（电力系统及其自动化专业论文）iec61850数据建模与过程层多播报文的研究实现.pdf

a b s t r a ( j r a b s t r a c t t h ea p p l a t i o na n dd e v e l o p m e n to fs u b s t a t i o na u t o m a t i o nt e c h n o l o g yi nc h i n a ，h a v ep a l y e da n i m p o r t a n er o l ef o rp o w e rg r i dr u n n i n gs a f e l ya n de c o n o m i c a l l y a l o n gw i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，i t n e e dah i g h e rr e q u i r e m e n t so nt h eg r i ds e c u r i t ya n dt h eq u a l i t y a n da tt h i st i m e ，t h ed e v e l o p m e n to ft h e s u b s t a t i o na u t o m a t i o nt e c h n o l o g y ，m a k i n gt h ew i r ec o n n e c t i o no f s u b s t a t i o nl o wv o l a t e gs i d em o r e c o m p l e x ，t h ei s s u e ss u c ha sa u t o m a t i o nf u n c t i o ni n d e p e n d e n t l y ，s p e l l e d ，t h el a c ko fi n t e g r a t i o na p p l i c a t i o n s a n dc o o r d i n a t e do p e r a t i o nb e t w e e ne q u i p m e n t s ，t h ei a c ko fe f f e c t i v eu s eo fd a t ah a v eb e c o m ei n c r e a s i n s t y e v i d e n t t h es e t t l e m e n to ft h e s ei s s u e sd e p e n d so nt h ed e v e l o p m e n to fd i g t a ls u b s t a t i o n w h i c hi sr e q u i r e i n g t h ee q u i p m e n tm o r ei n t e l l i g e n t ，o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ta u t o m a t i o n ，a n dc o m m u n i c a t i o nb yn e t w o r k e l e c t r o n i cc u r r e n t v o l t a g et r a n s f o r m e r ( e c t e v a ) ，t h ei n t e l l i g e n ts w i t c h ( i s g ) ，m e r g e du n i t s ，t h e a p p e a r a n c ea n dm o r em a t u r ei nm a n u f a c t u r eo fs u c hi n t e l l i g e n te q u i p m e n tm a k e st h ed i g i t a ls u b s t a t i o n p o s s i b l e 1 1 l ei n t r o d u c t i o n o fn e wc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g i e s , s u c ha st h ee x c h a n g ee t h e r n e t m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ( m m s ) ，a n do p t i c a lf i b e rt r a n s m i s s i o n ，e s p e c i a l l yt h en e ws u b s t a t i o n c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k sa n ds y s t