（电力系统及其自动化专业论文）继电保护及故障信息系统通信体系的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 关键词：继电保护；故障信息；通信体系；i e c6 18 5 0 ；i e c6 1 9 7 0 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sp o w e r 鲥d sg r a d u a l l ye x p a n da n dt h et i e sb e t w e e nt h e ma r es 仃e n g t h e n e d ，t h e c o m p l e x i t yo ft h ep o w e rg r i d si si n c r e a s e d w h e n a l la c c i d e n th a p p e n si nt h en e t ，t h e f a u l ti n f o r m a t i o ni n c r e a s e sh u g e l y a sar e s u l t ，i ti sm o r ed i f f i c u l tt oh a n d l ei t b u tt h e e x i t i n ga p p l i c a t i o ns y s t e m ss u c ha ss c a d a e m sc a nn o tm e e tt h er e c e n tn e e d sf o r f a u l tt r e a t m e n t i nt h i sc a s e ，r e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m sd e s i g n e df o rt h eo p e r a t i o nm a n a g e m e n to fs e c o n d a r ys y s t e ma n dt h ea n a l y s i s p r o c e s so ff a u l td a t ae m e r g ea st h et i m e sr e q u i r e r e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e mi sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o r g a t h e r i n gt h ef a u l ti n f o r m a t i o ni ng r i d sa sw e l la st h ea c t i o ni n f o r m a t i o no fs e c o n d a r y d e v i c e si n s t a n t l ya n dt r a n s f e r r i n gt h e mt ot h ec o n t r o lc e n t e rw h e na na c c i d e n th a p p e n s i ng r i d s t h e ni tw i l la n a l y s ea n d p r o c e s st h e s ed a t ai n t e l l i g e n t l yi nt h ec o n t r o lc e n t e r ， c o n s e q u e n t l yt h ea b i l i t i e st oa n a l y s ea n dh a n d l et h ef a u l t sa r ei m p r o v e dc o n s i d e r a b l y i nv i e wo ft h ec o m p l e x i t ya n dt h ed i v e r s i t yo ft h ep o w e rs y s t e ma n dt h es e c o n d a r y d e v i c e s ，t h ek e yt ob u i l dt h er e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m si st o e s t a b l i s has t a n d a r d i z e dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m u pt on o w , m o s to ft h ee x i t i n g r e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m sc o n t i n u et ou s et h et r a d i t i o n a l c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ( s u c ha s10 3p r o t o c o la n ds oo n ) ，b u tf a i lt of o r mau n i f i