ld e v i c e 、c o b l n l o nl o g i c a ln o d e 、z e r ol o g i c a ln o d e 、p r o t e c t i o no f d i s t a n c e t a k i n gt h ez o n ei d i s t a n c ep r o t e c t i o n1 0 9 i c a ln o d ea st h em o d e la n d m a k ead e t a i l e da n a l y s i s a tl a s t t h ec o n f i g u r a t i o na b o u tt h i sp r o d u c ti sd i s c u s s e d a n dj tw i l lb ea s e f u it ot 1 1 ed e v e l o p m e n to f t h ep r o d u c t k e yw o r d s ：i e 0 6 1 8 5 0 ；s c l ：d e s c ri 口t i o n ；c o n f i g u r a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 引言 变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重 新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。随着 计算机技术、微处理器技术、网络通讯技术的飞速发展，在变电站自动化领 域出现了大量智能电子设备i e d ( i n t e l l i g e n te l e c t r i cd e v i c e ) ，这些i e d 种类繁 多，提供的接口和功能各不相同，数据格式也是多种多样。设备间不能共享 信息，数据的一致性难以保证。这就是“自动化孤岛”问题。这种现象不仅 造成了软、硬件设备的重复投资，还增加了变电站的运行维护成本”1 。 变电站自动化系统( s a s ) 是使电能稳定、安全、可靠地传输、分配和 使用的重要保证。传统意义上的变电站综合自动化系统是将二次设备，如测 量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等，经过功能组合和优 化设计，利用计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变 电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以 及实现与调度通信等的综合性自动化功鲥” 2 0 世纪9 0 年代初，国际电工技术委员会i e c ( i n t e r n a t i o n a l e l e c t r o t e e h n j e a l c o m m i s s i o n ) 意识到来自不同厂家的电子智能设备l e d 需要一个标准的信息 接1 2 1 ，以实现设备的互操作性( i n t e r o p e r a b i l i t yo 为此，i e c 的两个技术委员 会i e ct c 5 7 和i e ct c 9 5 成立了一个联合工作组，制定了“继电保护设备信 息接口标准”即i e c 6 0 8 7 0 - 5 1 0 3 标准。 美国的电力科学研究院e p r i ( e l e e t r i cp o w e rr e s e a r c hi n sf i t u t e ) 在1 9 9 0 年 开始了公共通信体系u c a ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e ) 标准的制定工 作，其目的在于提供一个具有广泛适应性的、功能强大的通信协议，使各种 m d 能够通过使用该协议实现互操作“。 为避免出现两个可能冲突的标准，i e c 决定以u c a 2 0 数据模型和服务 为基础，将u c a 的研究结果纳入i e c 标准，同时吸收了i e c 6 0 8 7 0 5 一t 0 3 标 准的隐含的数据模型，建立世界范围的统一标准i e c 6 1 8 5 0 ，并于1 9 9 9 年3 月提出了委员会草案版本。 i e c 6 1 8 5 0 标准是全世界唯一的基于网络通信平台的变电站网络通信标 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 准，是我国定立电力行业相关标准的基础。