e m si n t e m a t i o n a ls t a n d a r d s i e c 6 1 8 5 0g i v eag u a r a n t e et ot h ed i g i t a l s u b s t a t i o nb u i l d i n g t i t i sp a p e rm a k e sd i g i t a ls u b s t a t i o nc o m m u n i c a t i o ns t a n d a r di e c 6 1 8 5 0a st h eo b j e c t p r a c t i c e da n dr e s e a r c h e do nt h ei e c 6 1 8 5 0m o d e l i n ga n dt h ep r o c e s sl a y e rc o m m u n i c a t i o n ，i n c l u d i n g ： f i r s t t h ee m e r g e n c eo fi e c 6 1 8 5 0 f 1 ) i n t r o d u c e dt h es u b s t a t i o na u t o m a t i o nd e v e l o p m e n tp r o c e s sa n dt h et r e n d ，t h ee m e r g e n c eo fn e w i n t e l l i g e n te q u i p m e n t sa n dt h ei m p a c tt ot h ed i g i t a ls u b s t a t i o n ( 2 ) i n t r o d u c e di e c 6 1 8 5 0s t a t u si nt h ed i g i t a ls u b s t a t i o nc o n s t r u c t i o na n di t ss i g n i f i c a n c ef o rt h ed i g j t a l s u b s t a t i o n i n t r o d u c e dt h ec u r r e n ti e c 6 1 8 5 0r e a s e a r c ha c t u a l i t yd o m e s t i ca n df o r e i g n s e c o n d t h ea n a l y s i so ft h et h ei e c 6 1 8 5 0c o n t e n t s ( 1 ) i n t r o d u c e dt h ec o n s t i t u t eb a c k g r o u n do f1 e c 6 1 8 5 0 i n t r o d u c e dt h es t a n d a r dc o n t e n t sb d e f l y 但) a n a l u s i s e dt h et e c h n i c a lf e a t u r e so ft h i ss t a n d a r d ，i n t r o d u c e dt h es t e p so fr e a l i z e i n gn e t w o r k c o m m u n i c a t i o ni ns u b s a t i o n t h i r d t h ea n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o no fi e c 6 1 8 5 0d a t am o d e l ( 1 ) a n a l y z e dt h ea 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 f f a c e ( a c s l ) ，s u m m e du pt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e u n i f i e dm o d e l ( 2 ) i n t r o d u c e dt h ed i f i e r e n tc o m m u n i c a t i o n m a p o fa b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e i n t e r f a c e ( a c s l ) e s t a b l i s h e dt h ei n i p r m a t i o nm o d e li nt h eo b j e c t - o r i e n t e dw a y f 3 ) t h em e t h o d st oa c h i e v ei e c 6 1 8 5 0c