e d s t a n d a r do fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hm a k e st h er i s k so fb u i l d i n gt h es y s t e m g r e a t e ra n di n c u r sal a r g e n u m b e ro ff a i l u r e s h o w e v e r , t h el a t e s ti n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d a r di e c618 5 0a n di e c619 7 0l a y st h ef o u n d a t i o nf o rr e a l i z i n gt h e s t a n d a r d i z a t i o no ft h er e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m b a s e do nt h ei n t e n s i v es t u d yo ni e c618 5 0a n di e c619 7 0 ，t h i sp a p e re x p l o r e s t ob u i l d 锄a p p l i c a b l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ys y s t e mf o rt h er e l a y i n gp r o t e c t i o n a n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e mi nt h eg u i d a n c eo fu n i f i c a t i o no fi n f o r m a t i o nm o d e la n d d a t ai n t e r f a c e t h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ys y s t e mc o o r d i n a t e si e c618 5 0a n d i e c619 7 0 i tf o c u s e so ns o l v i n gt h ep r o b l e mo ft h es t a n d a r d i z a t i o no ft h e i i i 山东大学硕士学位论文 i n f o r m a t i o nm o d e l m o r e o v e r , c o r r e s p o n d i n gu n i f i e di n t e r f a c ea r ed e s i g n e d t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h en e ws t a n d a r d i z a t i o ni e c618 5 0 ，i e c619 7 0a n d t h em a i no b j e c t i v eo ft h er e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m s t h e na f u r t h e rs t u d yw a sd o n et oa n a l y s ea n dd e s i g nt h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m so ft h e r e l a y i n gp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m sw i t haf o c u so nr e s o l v i n gt h e h a r m o n i z a t i o no fi e c6 1 8 5 0a n di e c6 1 9 7 0 i nt h eh a r m o n i z a t i o n ，t h ee f f o r t sf o c u s o nh a r m o n i z i n gt h ei n f o r m a t i o nm o d e la n di n t e r f a c es e r v i c e s ，s oa st of o r ma c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mb a s e do ni e c618 5 0a n di e c619 7 0u n i f i e di n f o r m a t i o n m o d e la n di n t e r f a c e t h i sc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mi sa p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nt