c 6 1 8 5 0 标准是电力系统从调度 中心到变电站、变电站内、变电站间、配电自动化等的无缝通信体系标准的 基础，还有望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准。 我国制订基于i e c 6 1 8 5 0 的相关国内标准和该标准的贯彻执行，对我国 变电站自动化系统将产生重大影响。研究基于c 6 1 8 5 0 标准的变电站自动 化系统具有重大的现实意义。 1 2 选题背景 在变电站自动化系统中，智能电子装置i e d ( 1 m t e l l i g e n te l e c t r o n i cd e v i e e ) 的配置( 功能和参数的设定) 起着至关重要的作用，对变电站安全、可靠运行 有着重要影响。但在变电站自动化系统中，不同生产厂商的装置往往由于所 支持的通信规约不统一、产品间不具备互操作性，造成装置之间相互配合困 难、调试费用增加和周期变长“3 。为了解决上述问题，i e c 已经制定了关于变 电站自动化系统的通信网络和系统的国际标准i e c 6 1 8 5 0 标准，该标准是国际 标准组织发布的最新的变电站自动化系统标准，旨在统一目前各成一体的变 电站自动化通信系统，提高系统的维护性、开放性和扩展性，促进电力系统 网络化、信息化的发展。标准引入了诸多先进的网络通信技术和信息处理 技术，特别是变电站配置语言s c l ( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 的提出使系统设备的自描述、设备的在线配置及设备的即插即用 得以方便地实现，为迸一步提高系统网络智能化做了技术铺垫。通过该语言， 一方面，可以描述i e d 的基本功能和可访问的基本信息，实现设备的互操作； 另一方面，可以配置匝d 的基本功能和设定i e d 装置运行参数。 对变电站配置进行研究不仅是实现变电站互操作性的一个重要体现，也 是实现变电站通用性和开放性的一个重要方面。及早对该领域进行研究并且 早日实现对产品的配置将会对变电站自动化领域产生极其重要的影响。 1 3 国内外研究现状 在i e c 6 1 8 5 0 标准的制定过程中，各国的研究机构与设备厂商也联手开 展工程试验，目的在于检验与完善标准，使其能更好地与实际应用相结合。 其中主要的工程项目有”： ( 1 1 间隔设备与站控制器之间的互操作性( 德国2 0 0 0 年) 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 “变电站开放式通信”工程的参与者是a b b ，a l s t o m 与s i e m e n s 等设 备厂商，工程于2 0 0 0 年1 1 月结束。工程的目的是测试标准在通信栈与应用 中的独立性和互操作性。 ( 2 ) 间隔设备之间的互操作性( 加拿大2 0 0 1 年) 为了支持与加快关于数字量数据传输的标准制度工作，a b b 和s i e m e n s 对相关的设备进行测试，目的在于检验i e c 6 1 8 5 0 中g o o s e 与变电站配置语 言的概念，同时验证来自不同厂家的设备之间的互操作性。 ( 3 ) “采样值”之间的互操作性( 美国2 0 0 2 年) 工程的目的在于检验根据i e c 6 1 8 5 0 9 部分研制的非传统式互感器、保护 继电器以及测量仪表之间的互操作性，同时改进支持i e c 6 1 8 5 0 9 的原型设 备。 ( 4 ) “间隔设备”间的互操作性( 德国2 0 0 2 2 0 0 4 ) 2 0 0 2 年底a b b ，$ i m e m 及a l s t o m 等设备厂商在德国的柏林进行了 一系列的试验，与以往不同，这一系列互操作性试验都是在现场展开的，以 检验设备的选择性、安全性与质量。试验取得了成功，进一步证实了设备之 间实现互操作性以及简化工程的可能性。 f 5 ) “间隔设备与站控制中心间”的互操作性( 2 0 0 3 - 2 0 0 4 ) 测试的目的是检测变电站控制功能以及变电站层和间隔层之间的通信。 使用上一个测试中的保护设备再次组成符合i e c 6 1 8 5 0 的控制系统，同时添 加站层设备。根据2 0 0 多个测试的结果对已公布的标准进行了部分修改。至 此，m c 6 1 8 5 0 所预期的效果完全实现。 i e c 6 1 8 5 0 现在已经被用户和设各厂商所认可。a b b 和s i e m e n s 等公司 已经推出了符合c 6 1 8 5 0 的变电站自动化系统的产品。 