o m m u n i c a t i o nf o re x i s t i n gn o n u n i t a r ym o d e le q u i p m e n t f o u r t h t h ep r o c e s sl a y e rm u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o np r a c t i c e ( 1 ) r e s e a r c h e dt h eg e n e r i co b j e c t - o r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n m ( g o o s e ) a n ds a m p l e dm e s s a g ev a l u e s ( s m v ) c o m m u n i c a t i o n f i v e ，a s n 1e n e o d e ra n de d c o d e rd e s i g na n dc o m m u n i c a t i o nt e s t n 1a c h i e v e da s s e m b l e i n ga n da n a l y z i n gf r a m e ，m a d ea s n 1e n c o d e ra n de d c o d e ri nc + + e n v i r o n m e n t ( 2 ) t e x t e dt h eg o o s ea n ds m vm e s s a l g e s ，u s e de t h e r e a lt oc a p t u r eg o o s em e s s a g ea n da n a l y z e di t k e yw o r d s l ：i e c 6 1 8 5 0 ，s u b s t a t i o na u t o m a t i z a t i o n ，p r o c e s sl a y e rc o m m u n i c a t i o n ，a s n 1e n c o d e ， s a m p l e dm e s s a g ev a l u e s ( s m v ) ，g e n e r i co b j e c t o r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n t s ( g o o s e ) i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 出 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：导师签名：7 至31 塾日期：丝i 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 变电站是电网输配电系统的重要环肯，是电网监测的重要数据来源和电网运行方式的执行点， 变电站自动化技术在我国的应用和发展，为电网的安全经济运行发挥了重要作t 【 j 。随着经济的发展， 对电网的安全性和电能质量提出了更高的要求：而此时，变电站自动化技术的发展，使得其本身一 些| 舌i 有的缺点越米越明显，如：各厂家的设备不能方便的通信，规约转换浪费人力物力，前限制了 设备本有的功能；二次接线复杂，维护i ：作量大；j i 地面积大，增加征地投资：数据不能有效共享， 不能适应电力系统快速计算和适时控制的要求，无法满足降低变电站造价和提高其安全经济运行的 要求。这些缺点制约了变电站自动化水平的提高，成为迫切需要解决的问题，而随着计算机技术、 电力电子技术和通信技术的发展和越来越多的被引入变电站应用，为这些难题的解决提供了条件， 使得设备越来越趋于智能化、通信趋丁网络化、运行管理自动化，出现了数字变电站的概念。本章 通过对变电站建设的发展历程介绍，引出了数字变电站和i e c 6 1 8 5 0 的概念，并对国内外i e c 6 1 8 5 0 的研究现状进行了说明。 1 2 变电站自动化的发展 1 2 1 变电站自动化介绍和发展趋势 变电站自动化( s u b s t a t i o na u t o m a t i o n ，s a ) 是将变电站的二次设备( 包括测量仪表、信号系统、 继电保护、自动装置和远动装置等) 经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子 技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控 制和微机保护，以及与调度之间通信等综合性的自动化功能【1 】。