h e p r o t e c t i o na n df a u l ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m sw h i c ha r ed e v e l o p e db y s h a n d o n gu n i v e r s i t ye l e c t r i cp o w e rt e c h n o l o g yc o a n di th a sp r o d u c e dn o t a b l e e f f e c t s k e y w o r d s ：r e l a y i n gp r o t e c t i o n ；f a u l ti n f o r m a t i o n ；c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ； i e c6 1 8 5 0 ；i e c6 1 9 7 0 i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：丛日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盟导师签名：e l 期：圣皇q 全! 幺塑 山东大学硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第一章前言 对于电网调度运行人员来讲，电网的运行监视、调节、控制和事故处理的主 要技术支撑系统就是电网调度自动化系统，现代电网的调度自动化系统主要基于 “四遥”，即遥测、遥信、遥控、遥调。先由厂站端的r t u 或i o 智能测控单元 将反映电网运行状态的电流、电压等信息和反映网络拓扑结构的断路器分、合闸 信息通过电力通信网络上送到电网调度中心，然后根据电网调度控制中心应用软 件的计算或分析结果，下达调节和控制命令，实现发电出力的调节控制( 如a g c ) 和电网电压的调节控制( 如a v c ) 等n 1 。 随着电网联系的不断加强，电网输送电力的能力得到了有效的提高，同时， 局部电网的故障可能引起的事故波及面增加的几率也大大提高。另一方面，随着 电网规模的扩大，电网间联系的加强，在电网发生故障时信息的传输量也大大增 加，由此而带来的电网调度运行人员所需关注、处理的信息量呈现为“海量”状 态n3 。因此，电网发生故障时，能否及时、全面并有效地掌握故障的信息，对于 事故的判断、处理和系统的恢复起到非常关键的作用。 著名的美加大停电事故就是典型的由于电网运行监视系统障碍，引起对事故 判断的措施错误，延误了事故处理的最佳时机，最终造成灾难性的后果。显而易 见，电网避免系统性事故扩大发生的重要前提是电网调度人员需要具备有效的手 段监视电网，把握电网变化的关键信息，从而相应地采取有效的调节、控制措施， 恢复系统的安全、稳定运行。 目前，以s c a d a e m s 为应用标志的调度自动化系统尚不足以为电网调度运行 人员提供足够的事故分析和处理支撑，主要在于现有的调度自动化系统以电网运 行情况的静态描述为特征，s c a d a 系统的信息传输方式是以一定的时间间隔( 3 5 s ) 将遥测、遥信信息实时上送到电网调度中心，信息所体现的特点是呈断面状 的，即s c a d a 系统反映的只是电网在某一时刻的情况，实现对电力系统的静态监 视，没有电网事故分析、判断所需要的保护动作信息，不能系统地反映电力系统 故障时模拟量情况、保护动作时序、重合闸过程等判断故障的关键信息，并实现 山东大学硕士学位论文 对上述信息的有效关联和汇总分析处理，因此，s c a d a e m s 系统对于电网事故分 析、判断继电保护动作所提供的信息是不完整的，无法作为电力系统故障时的分 析依据。要对故障做出准确的判断和处理，必须综合断路器状态变化信息、保 护装置的动作行为、继电保护内部设定的动作值和故障录波器中的模拟量及开关 量信息。 根据这一需要，以集成继电保护和故障录波器信息为应用特征的电网事故分 析的继电保护及故障信息分析处理系统开始进入具体的应用，该系统主要实现信 息整合功能，系统的信息来源主要是数字式保护和故障录波器，在厂站端实现信 息的汇集、分类、规约转换等，并经电力通信网将信息上送到电网调度中心或接 受电网调度中心下达的信息调用，在电网调度中心的主站系统端实现故障信息的 综合利用分析。该系统的信息体现为准实时的特征，正常时没有或很少有信息， 在电网发生故障时会产生大量信息。系统可用于快速、有效地获取故障时的断路 器、保护装置、故障录波器等涉及事故分析的关键信息，最终实现信息的综合分 析。为准确、系统地分析事故和保护动作行为提供依据，同时为调度员事故处理 提供决策支持，是电网调度自动化体系的重要组成部分。 实现信息综合采集和分析的前提是厂站端上送的信息必须遵循相同的数据 格式或标准，然而事实上，往往电网中所采用的继电保护装置和故障录波器等设 备来自于不同的制造商，不同制造厂家对微机保护输出信息的定义或所遵循的数 据通信规约基本依据于m o d b u s 、d n p 、l o n w o r k s 、i e c l 0 3 等，规约的多样化必然 带来规约内容的不确定性、规约解释的不一致性、规约实现的不完整性。