在国外对i e c 6 1 8 5 0 标准进行深入研究的同时，国内的研究机构与设备 厂商也在密切关注着i e c 6 1 8 5 0 标准的发展，并投入资金与技术开展相关项 目的研究工作。北京融科联创电力科技有限公司已经开发出基于i e c 6 1 8 5 0 国际标准的通用网络通信平台的电力自动化与工业控制通信协议软件包，产 品通过了b m a 公司的一致性测试，并与华东电管局调度中心合作，在6 4 k 数字通道上进行了“采用i e c 6 1 8 5 0 国际标准协议传输功角广域网数据”试 验。四方、南瑞等国内主要的变电站自动化设备厂商也即将推出基于 c 6 1 8 5 0 标准的相关产品，其中南瑞继保已经推出了基于m c 6 1 8 5 0 的变电 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 站自动化监控系统，国内的其它厂家业纷纷投入到相关产品的开发中， c 6 1 8 5 0 标准在国内的推广应用时机日渐成熟。 此外，我国于2 0 0 5 年5 月初进行了首次互操作性试验，参与单位包括四 方、东方电子和电力科学研究院等。试验取得圆满成功，并讨论决定于同年 下半年展开第二次着重考虑s c l 配置方面的试验。同时，上海电力局、浙江 省局等也在积极多方面调研，北京德威特力通公司还公布了最新研发的 i e c 6 1 8 5 0 通讯体系( c s ) 软件，希望能在将来采用i e c 6 1 8 5 0 标准来规范变 电站自动化系统，以达到降低系统集成费用和维护成本。充分利用资源，提 高系统可靠性的目的一，。 但是，目前国内的研究重点基本上都放在了基于i e c 6 1 8 5 0 通信的开发 上，对变电站配置方面的研究还很少有报到，虽然关于配置器的研究在一些 文章中已经见到，但是关注配置方法和配置文件的研究还是少有报到，而这 将是本人工作的重点。 1 4 本人所做的工作 使用变电站配置语言s c l 对变电站设备进行相关配置是实现变电站互 操作性的重要保证。而本文工作围绕这一主题主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 对i e c 6 1 8 5 0 标准的内容进行了简单介绍，并综合论述 e c 6 1 8 5 0 标准的特 点及其优点。 ( 2 ) 对交电站配置语言x m l 进行介绍，并比较x m ls c h e m a 和x m ld t d 的 优劣，同时还将对变电站的配置过程进行相关介绍。 ( 3 ) 对变电站i e d 的功能进行了相关的播述，分别从逻辑设备、逻辑节点、数 据对象和数据属性几个方面对其进行描述。并对功能描述和数据描述的相关 配置方法进行了探讨。 ( 4 ) 对变电站结构进行了相关的描述。分别从电压等级、间隔层、设备描述和 连接点几个方面对变电站的单线图进行配置。 ( 5 ) 对变电站通信系统进行了相关的描述。着重对变电站的通信子网进行相关 的描述，并对其i p 地址进行相关配置，从而保证通信配置的实现。 ( 6 ) 针对具体的保护设备，以其距离保护i 段逻辑节点为例进行了建模分析并 对其数据对象进行了配置，从而更加具体而清晰的阐述了变电站i e d 的配置。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章i e c 6 1 8 5 0 的介绍 2 1 i e 0 6 1 8 5 0 内容介绍 刀巳c 6 1 8 5 0 是国际电工委员会第5 7 技术委员会第1 0 ，1 1 ，1 2 工作组 ( i e ct c 5 7w g l 0 ，w g l l ，w g l 2 ) 锘i j 定的关于变电站自动化系统通信网络 和系统的标准。制定i e c 6 1 8 5 0 的目的是想实现不同厂商产品之间的互操作 性。为此，该协议采用自顶向下的方式对变电站自动化系统进行系统分层、 功能定义和对象建模，并对一致性检测作了详细的定义“”。i e c6 1 8 5 0 包 括面向对象的标准、通信网络性能要求、接口和映射、系统和项目管理、一 致性测试等多方面详细内容。具体内容如下“剐： 6 1 8 5 0 1 基本原则。包括1 e c 6 1 8 5 0 的介绍和概貌 6 1 8 5 0 - 2 术语 6 1 8 5 0 3 基本要求。包括质量要求( 可靠性、可维护性、系统可用性、轻便 性、安全性) ，环境条件，辅助服务，其他标准和规范。 6 1 8 5 0 - 4 系统和项目管理。