国际电i ：协会i e c 对变电站自动化 系统( s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，s a s ) 的定义是：变电站自动化系统是采心了变电站自动化技 术的变电站控制和保护系统，它包括7 个功能组：远动功能、自动控制功能、测量表计功能、继电 保护功能、与继电保护相戈功能接口功能和系统功能。 国外变电站自动化系统的研究始丁上t h = 纪7 0 年代，如a b b 、s i e m e n s 、a l s t o m 和g e 等均 研制和生产了s a s 系列产品，并取得了较为成熟的运行经验。这些系统的特点主要有：一般采j j 分 层分布式结构，由变电站层和间隔层组成，大部分变电站层和间隔层之间采用星型光纤连接，继电 保护装置f 放剑就地，主控制室与各级电乐配电装置之间仅有光纤联系，没有强电控制电缆进入主 控制室，这样节约了人量控制电缆，人人减少对主控制室内计算机系统及其它电子元什器的干扰，提 高了运行水平和安全可铝性。国内对s a 技术的研究始丁上世纪8 0 年代末，并经历了功能上由监 测向测控，布置上由集中向分布、管理上由有人向无入值守的发展历稃。目前，国内有关研制和生 产单位推出的变l 乜站综合白动化系统及产品很多，根据该技术的发展过程及系统结构特点，门纳起 来可分为3 种典型类型。第1 种类型为基1 ：r t u 、变送器及继电保护与白动袈簧筲设备的变电站综 合白动化系统，一般称为增强型r t u 方式，也称集中式，或第l 代综合白动化系统。第2 种类型为 从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒齐了集中式单c p u 结构而走向分散，系统由数据采集单 元( 模拟蛩、开关苗、脉冲量) ，主机单元( 总控单元) 、遥控执行单元、保护单元组成。箨功能单元 ( 硬器) 通过通信阿络等手段实现有机结合，构成系统。第3 种类掣系统是采瑚国际上成熟的先进设 计思想，引入了站控级雨i 闯隔级概念，系统采圳分层分布式结构。设备分变电站层没备( 站控级) 和 间隔层殴备( 间隔级) 。间编层设备原则上按次改备组织，每一间隔层设备包括保护、控制、测最、 通信、录波等所宵功能。设计的原则是：凡是可以在本间隔层设备完成的功能，尽龄由间隔层垃备 就地独也处理不依赖丁通信m 年变电站崖改备h 。 综观目前国山变电站综合自动化技术的发展轨迹，我们可以看l 如f 发展趋贽：a 在总体结构 卜引入际r f j 芟熟的先进蹬汁思想，采川分堪分布芑结构，弗采川汁算机 l j 域州( l a n ) ，通信姚约 向惭；标准审拢；b 通估；! ! | l 介忤遍采川光纤，晖i 为光纤具仃抗l 乜磁十扰的突山优点：c 问隔j 。；设备 逐步采川保护，测拄合。的综f ? 技胃，对r 眦i u 线 | 妾宜驶红肝天h ，上。变电站结构从“i f 【1 f ；j 】功能” 的集r p 式设计向“面向对象”的分布式凌计 # 变，对变电站进行洲控的观念也已经从局部转向挚体。 东南丈学碘i 学位论文 由此看出，变电站中设备的协同操作、继承应_ j 和整体的数字化、信息化成为s a s 未来发展的集中 要求。数字式过程层设备的出现，极大促进了数字化变【h 站建设的实现。 l 2 2 新型数字设备的出现 用户对电能质肇和供电可靠性要求的要求越来越高，为一次设备白动化、智能化提出了要求， 传感器、电力电子、信号处理和通信技术的日葫成熟使得一次醍各自动化、智能化群度逐步提高。 主要体现在电子式电流电压互感器( e c t e v t ) 、智能断路器和集成型智能开关设备的应埘和发展 上： 电子式电流电压互感器”1 对丁_ 电子式互感器的研究很多，根据传感原理的不同，电子式互感器可分为无源式和有源式两 类。所谓无源式电子互感器是指高压侧传感头部分不需要供电电源的电子式互感器，而有源式电子 互感器是指传感头部分需要供电电源的电子式互感器。有源式电子式互感器的原理人部比较简单， 已铍r 泛接受。在有源式e c r 中，作为一次电流采样传感头的元件有传统的电磁式电流互感器、分 流器和r o g o w s k i 线圈等，其中以非磁性材料做骨架的r o g o w s k i 线罔虑_ h j 最多，它的输出信号 e ( f ) = md i d t ，通过对线圈输出信号的积分处理就可以得生被测电流。 与传统的电磁式电流互感器相比，电子式互感器具有如下的一系列优点： ( 1 ) 优电的绝缘性能，造价低。在电子式互感器中，高压侧与地电位侧之间的信号传输采用绝缘 材料的玻璃光纤，囡此，绝缘结构简单，其造价一般随电压等级升高呈线性地增加。 ( 2 ) 在不含铁芯的电子式互感器中，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。 ( 3 ) 抗电磁干扰性能好。电子式互感器的高压侧与低压侧之问只存在光纤联系，而光纤具有良好 的绝缘性能，不存在低压侧开路而产生高压的危险。而且免除了电磁干扰。 ( 4 ) 动态范用犬，测茸精度高。