在实际 系统应用中完全不能实现不同厂家生产的设备之问的“互联互通”，信息利用的 有效性受到限制，造成不同设备间的接口众多。 为规范变电站间隔层智能设备( i e d ) 的信息输出，自2 0 世纪9 0 年代以来， 陆续颁布了a n s i i e e e c 3 7 1 1 1 c o m t r a d e 暂态数据交换通用格式和继电保护设备 信息接口配套标准i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 ( 简称1 0 3 规约) 等标准。上述标准的颁布 实施使数字式录波器和保护装置的数据输出有了可参考的标准和依据，目前的数 字式录波器和保护装置设备的信息输出基本参照了上述标准，或者提供对多种规 约的支持，但由于缺乏一个统的标准，工作量巨大的规约转换工作己成为故障 信息处理系统的瓶颈。同时，又由于1 0 3 规约主要考虑具体设备的数据格式的统 2 山东大学硕士学位论文 一，它的数据传送效率不高，在实际应用中特别是故障时未能很好地实现不同厂 家的微机保护装置以及故障录波装置统一管理和数据采集，存在着系统效率低、 可用性不高、信息发布量小及各子系统问缺乏有机的联系等问题。因此，开发一 个高效、先进、可靠的电网故障信息处理系统势在必行。 为了实现调度中心到变电站以及变电站内部的无缝自动化，i e c 组织制定关 于变电站通信网络和系统的国际标准一i e c 6 1 8 5 0 标准。i e c 6 1 8 5 0 标准对间隔功 能进行抽象，采用信息分层、面向对象的数据统一建模、数据字描述和抽象服务 映射等方法将应用和通信分离。i e c 6 1 8 5 0 能大幅改善信息技术的数据集成，减 少工程量、运行、监视和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用的 灵活性。它解决了互操作性和协议转换的问题，还可使变电站自动化设备具有自 描述、自诊断和即插即用的特性，极大地方便了系统的集成，降低了系统的工程 费用。i e c6 1 8 5 0 的出现，有可能为继电保护故障信息系统的实施提供了信息规 范化的依据，并在变电站层面真正实现“即插即用 和“互联互通，使得以往 面向协议的传输转为面向对象，实现电力系统统一建模，构成电力系统统一的信 息构架，即“一个世界、一个标准、一种技术 。与此同时，i e c6 1 9 7 0 基于 c i m 技术的应用推进为电网调度中心有效地集成来自不同应用系统的功能提供 了可靠的前提条件。因此，为了使i e c 6 1 8 5 0 从变电站延伸到整个信息系统，还 需对某些部分进行相应的扩展，其中一个最重要的扩展，就是将i e c6 1 8 5 0 在自 身的基础上和i e c6 1 9 7 0 进行协调，形成一个完整的继电保护及故障信息系统的 统一的通信体系，从而最终实现整个电力系统的无缝通信。 1 2 继电保护故障信息系统的研究现状 国内继电保护及故障信息系统的建设与应用基本起始于2 0 0 1 年，近年来在 全国范围内，随着故障信息系统实施范畴的增加，系统的作用正在逐步被认可。 国家电网公司已明确将故障信息系统的建设列入电网二次系统规划范畴，并要求 在比较短的时期内实现2 2 0 k v 以上电网9 0 的系统覆盖率。从某种程度上讲，继 电保护及故障信息系统建设已成为继电保护专业工作的热点之一。 但目前看来，系统实施的效果还远不尽如人意，系统的功能定位、设计规范、 试验标准等涉及系统建设的关键性问题尚处于摸索阶段。为使系统的建设更具合 山东大学硕士学位论文 理性、系统的效用能得到最大限度的体现，对系统的建设状况、存在的问题进行 分析，为系统的功能定位、规划、实施确定一种合理的框架，在现阶段就显得十 分必要和迫切。 此外，作为故障信息系统的主要信息接入对象，数字式保护和故障录波器的 数据处理方式、所支持的数据交换协议，以及对各种信息的定义、动作时间的描 述方式等因素也是故障信息系统设计、建设过程中应予以关注的最关键要素。 国内各个科研单位都己致力于故障信息这一方面在我国的标准化、统一化，但目 前国内关于这方面的研究工作还正处在摸索阶段，没有形成成熟、统一的、实际 可行的信息通信标准。 现代信息技术的发展使得数字式保护和故障录波器具有极强的数据处理功 能，但作为故障信息系统主要数据来源的保护和故障录波器等设备对装置内部监 视信息、电网运行信息、装置动作信息的不同处理，以及时间同步实现方式上的 差异、数据输出格式的不同，造成了各装置信息未实现规范整合前，各种i e d 装置在电网故障中所反映的信息体现了“孤立事件的特点。信息只能分散、 局部地描述电网故障情况，这表明目前各种保护和故障录波器等i e d 设备对于信 息处理的规范性远不能满足电网故障分析、信息处理有效性的要求，从另一方面 说明了故障信息系统建设的必要性。 随着网络技术的发展，以往面向点的通信传输协议将被面向对象的传输协议 所替代，这意味着电力系统新应用技术带来的功能可以不受已定义好的协议约 束，以自我描述的方式实现变电站信息向电网调度中心的传输。 由于电力系统是个巨型信息系统，以往的各种规约实际就是根据各种特定的 应用对一次设备和二次设备进行建模。