包括工程要求( 参数分类、工程工具、文件) ，系 统使用周期( 产品版本、工程交接、工程交接后的支持) ，质量保证( 责任、测 试设备、典型测试、系统测试、工厂验收、现场验收) 。 6 1 8 5 0 5 对功能和设备的通信要求。包括逻辑节点的途径( a c c e s so f l o 百e a l n o d e s ) ，逻辑通信链路，通信信息片p i c o m ( p i e c eo f i n f o r m a t i 0 1 1f o r c o m m u n i c a t i o n ) 的概念，功能的定义。 6 1 8 5 0 - 6 变电站自动化系统结构语言。包括装置和系统属性的形式语言描述。 6 1 8 5 0 7 变电站基本通信结构和馈电设备 6 18 5 0 7 1 原理与模型 6 1 8 5 0 7 2 抽象通信服务接i a c s i ( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e ) 。 包括抽象通信服务接口的描述，抽象通信服务的规范，服务数据库的模型。 6 1 8 5 0 7 与公共数据级别和属性。包括抽象公共数据级别和属性的定义。 6 1 8 5 0 - 7 0 兼容的逻辑节点和数据对象d o ( d a t ao b j e c t ) 。包括逻辑节点的定 义，数据对象及其逻辑寻址。 6 1 8 5 0 8 特殊的通信服务映射 6 18 5 0 8 1 映射到m m s 6 1 8 5 0 9 1 串行单向多点对点链路 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 6 1 8 5 0 9 2 特殊的通信系统映射 6 18 5 0 1 0 功能测试 2 2i e 0 6 1 5 8 0 的层次结构 变电站通信网络与系统协议i e c 6 1 8 5 0 标准提出了变电站内信息分层 的概念，无论从逻辑概念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体系分为 变电站层、间隔层和过程层三个层次，并且定义了层和层之间的逻辑接口 2 1 p 3 0 1 ，如图2 1 所示： 图2 - 1i e c 6 1 8 5 0 功能层次结构 接口1 ：间隔层与变电站层之间的保护数据交换 接口2 ：间隔层与远方保护之间的保护数据交换 接口3 ：问隔层内的数据交换 接口4 ：过程层与间隔层之间电流互感器c t 和电压互感器v t 的瞬时数据 交换 接口5 ：过程层与间隔层之间的控制数据交换 接口6 ：间隔层与变电站层之间的控制数据交换 接口7 ：变电站与远方工程师工作站之间的数据交换 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 接口8 ：用于快速功能的间隔层之间的直接数据交换 接口9 ：变电站层内的数据交换 接口1 0 ：变电站设备与远方控制中心之间的控制数据交换 另外，根据变电站分布式层次结构，也可以把变电站分为三个层次，分 别是过程层、间隔层和变电站层。 过程层；过程层主要都是与变电站设备相连接的功能接口，用来传送采集的 模拟量、二进制状态信号或者二进制控制信号。这些功能的主要通过接口4 和接口5 来实现。 间隔层：间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用， 如线路保护设备或间隔单元控制设备就属于这一层。间隔层通过逻辑接口4 和接口5 与过程层通信，通过逻辑接口3 完成间隔层内部的通信功能。 变电站层：站层功能主要就是关于变电站整体设备操作的，它又可以分为两 个部分： ( 1 ) 与过程层相关的站层功能：主要指利用各个间隔或全站的信息对多个间隔 或全站的一次设备发生作用的功能，如母线保护或全站范围内的逻辑闭锁等， 变电站层通过逻辑接口8 完成通信功能。 ( 2 ) 与接口相关的站层功能：主要指与远方控制中心、工程师站及人机界面的 通信，通过逻辑接口l 、6 、7 、1 0 完成通信功能。 2 3i e 0 6 1 8 5 0 的核心技术 2 3 1 面向对象的建模 匝c t c 5 7 在制定i e c 6 1 8 5 0 时要求其数据模型涵盖m c 6 0 8 7 0 - 5 1 0 1 ， i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 及i e c 6 0 8 7 0 6 的数据模型。c 6 1 8 5 0 标准采用面向对象的 建模技术，定义了基于客户服务器结构的数据模型。