电网正常运行时，电流互感器流过的电流并不大，但短路电流一 般很大，而且随着电网容量的增加，短路故障时短路电流越来越犬。电磁感应式电流互感器冈存在 磁饱和问题，难以实现大范嗣测鼙同时满足高精度计量和继电保护的需要。电子式电流互感器有 很宽的动态范围，额定电流可测剑几十安培至几千安培，过电流范同可达几万安培。 ( 5 频率响应范嗣宽。电子式l 毡流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波，还可进行暂态 电流、高频大电流与直流电流晌测苗。 ( 6 ) 没有冈充油而产生的易燃、易爆炸等危险。电子式互感器一般不采_ j 油绝缘解决绝缘问题， 避免了易燃、易爆炸等危险。 ( 7 ) 体积小、重簧轻。电子式互感器传感头本身的重晕一般比较小。据前美国两犀公司公布的 3 4 5k v 的o c t ，其高度为2 7 米，重昔为1 0 9 千克。而同电压等级的充油电磁式电流互感器高为 6 1 米，重达7 7 1 8 千克，这给运输与安装带米了很大的方便。 ( 8 ) 可以和计算机连接，实现多功能，智能化的要求，适应了电力系统人容量、高电压，现代电 网小牙4 化、紧凑化和计量与输配电系统数字化、微机化和自动化发展的潮流。 智能断路器 智能断路器即断路器配置智能控制器，以微处理器为核心，综合戍_ l j 新犁传感、电力电子、数 字控制和信息笛多种现代技术，实现断路器的钾能化控制。其士要特点有： 由微处理器控制、电力电子器件组成的执行单元代替常规机械结构的辅助开关、继电器。可按 屯乐波彤控制分合闸角度精确控制分合闸过拌的时间，减少暂态过屯脎幅值。 对断路器的运行情况进行记录，如分合次数、时间、开断t u 流甾。 通过各种传感器对断路器的l 况进行迮续监测和白诊断包括断路器的机械故障、灭弧室的电 寿命、真空断路器灭弧室的真空度、气体断路器的气体压力、绝缘状态利载流导体温度臀，在缺陷 变为故障之前发出报警信号，以便采取拈施，避免事故发生。 近年来已有较多 7 能断路器面1 仃，高压典删的如尔芝公i 】的c g i s 和a b b 公司的e x k 删智 能化g i s ，中乐典型的如富十公司的智能式真空断路器，f i fa b b 公司的v m i 型真空断路器。 集成犁智能开关设备 瑞十a b b 高玳技术公- i 的插接式开关系统( p l u ga n ds w i t c hs y s t e m ，p a s s ) ，是集成型智能开 ，) 之改f ； 中的最典掣。p a s s 是一种介厂常规卒绝缘，f 天改；= ( a i s ) 和i 气体绝缘7 f 父改备( g i s ) 之问的新j ”户外封训式组合i u 器，它以g i s 技术为萆础，将一个川辑内除母线之外的其它带电设备， 如断蹿器、隔离，f 父、接地j f 火、电流i u 件 感器公仑部集成任一个充满s f 6 气体的封n j 金属罩壳 中，剪由信息处理接u ( p l r o c e s s i n t e r f a c e f o r s e n s o r sa n d a c t u a t o r s ，p i s a ) 进行数据采袋、处理以及 2 第1 章绪论 通过光纤与外部交互信息。p a s s 具有结构简单紧凑、一i ，地面积小、可靠性高、安装简便、免维护 等特点，白上世纪9 0 年代以来，已在澳人利幔、德国、瑞典和法国锋变电站投入运行，取得了良好 的运行效果。目前，最新的p a s sm 2 型已可适埘丁5 0 0 k v 电压等级的变电站l a l 。 1 2 3 数字变电站和i e c 6 1 8 5 0 标准 数字变电站 新型数字设备的出现为数字变电站提供了物质条件。被称为数字化的变电站应该具有的3 个关 键性特征： l ：数字化的一次电气设备 采用数字输出的电子式互感器、智能开关( 或配智能终端的传统开关) 等智能一次设备。一次设 备和二次设备问_ i j 光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。 2 ：网络化的二二次装置 一次电气设备和二次电子装置之间的数字化通信是指利用计算机网络通信技术( 如交换式以太 网) ，实现数据和信息的就地采集和数字化传输，从而不仅简化了现有变电站臼动化系统中错综复杂 的电缆接线，而且通过一次设备信息的共享，有可能对监视、控制、保护和计量等功能进行优化组合 和系统集成。 3 ：全站统一的标准平台。 如果一、二次敬备之间实现全数字化通信，变电站内智能装置的数鼍急剧增加，因此全站智能装置 必须采h j 统一的数据建模及数据通信平台，才能实现互操作性。1 e c6 1 8 5 0 是迄今为止最为完善的变 电站自动化的通信标准，它代表了变电站自动化的朱来发展方向。i e c 6 1 8 5 0 标准按照自动化系统所 要完成的监视、控制和继电保护等功能，提供了完整的信息模型及相关服务，因此数字化变电站的通信 系统应基于i e c6 1 8 5 0 。 