随着基于c i m 技术的i e c6 1 9 7 0 和基于无 缝通信的i e c6 1 8 5 0 标准的推进，使得电力系统的统一建模成为可能，这样就 为实现故障信息系统的高级应用功能提供了前提条件，也为电力系统的应用集成 和数据共享提供条件，从而最终形成整个电力系统的无缝通信体系。但是，由于 i e c6 1 8 5 0 和i e c6 1 9 7 0 是为各自的目标而提出的，i e c6 1 8 5 0 是为了实现变电 站综合自动化而提出的，而i e c6 1 9 7 0 则是从主站调度中心能量管理系统的角度 来提出的。因此，虽然它们都是电力系统范围内的标准，但由于两个标准所要实 现的目标及侧重的方面各不相同，因而它们的内容和特点也不尽相同。要想形成 4 山东大学硕士学位论文 电力系统统一的通信标准，并将其应用于继电保护故障信息系统的通信体系中， 就必须对两者进行协调和统一，在整个电力系统范围内形成一个将i e c6 1 8 5 0 和i e c6 1 9 7 0 相结合起来的统一的标准。目前，对于这一方面的研究，国内外都 还只停留在初级阶段，还没有定制出明确的方案或形成统一的标准，也没有应用 该统一标准的应用系统的出现。 1 3 论文工作 本文在介绍继电保护及故障信息系统的系统目标和功能定位的基础上，着重 对该系统的通信体系进行深入的分析和研究。为了符合整个电力系统无缝通信体 系的发展需求和趋势，需要产生一个统一的通信标准。本文的研究工作主要就是 致力于形成这样一个统一化的通信标准，即主要对电力系统的新标准i e c6 1 9 7 0 和i e c6 1 8 5 0 进行协调和统一，协调对象主要是标准所定义的模型和接口。在 对两个通信标准进行协调后，需要具体提出继电保护及故障信息系统的整个通信 体系的设计方案，即：变电站范围内采用i e c6 1 8 5 0 的通信标准；变电站到控制 中心主站的通信则采用i e c6 1 8 5 0 和i e c6 1 9 7 0 相结合的统一标准，从而使该 系统能在调度中心主站与主站其他应用组件很好地实现集成化。最后，将该通信 体系设计方案应用到实际的继电保护及故障信息系统中，在实际通信及整个系统 的效用上体现出其具体价值。 山东大学硕士学位论文 第二章i e c6 1 9 7 0 及i e c6 1 8 5 0 概述 本文对继电保护及故障信息系统的通信体系研究的特点就是在通信体系中 不采用以往应用的1 0 3 规约，而采用新一代的电力系统自动化接口标准i e c 6 1 9 7 0 和变电站自动化系统通信标准i e c6 1 8 5 0 ，主要原因是1 0 3 规约本身的局 限性以及i e c6 1 8 5 0 和i e c6 1 9 7 0 的独特的优势所致，将新标准应用到继电保护 及故障信息系统的通信体系中，也符合电力系统无缝通信体系的要求和发展趋 势。 2 1ie c6 19 7 0 概述 2 1 1ie c8 1 9 7 0 标准的起源 随着电力系统的发展和自动化水平的提高，用户往往要运行多套系统，每套 系统中要运行多个应用，这些应用和系统常常是分布实施的，必然存在系统的更 新升级。为了能够允许所有用户( 电力公司、电力联营、电力市场、配电控制中 心、供电方、投资者等) 能够在一个充满竞争的应用领域中来升级移植他们的 系统，而不必依赖某一厂家，也不用浪费之前的投资，从1 9 9 4 1 9 9 8 年的五年间， 通过整个工业界的协作和努力，i e c 发布了所有使用实时信息的应用开发者的最 初标准化设计规范，即i e c6 1 9 7 0 n 1 。该标准的发布将极大地促进开放系统的构 造，它大大减少了增加e m s 应用功能的开发费用并保护以前的投资，使e m s 应用 模块具有“即插即用 的特点，同时，i t 技术的新进展也促进了标准的不断更 新和完善。 2 i 2i e c8 19 7 0 的标准体系 i e c6 1 9 7 0 标准系列分为导则、术语、c i m 和两种级别的c i s 共5 个部分。 导则部分主要提出了一个用来描绘控制中心e m sa p i 问题的参考模型，其中应用 的组建化有两种方法，一是彻底用组件构造，二是对原来的应用加封套心3 。术语 部分列出了标准中用到的术语和定义。c t m 为公用信息模型部分，它定义了数据 7 山东大学硕士学位论文 信息模型的语义，c l m 分为3 个部分，3 0 1 是c l m 的基本部分，3 0 2 是c l m 用于 能量计划、检修和财务的部分，3 0 3 是c i m 用于s c a d a 的部分心1 。c l s 部分为组 件接口规范，它定义了信息交换的内容，4 0 1 是c i s 框架部分，4 0 2 是c i s 基本 服务，4 0 3 是请求和回答( g d a ) ，4 0 4 是快速数据访问( h s d a ) ，4 0 5 是事件和 订阅( g e s ) 。 2 1 2 1t i l l 简介 在电力领域中，c i m ( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) 定义了电力工业标准对 象模型，用于电力工程、规划、管理、运行和商务等应用的开发和集成，它提供 了描述电力对象及其关系的标准n 1 。