每个i e d 包含一个或多 个服务器，每个服务器又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点， 逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名 实例。 另外，i e c 6 1 8 5 0 还制定了公共数据类，为每一类的数据定义了模型；针 对具体的逻辑节点，还将其分成几类，见表2 1 ：如保护( p ) 、测量( m ) 、 控制( c ) 等几个逻辑节点类，具体如下：每个逻辑节点又由数据对象( d a t a o b j e c t ) 组成，而数据对象又由数据属性构成，这样就形成了一个十分清晰 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 的层次结构，具体可见图2 - 2 。 表2 - 1 逻辑节点组 组别逻辑节点组 a 自动控制 c 监控 g 通用功能弓用 i 界面及储存 m 测量 p 保护功能 r 保护相关功能 s 传感器，监视器 t 互感器 x 开关设备 y 电力变压器及相关功能 z 其他设备( 电力设备) c o 呐_ o i l 豫l n l t 蛐血墨西 岱瑚l 蝴知哺哪 p 删 酣v 筘鼬w 岫协删髓呻 d 蛔n 洲捣随l 圳 h m 瞳吐晡埔h 曲嘲i 图2 2 数据对象的层次结构 由于i e c 6 1 8 5 0 采用了面向对象建模技术，这样就使得i e c 6 1 8 5 0 标准中对 保护设备的建模技术和方法能够为电力系统的其他标准所采用，例如用于电 力系统调度的疆c 6 1 9 7 0 标准，在数据对象建模上就完全采用了m c 6 1 8 5 0 的建 模理念”1 。：而针对电力系统风力发电厂的i e c 6 1 4 0 0 标准，其第一部分对电力 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 系统装置进行建模的方案和方法也是完全采用了礓c 6 1 8 5 0 的这一方案o ”，即 逻辑设备一逻辑节点数据对象一数据属性等分层结构以及公共数据类和兼 容逻辑节点的分类。由此可以看出，i e c 6 1 8 5 0 面向对象建模技术正体现出这 一标准通用性和开放性的这一特点。 由此可见，i e c 6 1 8 5 0 标准的一个显著特点是采用面向对象的方法描述变 电站及设备信息：一方面，它为变电站设备、通信体系及服务建立了基于对 象的数据模型，它将整个变电站的物理对象( 包括若干一次设备和测量、控制、 保护等二次设备) 以及通信网络抽象为相应的逻辑设备，它的各种子功能对应 为各种逻辑节点，逻辑节点为包含多个数据属性和方法的数据对象，而数据 对象则是公共数据类的对象实例。c 6 1 8 5 0 通过3 0 多种公共数据类、近4 0 0 种数据对象以及由此形成的8 0 多种逻辑节点描述了绝大多数变电站设备的信 息，并允许对逻辑节点、数据对象及其属性进行扩展。 另一方面，i e c 6 1 8 5 0 标准采用客户服务器方式建立通信模型，i e d 设备 之间通过一套面向对象的抽象通信服务接口( a c s i ) 来实现数据交换，a c s i 将变电站及其设备的功能映射为服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据类、数 据属性等分层的信息模型，并提供了实现信息传输所需要的如连接、变量访 问、主动数据传输、设各控制以及文件传输服务等在内的通信服务的抽象接 口，这些服务通过将a c s i 向具体的应用层通信协议( 如m m s 等) 来实现通信 过程。因此，i e c 6 1 8 5 0 为网络化的远动通信提供了一种新的、面向对象的信 息传输模式。 2 3 2 抽象通信服务接口a c s l 抽象通信服务接1 3a c s i ( a b s t r a e tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e ) 是从 通信中分离出应用过程并提供特殊通信服务用以变电站通信，采用虚拟的观 点去描述和表示设备的全部行为，是i e c 6 1 8 5 0 的核心技术。c 6 1 8 5 0 对实 际设备的所有抽象都是在a c s i 的框架内建模的。a c s i 定义了与实际应用的 通信协议无关的应用，相关通信服务、通信对象以及参数。a c s i 的最大特点 是通信协议的应用与通信介质分离，这样就能使其适应网络和通信技术的不 断发展。 a c s i 提供了六种服务模型：连接服务模型、变量访问模型、数据传输模 型、设备控制模型、文件传输服务模型以及时钟同步服务模型。