数字化变电站在提高变电站运行可靠性、可操作性和可维护性的同时，应为整个电力系统的数 字化奠定信息源和控制执行的数字式基础。这些技术特点使得变电站过程层信息能够很好的共享、 可以戍用高速、可靠和开放的通信网络、不同设备方便实现互操作、检测调试手段趋于自动化、更 好的j “域自动化数据共享。 数字变电站中的关键包括：一个能满足不同厂商设备集成应用的需要的统一的变电站通信标准 一一i e c 6 1 8 5 0 次智能设备在变电站中的成熟麻刚；基下i e c 6 1 8 5 0 通信标准和一次智能设备应刚 的继保、测控技术和装置研究；i e c 6 t 8 5 0 标准族与当前通信标准族的且联：数字变电站安全可靠性 研究：数字变电站相关的没计、试验、验收、返行、维护技术标准与规范研究1 4 1 。对i e c 6 1 8 5 0 通信 标准的研究是实现数字变电站的重要组成部分。 i e c 6 1 8 5 0 ： 为适应s a 技术的快速发展，满足不同厂商设备集成席用的需要，避免2 个标准( i e c6 0 8 7 0 - 5 和u c a2 0 ) 的冲突，i e c 认识到有必要制订一个更通_ l j 、更全面，能够涵盖整个s a s 的通信标准。 1 9 9 8 年，在与美国电力研究院( e l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ，e p r i ) 、美国电气电子l ：栏师学 会( i n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n d e l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，i e e e ) 的协调f ，i e c 以u c a2 0 中的设备模耻 和应h 服务模型为革础，同时参考i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 1 0 3 筲标准，开始制订i e c 6 1 8 5 0 标准；2 0 0 0 年 6 月，i e c t c 5 7 在s p a g 会议上决定将i e c6 1 8 5 0 作为变电站通信刚络与系统的惟一国际标准羊电 力系统无缝通信体系( 变电站内、变电站与控制中心之间) 的基础：从2 0 0 3 年9 月开始( 至2 0 0 5 年 6 月，) ，i e c 6 1 8 5 0 各部分的正式版本( e d1 0 ) 陆续颁布。 i e c6 1 8 5 0 具有3 项基本目标：真止意义上的且操作；功能臼由分布；良好的扩展性以 适应s a 和通信技术的发展。为实现上述口标，与以往的变电站通信标准相比，i e c6 1 8 5 0 体现山如 f 技术特征：功能分层的变电站；面向对象的信息模掣；功能与通信解耦：变电站西己置诰 言；面向对象的数据自描述。作为变电站通信网络与系统的惟一国际标准和i 乜力系统无缝通信体 系的基础，简单的来说，数字化变电站采川i e c6 1 8 5 0 将是必然选择。但是i e c6 1 8 5 0 嗣【数字化变 电站仃着歪深层次的关联：前者对斤者的实现起着4 i i t 替代的仃川，例如其它常见的通信协议行不 涉及诸如采值f 输的过柑层通信，而1 e c6 1 8 5 0j j ! | j 为数字式过秤层设备的个丽接入做女r 了准备， 即前者是以后青为监本制订的，也i l 弘m f 此i j 肯的全匝i 实践仃赖r 历者的实现。所以i e c6 1 8 5 0 的 实践与数：# 化变电站的建殴是个 i 机绵台的过辟 东南人学硕上学位论文 1 3 本课题研究现状 1 t 3 。1 国外研究现状 a b b 、s i e m e n s t l a l s t o m 是i e c 6 1 8 5 0 研究的引领者，由于是标准制订者加之技术上的优势， 它们对i e c6 1 8 5 0 的实践始丁标准制订之初。制订i e c6 1 8 5 0 的主要目的是实现互操作。冈此，实 践i ：作集中在且操作实验及标准功能的验证上。按照时间可分为2 个阶段：2 0 0 2 年以前为研究探索 阶段主要是对标准草案的正确性、合理性进行验证和测试，开根据实验结果对标准草案进行修改； 2 0 0 2 年以后为i ：程实践阶段，主要是一些人的电气设备制造厂商( 如a b b 、s l e m e n s f l a l s t o m ) 对i e c6 1 8 5 0 进行= 程化尝试和互操作实验，以确保i e c6 1 8 5 0 在实际应用中的可行性。主要实验 包括： 变电站开放式通信项目，1 9 9 8 年1 月至2 0 0 0 年1 1 月在德国进行，参与者有a b b 、s 】e m e n s 和a is 1 1 0 m 。