c i m 提供了一个关于电力能量管理系统信息 的全面逻辑视图，是一个代表电力企业所有主要对象的抽象模型，包括了这些对 象的公有类和属性，以及它们之间的关系。 c i m 被划分为许多子系统或包，包括核心包、拓扑包、电网包、保护包、量 测包、负荷模型包、发电包、域包、能量计划包、备用包、资产包和s c a d a 包等 。c i m 的类图关系如图2 1 所示。 8 图2 - 1i e c6 1 9 7 0 的c i m 类 山东大学硕士学位论文 如图2 1 所示，c i m 中每一个包都是一组类的集合，每个类包括类的属性和 与此类有关系的类位1 ，类和类之间的关系有三种：聚合、继承和简单关联。聚合 是一种整体和局部特殊的关联。继承关系式隐式表示的，简单关联和聚合是要显 示表示的，如在资源描述框架中用对象引用来表示，继承不仅包括上面的属性， 而且包括继承类的关联关系。 2 1 2 2c 1 5 简介 自从i e c6 1 9 7 0 定义了c i m ，它为现有的应用系统提供了一个基于公共信息 模型和组件技术的系统集成框架。但还需要定义一些公共的数据接口来对已定义 的公共信息模型框架进行访问，才能获取该信息模型中的数据，从而最终达到组 件集成和即插即用的目的。 为此，e m s 定义了专门访问c i m 数据的一些组件接口规范，称为c i s ( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ) 。c i s 主要定义了一些接口，它们能 够通过标准的方法，实现对公共信息模型的访问和对公用数据的获取，以及应用 组件间的互换信息等。 在i e c6 1 9 7 0 的组件接口规范中，定义了一些通用的组件接口通用服务，组 件( 或应用系统) 通过这些通用接口，可以以标准的方式访问公共信息模型或相 互之间交换信息。这些服务针对e m sa p i 的特定应用环境，用叙述性文本、u m l 和接口定义语言( i n t e r f a c ed e f i n it io nl a n g u a g e ，i d l ) 来定义标准化的接口 功能，涵盖了数据交换层次的主要的应用集成机制。接口功能主要有： 1 ) 通用数据访问( g e n e r i cd a t aa c c e s s ，g d a ) ； 2 ) 高速数据访问( h i g hs p e e dd a t aa c c e s s ，h s d a ) ； 3 ) 通用事件订阅( g e n e r i ce v e n t i n ga n ds u b s c r i p t i o n ，g e s ) ： 4 ) 时间序列数据访问( t i m es e q u e n c ed a t aa c c e s s ，t s d a ) 。 定义这些通用服务的目的是尽量减少电力系统应用集成的代价，将应用系 统与下层的中间件( m i d d l e w a r e ) 实现技术隔离，充分发挥c i m 模型的优点，避 免生成只面向特定应用的a p i ，保证与i e c6 1 9 7 0 中的其他协议兼容b 1 。 9 山东大学硕士学位论文 2 - 1 3le c6 19 7 0 标准的目标 制定i e c6 1 9 7 0 的主要目标是为了e m s 系统中不同厂商之间的应用功能之间 或不同的e m s 系统之间，或e m s 系统与电力行业其他应用系统之间的数据交换和 应用集成提供便利，允许多个厂家的应用能够在一个e m s 环境中运行，支持大范 围的电力系统应用，允许长期的扩展和更新。 i e c6 1 9 7 0 协议提出，为现有的应用系统提供一个基于公共信息模型和组件 技术的系统集成框架。通过定义标准的应用编程接口a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m i n t e r f a c e ) ，应用系统可以以标准的方式访问公共数据，交换信息，不用关心信息 在各系统内部是如何组织表达的。各个e m s 应用内部可以有各自的信息描述， 但只要在应用程序( 或构件) 接口语义级上基于公共的信息模型，不同厂商开发的 应用程序或不同系统的应用间就可以以同样的方式( 如x m l ) 访问公共数据，实 现应用间的相互操作和插件兼容n 3 。 2 2ie c6 18 5 0 概述 2 2 1le c6 1 8 5 0 标准的起源 9 0 年代初并行通信开始在欧洲和美国出现。i e c 意识到需要给不同供应商生 产的新的“智能保护设备”制定接口标准。i e ct c 5 7 和i e ct c 9 5 建立起联合工 作组开发了“保护设备信息接口标准( i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 ) 。 由于随着通信技术的飞速发展，传统的通信规约难以适应电力通信发展的需 求。因此为适应变电站自动化技术和电力通信技术的迅速发展，产生一种能够独 立于具体通信技术的通信标准显得势在必行。1 9 9 5 年国际电工委员会第5 7 技术 委员会( i e ct c 5 7 ) 为此成立了3 个工作组1 0 ，1 1 ，1 2 ，以公共通信体系u c a 2 0 的 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，建立世界范围的统一 标准i e c6 1 8 5 0 h 1 。