这些服务模 型定义了通信对象以及如何对这些对象进行访问，包括请求、响应及服务过 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 程。服务过程描述了某个具体服务请求如何被服务器所响应以及采取何种动 作在何时以何种响应方式。服务接口采用抽象建模技术。抽象意昧着该定义 用于描述提供的服务，而与设备间交换的具体报文无关。 a c s i 抽象概念包括两个方面的内容： ( ：) a c s i 提供了用来定义变电站特定信息模型的说明； ( 2 ) a c s i 还提供了信息交换服务模型的说明。 抽象意味着a c s i 着重所提供的服务，而与设备问的具体信息报文无关。 a c s i 本身没有协议数据单元( p d u ) ，也就是说，a c s i 与具体的传输格式无 关，是通过特定通信服务接口( s c s m ) 映射到下层( 应用层) 的协议数据单元。 如图2 3 所示。 图2 - 3 抽象通信服务接口示意图 2 3 3 特殊通信服务映射 i e c 6 1 8 5 0 采用s c s m 来实现a c s i 服务到不同协议栈的映射。 a c s i 的具体通信服务映射主要是在应用层进行的，如图2 4 所示。a c s i 并不定义具体的a c s i 报文。a c s i 服务首先通过s c s m 将服务映射为应用服 务，应用层服务通过各层协议将服务映射为一个一个的协议数据单元p d u ( p r o t o c o ld a t au n i t ) 单元在网络上传输。因此，i e c 6 1 8 5 0 的实现方法并不需 要对o s i 底层的协议进行操作，而只需要在应用层将抽象的服务映射为某种 具体的服务“4 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 a c s i 客户a c s i 服务器 攀髫磁黉稠，蠢嚣，牵a 5 一簪瀛菇黼蔗嗣鼍彰零”熙2 “i 簿”。雾誓。”舞”n 4 ，z 。、 。5。 。； “。，；。】 “。服务器对象o ：_ 叛蠢涨务器对霉l ( 如逻辑节点1 ) “4 卜? m2 ( 蜘逻辑节点n 或数据) 。l t 。通信服务 “f ，ot ，。，通信服务。 1 分 j “一 1 ”俞 之乡j “ 多5f i 4。 一i 请求确认，1 一 。4 i 响应，5 指示4 l s c s m“4 ；”；4 ； 器c s 鎏，籍罗 。野：”。 ff 或靛一毽凯m “k ，嘲孙脚f r s 瓠撕舯# 耐。黼嚣a 搿1 赫搿：；褥搿嚣3 黼罐、：麓1 嚣* q # 二，j ； 。mr 穗44 “g 酗秽一悖# 峨螭”蘸，谤。：，4 戮辩l i 鬻 一w ； l 麟黧糠! 鎏鬻鳞羹瓣鬻；擞糕剿 图2 4 客户服务器模式下的应用过程和应用层交换信息 目前国内自动化制造商使用的协议基本上是自己创建一个从底层到顶 层的专有协议，设计者可能选择现有网络中的某一层作为实现通信的标准， 不同的设计者选择的网络层可能不同，因此很难实现互操作性。c 6 1 8 5 0 与 目前国内变电站自动化厂商正在使用的变电站规约明显的区别就是它是在应 用层之上的一种面向用户定义的。在用户这一层实现统一，具体的底层实现 方式可以任选一种目前比较成熟的方式，比如说m m s 。现场总线p r o f i b u s ， c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u c s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ，公共请求代理) 等，如图 2 5 所示。不同的s c s m 的复杂性不同，有些a c s i 服务在某些映射服务中可 能不被支持。 应用层 中问协议堆栈 物理层 二王墨至霎叠围塑萤至二二二二二二 图2 - 5 特殊通信服务映射的多种映射方式 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 3 4 报文制造规范m m s 技术 m m s ( m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e e i f i c a t i o n ) 是由i s o t c l 8 4 开发和维护的 网络环境下计算机或智能电子设备之间交换实时数据和监控信息的一套独立 的国际标准报文规范。它独立于应用和设备的开发者，所提供的服务非常通 用，适用于多种设备、应用和工业门类。