项目目的主要包括：促进i e c6 1 8 5 0 成为世界标准，协调i e c6 1 8 5 0 , i i i u c a2 0 ，从可 行性、适用性和效率3 个方面对i e c 6 1 8 5 0 和u c a 2 0 进行测试和比较。测试i e c 6 1 8 5 0 应用与通信 协议栈的独立性，测试i e c6 1 8 5 0 的互操作性。 间隔层设备之间的互操作。2 0 0 1 年，a b b 和s i e m e n s 的保护装置、a b b 的开关模拟器 之间通过g o o s e 报文实现了开入信息的识别、跳闸和重合闸功能，同时验证了使_ h j s c l 配置来自不 同厂商设备的g o o s e 的能力。此次在美国u c a 用户协会会议上进行的演示活动被认为是i e c 6 1 8 5 0 成为全球标准过程中的里程碑。 采样值传输。2 0 0 2 年1 月，s i e m e n s 的合并单元按照i e c6 1 8 5 0 。9 1 规范向a b b 和 s i e m e n s 的保护装萱、s i e m e n s 的电能表传输采样值，演示了e c 髓v t ( 合并单元) 、保护装置 和电能表之间的互操作，验证了按照i e c6 1 8 5 0 - 9 1 以点对点方式传输采样值的可行性。口过程层 通信。2 0 0 2 年9 月a 8 b 和s i e m e n s 的保护装置、a b b 的合并单元、开关模拟器之间通过过程 网络传输采样值和g o o s e 报文实现了从采样值报文判断短路电流。到跳闸、交位事件和重合闸的 完摧过程。 互操作的深入。2 0 0 2 年至今，在先前实验的基础上，a b b 、s l e m e n s 和a l s t o m 对间隔 层设备之间的闭锁，间隔层设备与变电站层设备之间的配置数据处理、系统启动、时间同步、总召 唤、报告遥测、选择控制和直接控制，客户机朋务器机制和通过s c l 配置文件实现互联等进行了 实验。进一步验证了i e c6 1 8 5 0 的可行性，并使各厂商基丁二i e c6 1 8 5 0 的产品琴i 系统达到了可商业 应川的水平。 1 3 2 国内研究现状 国内关于l e c6 1 8 5 0 的研究主要主要是关1 二：1 e c6 1 8 5 0 标准分析、i e c6 1 8 5 0 在故障信息处 理系统中的专f j 应用、基丁二i e c6 1 8 5 0 的保护装置建模、基于i e c6 1 8 5 0 的白动化袈置设计、通信 服务及映射实现的研究与分析、s c l 配置文什的研究、互操作的研究。在研究的开始阶段，关于i e c 6 1 8 5 0 标准的制订情况、内容、特点雨l 与其它通信标准比较傅综述性的文献，对国内了解认识i e c 6 1 8 5 0 起剑了很人的帮助作_ l l j 。 目前为i r ，在国家电朗调度中心的组织f ，国i j i 在北京分两个阶段，共进行了6 次互操作实验，为国 内开发符合i e c6 1 8 5 0 的s a 装置菁s a s 打f 了良好的基础。 自u 期试验阶段 前期试验包括第1 次至第3 次试验，这3 玖试验检验了各个参试单位对绝人多数抽象通信服务 接口( a c s i ) 服务实现的一致性，同时通过给定命题的摸刑建立，检验各个厂家建模方式的一致性。经 过试验，发现弗解决了很多问题，为后期面向1 科应川背景的试验打r 了良女f 基础。 第一次：2 0 0 5 年5 月l o 日至1 1 日。参b 者主要为l 日内人的厂商公8 家，包括中国电力科学 研究院质检中心、j 匕京四方继保n 动化股份订限公司、中国l 乜力科学研究院变电站自动化公司、北 京融科联刨电力科技公司、国电南京自动化股份有限公司、圆电南瑞科技股份有限公司、南京南瑞 继保电气有限公司、山尔积成i 乜f 股份有限公司。 实验目的1 ：要是检验圜内厂商对i e c6 1 8 5 0 珲解的一致惟平i i 设备之间基本的丘联、且操作的能 力。多数j 。商还不能提供实际装筐而足采川软f j 模拟的方法。 第次：2 0 0 5 年1 0 月1 7 口至1 8l 1 。参与者l 9 家。枉第1 次试验参试单何的基础七增加了 尔办电f 股份仃限公司。土要就遥控、数掘集霸j 亍r 告等，l 体通f 二服务功能进打测试。 4 第1 章绪论 第二次：2 0 0 6 年1 月1 6 日至1 8 日。参与者兆l o 家，在第2 次试验参试单位的基础上增加了 许继电气股份有限公司。实验采取各厂商设备且联测试的方式，即彼此都_ i j 客户端( 后台程序) 与 对方服务器( 实际装置或软件模拟器) 连接，按j i 测武项目进行测试。 后期测试阶段 斤期试验包括第4 次至第6 次试验，这3 次试验考虑了实际i ：稃麻h j 背景，要求各单位携带实际 装置和面向i ：样化的后台系统参加试验，以测试i ：程应用功能为主要目的，包括变电站“四遥”功能、 跨间隔逻辑互锁等实际必须使州的功能。在实现这些功能时，往往需要多种a c s i 服务的支持，因此也 对a c s i 服务的一致性进行了进一步验证。 