该标准以特有的对象的形式将变电站内的一、二次设备对象 化、分层化，并将服务与具体通信隔离开来，从而使通信数据模型具有良好的扩 展性，标准所定义的通信服务也可不阻碍到具体通信技术的发展，使符合综合数 字变电站自动化的发展趋势和要求。 l o 山东大学硕士学位论文 2 2 2ie o6 1 8 5 0 标准的特点 i e c6 1 8 5 0 是国际电工委员会t c 5 7 工作组制定的变电站通信网络和系统 系列标准，是关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系，也是基于网 络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。i e c6 1 8 5 0 的主要特点是： i 、使用面向对象的统一建模技术。数据对象的统一建模是i e c 6 1 8 5 0 与以往 通信协议之间的最大不同之处。它最大限度的避免了信息模型的不一致性，从而 减少很多不必要的工作，将主要精力放在具体的对象功能和应用上，而不再过多 考虑关于模型的兼容性。 2 、使用电力系统信息的分布、分层体系结构。i e c6 1 8 5 0 首先把变电站自 动化系统分成变电站层、间隔层和过程层三层，将具体功能也进行分层，由上到 下分为逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性。这样对于具体设备来说，不论结 构有何不同，都可以逻辑节点的方式对功能单元进行表示，从而避免了实际系统 中由于不同的结构和生产厂家而造成复杂多样的通信系统，提高通信的灵活性。 3 、使用抽象的通信服务接口技术。i e c6 1 8 5 0 在应用层定义了抽象通信服 务接口，这个通信抽象接口通过具体的映射将抽象的服务映射为实际的通信技 术，这样就使i e c6 1 8 5 0 独立于网络技术而存在。 4 、具有面向应用开放的自我描述。i e c6 1 8 5 0 标准对于信息采用面向对象 的自我描述的方法，尽管这样将在传输时增加网络开销，但网络技术的发展和传 输速率的提高可以克服这个缺点，使得实现自我描述成为可能。 5 、使用专有的变电站配置语言。i e c6 1 8 5 0 定义了自己的变电站配置语言 s c l ，对i e d 设备和系统进行配置，整个系统也采用s c l 语言进行配罱。配置后 的系统配置文件中含有变电站系统中所有的通信接口和逻辑节点的描述，系统只 需根据此配置文件即可完成寻找通信接口和逻辑节点的功能，这一特点也是实现 智能电子设备之间互操作的基础。 综上所述，i e c6 1 8 5 0 变电站通信网络和系统协议比以往任何通信协议都具 有较大的优势，i e c6 1 8 5 0 已成为无缝通信系统传输协议的基础，将是全世界唯 一的变电站网络通信标准，也将成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、 配电自动化、无缝自动化的标准。i e c6 1 8 5 0 的发展方向是实现“即插即用 ， 在工业控制通信上最终实现“一个世界、一种技术、一个标准 。 山东大学硕士学位论文 2 2 3ie c6 1 8 5 0 标准体系 i e c6 1 8 5 0 标准共分为1 0 个部分：1 、i e c6 1 8 5 0 - i ：基本原则；2 、i e c6 1 8 5 0 2 ： 术语；3 、i e c6 1 8 5 0 - 3 ：一般要求；4 、i e c6 1 8 5 0 4 ：系统和工程管理；5 、i e c 6 1 8 5 0 5 ： 功能和装置模型的通信要求：6 、i e c6 1 8 5 0 - 6 ：变电站自动化系统结构语言；7 、 i e c6 1 8 5 0 - 7 - i ：变电站和馈线设备的基本通信结构一原理和模式；8 、i e c 6 1 8 5 0 - 7 - 2 ：变电站和馈线设备的基本通信结构一抽象通信服务接口a c s i ：9 、i e c 6 1 8 5 0 7 3 ：变电站和馈线设备的基本通信结构一公共数据类；1 0 、i e c6 1 8 5 0 7 4 ： 变电站和馈线设备的基本通信结构一兼容逻辑节点和数据对象d o ( d a t ao b j e c t ) 寻址；儿、i e c6 1 8 5 0 - 8 ( 9 ) ：特殊通信服务映射s c s m - - 映射到制造报文规范m m s ； 1 3 、i e c6 1 8 5 0 - 1 0 ：一致性测试。 2 2 3 1 抽象信息模型 前面在关于介绍i e c6 1 8 5 0 特点的章节中已经对i e c6 1 8 5 0 信息模型的层次 化、建模的对象化等特点进行了较为详细的描述，即i e c6 1 8 5 0 最大的特点之一 就体现它的抽象信息模型方面，它与以往传统的通信信息模型有着明显的不同， 可以说特有的抽象信息模型是i e c6 1 8 5 0 的核心。 传统规约中节点的定义一般就是指数据所处的硬件位置，比如说r t u i e d 、 数据库或者应用程序，这样的节点相当不灵活。i e c6 1 8 5 0 采用面向对象的技术 建立数学模型，为层次结构。