例如，m m s 的读服务( r e a ds e r v i c e ) 允许一个应用( 或设备) 从另一个应用( 或设备) 读变量，而不论这个设备是可 编程逻辑控制器( p l c ) 还是工业机器，n i m s 的服务和报文都是相同的。现在 i v l l v l s 已经广泛用于汽车、航空、化工等工业自动化领域陋。 m m s 即制造报文规范是i s 0 ，m c 9 5 0 6 标准所定义的一套用于工业控制 系统的通信协议。国际标准化组织出台m m s 的目的是为了规范工业领域具 有通信能力的智能传感器、智能电子设备( r o d ) 、智能控制设备的通信行为， 使出自不同制造商的设备之间具有互操作性( i n t e r o p e r a t i o n ) ，使系统集成变得 简单、方便。在国外，m m s 技术广泛用于工业过程控制、工业机器人等领 域。 制造报文规范m m s 最早应用于计算机集成制造系统c i m s ( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r es y s t e m ) ，是专为c i m s 环境中各类可编程制造设备( 如 控制器、p l c 、机器人) 之间进行信息传递而设计的一种以o s i 为基础的应用 层协议。m m s 规范了多厂商设备间的通信，为制造设备入网提供了方便。运 用m m s 协议可将来自不同厂家的多种设备集成起来，实现信息互通和资源共 享。1 9 8 5 年，国际标准化组织i s o m c 铝, j 定了m m s 标准i s o e c 9 5 0 6 ，进一步 推动了m m s 的应用，越来越多的工业网络产品开始选择m m s 作为应用层协 议。2 0 0 3 年月通过的i s 0 9 5 0 6 最终草案，把m m s 服务总共分为如下几大类： 环境及通用管理服务、有条件的服务响应、v m d 支持服务、域管理服务、程序 调用管理服务、单元控制、变量获取服务、数据交换管理服务、信号量管理 服务、操作员通信服务、事件管理服务、事件条件服务、事件动作服务、事 件登记服务、事件条件列表服务、日志管理服务啪1 。 m m s 由以下部分组成： ( 1 ) 服务规范( s e r v i c es p e c i f i c a t i o n ) ； ( 2 ) 协议规范( p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n ) ； ( 3 ) 机器人伴同标准( r o b o tc o m p a n i o ns t a n d a r d ) ； 似1 数字控制器伴同标准( n u m e r i c a lc o n t r o l l e rc o m p a n i o ns t a n d a r d ) ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 ( 5 ) 可编程逻辑控制器伴同标准( p r o g r a m m a b l el o g i c a lc o n t r o l l e rc o m p a n i o n s t a n d a r d ) ： ( 6 ) 过程控制系统伴同标准( p r o c e s sc o n t r o ls y s t e mc o m p a n i o ns t a n d a r d ) 。 上列各部分中，服务规范和协议规范是其核心。服务规范包含的定义有： 虚拟制造设备( v m d ) 、网络上节点间的信息交换、与v m d 有关的属性和参 数。协议规范定义的是通信规则，包括：信息格式、通过网络的信息顺序、 m m s 层与i s o o s i 开放模型其他层的交互。而( 3 ) 一( 6 ) 则是针对不同应用领 域的伴同标准。 m m s 提供了丰富的针对对等式实时通信网络的一系列的服务，己经成为 许多通用工业领域的控制设备的通信协议，例如c n c 、可编程逻辑控制器、 机器人、电力领域中的远方终端装置( g t l d 、能量管理系统( e m s ) 、重合器、 开关等i e d 设备。许多流行的计算机平台都支持基于m m s 的互连：在软件支 持上，更有许多的a p i 、图形界面、网关、字处理、电子表格、关系型数据 库支持m m s ；从通信连接上来看，m m s 在以太网、令牌总线、串行接口 r s 2 3 2 c ，o s i ，t c p i p ，m i n i m a p 上也都很容易实现“。 2 3 5 变电站配置语言 信息通信技术、计算机技术、网络技术和电子技术的发展带动了许多领 域的技术进步。国际电工委员会t c 5 7 铝i 定的变电站自动化通信网络和系统系 列标准m c 6 1 8 5 0 在经过几年的讨论稿后，于2 0 0 4 年正式颁布。c 6 1 8 5 0 标准 的推出旨在引进信息领域成熟的技术，消除多年来各大电力设备生产企业自 行研制的变电站自动化系统，由于运行于各自约定的通信规约而形成的许多 “信息孤岛”。这些信息孤岛不仅造成系统集成投资增大，系统扩充、优化 和维护的困难，而且制约了自身技术的进一步发展。 玎陀6 1 8 5 0 标准中采用了目前各相关领域中许多先进、成熟、可靠的技术， 保证了电力系统对于可靠性、实时性和稳定性的特殊要求。其中，面向对象 的变电站自动化系统通信模型的建立和逻辑节点的提出实现了完全分布的系 统；基于x m l1 0 的变电站配置语言s c l 实现了分层的变电站自动化系统的 描述；抽象通信服务接d a c s i 和特殊通信服务映射s c s m 实现了通信和具体 协议的分离；这些技术的引入都是为了建立一个彻底开放的、可互操作的变 电站自动化通信网络系统。 消除信息孤岛的有效手段是实现各种设备的互操作，实现互操作的根本 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 途径是基于语义的信息交换。只有在完备的语义信息模型的基础上，构造出 i e c 6 1 8 5 0 的语义拓扑空问，才能真正实现完全意义上的符合i e c 6 1 8 5 0 标准 的变电站自动化系统，也才能保证系统实现充分的互操作性。 变电站配置语言s c l ( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 是 i e c 6 1 8 5 0 采用的变电站专用描述语言。它采用可扩展的标记语言清楚地描述 设备配置信息，并实现信息在不同设备问的共享“”。使用s c l 能够方便地收 集不同厂家设备的配置信息并对设备进行配置，使系统维护升级、智能电子 器件控制变得更为简单易行。使用s c l 形成标准的i e d 数据传输文件，可以 避免议转换的开销，同时大大减少数据集成和维护的成本。 结合c 6 1 8 5 0 中定义的各种公共设备及其相关组件对象，s c l 可以方 便地搭建模型描述变电站和站内i e d 的信息。在s c l 配置文件中，按照统一 的方法对设备配置进行描述，可以保证设备之间互相识别，这是实现互操作 的前提。 产品的信息模型和通信服务要能够采用变电站描述语言s c l 描述和发 布。信息模型和通信服务是产品之间实现互操作性的关键内容。一个具有互 操作性的产品必须具有识别s c l 并进行数据生成的能力。s c l 不仅被作为描 述产品信息模型、通讯服务，也是描述变电站自动化系统的连接关系、信息 模型与现场数据的对应关系等的唯一方法，是产品之间建立互操作性的重要 手段。对s c l 的解释和识别可以由也d 直接完成，也可以由专用的工具软件 完成，它们都视为产品形态的组成部分。 2 4i e c 6 1 8 5 0 的优点 i e c 6 1 8 5 0 国际标准协议是关于变电站自动化系统的第一个完整的通信 标准体系。与传统的通信协议体系相比，在技术上i e c 6 18 5 0 有如下突出特 点“”： ( 1 ) 使用面向对象建模技术； ( 2 ) 使用分布、分层体系： ( 3 ) 使用抽象通信服务接口( a c s l 3 、特殊通信服务映射s c s m 技术： ( 4 ) 使用m m s 技术； ( 5 ) 具有互操作性； ( 6 ) 具有面向未来的、开放的体系结构。 i e c 6 1 8 5 0 的优点具体表现在：分层的智能电子设备和变电站自动化系 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 统，满足实时信息传输要求的服务模型，采用抽象通信服务接口、特定通信 服务映射，以适应网络发展。采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述， 以适应功能扩展，满足应用开放互操作要求，采用配置语言，在信息源定义 数据和数据属性，传输采样测量值。i e c 6 1 8 5 0 系列标准还包括变电站通信网 络和系统总体要求、系统和工程管理、一致性测试等。 另外，i e c 6 1 8 5 0 被广泛接受还因为它有一系列很现实的益处和优点”1 ： ( 1 ) 消除了定购的二义性。s c l 不仅可以用来对设备和电力系统进行配置，它 也可以