i e c6 1 8 5 0 将设备按照功能抽象为一个个逻辑节点 ( l o g i c a ln o d e ) ，逻辑节点为基本数据模型，即所有功能的最小单位为逻辑节 点，逻辑节点包含一定的数据( 对象) ，数据又由相应的属性构成。实际的一个 物理设备( i e d 、p h y s i c a ld e v i c e 、s e r v e r ) 作为完整的功能主题，提供对外的 服务。物理设备由逻辑设备( l o g i c a ld e v i c e ) 组成，而逻辑设备由抽象的逻辑 节点构成，逻辑节点作为最小的数据通信单位，其定义是唯一的，这点是实现互 操作及自我描述的基础。设备在建立模型时必须遵照标准的定义，但其逻辑节点、 公共数据类是可以扩充的。 i e g6 1 8 5 0 对象模型的层次结构如图2 2 所示，层次间上层与下层是一对多 的关系，即一个物理设备可由多个逻辑设备构成，一个逻辑设备同样可由多个逻 辑节点构成，依次类推。 1 2 山东大学硕士学位论文 i l o g 逻ic 埘a - n 点o d e i l l i l_ l + 1 7 + l nf 数钳对象描矬 。d a t aa t t r i b u t e i 图2 - 2 对象模型的层次结构 如图2 2 所示，i e c6 1 8 5 0 的信息模型具有很好的层次化，i e c6 1 8 5 0 7 4 在 电力系统中定义了约9 0 种逻辑节点。其中系统逻辑节点有三个：基本逻辑节点、 逻辑节点零l l n o 和逻辑物理设备节点l p h d ：保护功能逻辑节点及相关功能逻辑 节点共3 8 个；其它为控制、测量、变压器以及其它电力系统设备逻辑节点。由 保护功能逻辑节点所占数量可以看出，微机保护设备建模在i e d 建模中的地位非 常重要，而目前保护设备所提供的功能信息是分散的，这就要求在对设备进行建 模时，设计者首先要清楚设备实现的功能，熟悉继电保护的原理和设备组成，并 做出完整的功能描述，然后才能将分散着的功能单元组合在一起，即完成关于 i e d 设备的建模。 2 2 3 2 抽象通信服务接口a c s i i e c6 1 8 5 0 的通信服务采用了面向对象建模的技术，服务的接口是采用了抽 象的建模方法。抽象意味着所有服务的定义关注的是服务本身而不是如何实现服 务。因此设备之间交换的具体信息( 编码解码) 以及这些信息如何在设备之间交换 不在i e c6 1 8 5 0 7 部分中定义。信息交换的具体实现定义在i e c6 1 8 5 0 8 和i e c 山东大学硕士学位论文 6 1 8 5 0 - 9 ( 特殊通讯服务映射) 中。 在i e c6 1 8 5 0 中，这些抽象的服务接口简称为a c s i ( 抽象通信服务接口) ， a c s i 定义了变电站设备通信服务。a c s i 模型定义了两种基本的通信模式：客户 服务器模式( c s ) 和对等通信模式( p 2 p ) 。a c s i 客户和a c s i 服务器可由各种 通信网络连接起来，a c s i 客户端通过a c s i 服务来访问a c s i 服务器的信息。首 先，客户端发送服务请求，等待服务器端确认并接收服务器已处理过的服务请求， 客户端也可以自动接收服务器的广播来接收报告。其通信方法如图2 3 所示。 a c s ic l i e n t 延太 a c s is e r v e r 呵 l 网络 ji 1 l 响应 图2 - 3a c s i 通信方法 a c s i 共包括以下类模型和服务：服务器( s e r v e r ) 、应用关联( a p p l i c a t i o n a s s o c i a t i o n ) 、逻辑设备( l o g i c a ld e v i c e ) 、逻辑节点( l o g i c a ln o d e ) 、 数据( d a t a ) 、数据集( d a t a s e t ) 、取代( s u b s t i t u t i o n ) 定值组控制块 ( s e t t i n g g r o u p c o n t r o 卜b l o c k ) 、报告控制块和记录控制块 ( r e p o r t c o n t r o l - b l o c ka n dl o g c o n t r o l b l o c k ) 、通用变电站事件( g e n e r a l s u b s t a t i o ne v e n t s ) 、采样测量值传输( t r a n s m i s s i o no fs a m p l e dv a l u e ) 、 控制( c o n t r 0 1 ) 、时间和时间同步( t i m ea n dt i m e s y n c h r o n i z a t i o n ) 和文件 传输( f i l et r a n s f e r ) 。 2 2 4ie c6 1 8 5 0 标准的目标 由于i e c 6 1 8 5 0 标准是为了适应变电站自动化技术的发展而产生的，所以应 该满足当今变电站自动化技术不断发展的需求。首先，是来自市场的需求，在全 球市场方面，需要有一个全球通用的标准，因此该标准应当具有