第四次：2 0 0 6 年4 月1 7 日4 月1 9 日。参与者与上次相同( 1 0 家) 。要求各单位携带保护 装置、测控装置、监控系统参加试验，并完成如下试验内容。 1 ) a c s i 服务中通用的面向对象的变电站事件( g o o s e ) 及传输功能，使_ 【 j g o o s e 完成测控装置间隔 问逻辑闭锁功能。 2 ) 验证变电站“四遥”功能。 3 ) 使州系统配置器验证i c i ) 文件的一致性，验证系统配置器的互操作性。 第五次：2 0 0 6 年8 月2 2 目8 月2 4 日。参与者与前两次相同( t 0 家) 。试验内容：要求各 单位携带保护装置、测控装置、监控系统参加试验，并完成如下试验内容。 1 ) 继续验证变电站“四遥”功能，考察监控系统功能。 z ) 使_ l j 系统配置器验证i c d 文件的一致性，验证系统配置器的互操作性。 第六次：2 0 0 6 年1 2 月1 3 日1 2 月1 5 日。参与者共1 5 家，在第3 5 次试验参试单位的基 础上增加了深圳南瑞公司、a b b 公司、s i e m e n s 公司、a r e v a 公司、s e l 公司。试验内容：本次 互操作试验面向变电站实际功能，对于监控系统、g o o s e 间隔层之间逻辑闭锁等功能，要求使心实际 系统进行测试，f = 邀请了4 个国外厂家参与本次试验：与第5 次试验相比，增加了过程层设备埘， 按照3 层结构进行测试，但对于过程层不做统一要求，有条件的单位可带设备参加测试：试验之前 要求各单位事先提交i c d 文件：由丁本次试验参加单位较多。试验过程中采取了分组方式，试验内 容相同，各组同步，然后交义轮换。 应用方面，在国内各电气设备厂家和应用单位的不懈努力，极大促进了1 e c 6 1 8 5 0 标准在国内的 推广普及： l ：2 0 0 5 年，两门子全球运用i e c6 1 8 5 0 通讯规约的第1 0 0 个t 科实例上海南桥5 0 0k v 变电站自动 化系统顺利投入运行。西门子通过全面更换南桥变电站交流监控系统提高了上海市电力供应的可靠 性。 2 ：2 0 0 6 年3 月2 7 日，位于两安市k 安区的1 1 0k v 少陵变电站按照既定程序顺利启动投运。1 1 0k v 少 陵变全站采用综合自动化控制系统，虑川i e c 6 1 8 5 0 通信标准的新建示范变电站。 3 ：2 0 0 6 年l o 月2 7 日，由国电难瑞科技股份有限公司研制的“北京顺义5 0 0 k v 变电所应_ j i e c 6 1 8 5 0 标 准的n s 2 0 0 0 自动化系统”顺利通过出厂验收。 总的来说，i e c6 1 8 5 0 的应用价值已在国内取得普遍共识，但由_ 丁ii e c6 1 8 5 0 体系较为复杂、 涉及面较广，受到技术、1 ：具和测试手段臀的限制，国内对标准的研究和应_ j 水平整体上与国外有 一定差距。多数文献仍停留在对标准的认识和i 理解层面上，能够直接指导f ：程实践的不多；已进行 的儿次且操作实验主要集中住间隔层设备与变电站层之间特定麻j h 功能的实现上，对s a s 粘体的把 握，通过配置文什实现设备与系统的融合以及过科层通信等关键问题的实践还需要深入开展。 1 4 本论文的工作 全方仿的对1 e c 6 1 8 5 0 的产品化开发研究具体可以从四方面展开： 1 ：对1 e c 6 1 8 5 0 标准定义的信启模刑和抽象通信服务接口的实现。 本标准定义了j l 体的通信模1 0 和通信服务接口，问时，为适应变电站的发展使本标准的信息模 刑具有扩艘性，定义了模，的扩展规则。叫确的模刑定义为1 5 器的q 操作性奠定j ，荩础，而功能逻 辑1 ，点的自由分布，可以使得各个殴备进行巫优化的功能自t 合，从而尽苗减少物理改器之间的通信， 提高设备运行的1 ，t 靠性。本标准的信息模掣以类的方式进行：服务器( s e v e r ) 逻辑改簖( l d ) 逻辑1 ，点( l n ) 一 数据( d a t a ) 数击 f 膳性( d a t a a t t r i b u t e ) 的定义车j 继承。可以n ：c + + 开发环境r 依据标准进行类的定义利层层继承。 2 ：变电站配胃描述浩言( s c l ) 。 标准模型中定义的逻辑；j 点( l n ) 是0 由分布的，延行时就需要有特定的说明，嚣设备配台延 5 东南人学顾十学位论文 行实现互操作，它们相互之间的信息也需蛭有明确的说明：s c l 变电站配置语言基于x m l 语占， 使变电站配肖更加方便，使得变电站一次侧信息、各设备信息、通信仃点信息可以方便地融合剑一 起。对丁r 某个特定设备投运或退出变电站远行，可以很方便的实现。 3 ：通信映射剑制造报文规范( m m s ) 的映射部分。 向m m s 的通信映射，主要传输基r - 客户n 务器机制的人容鼙报文。1 e c 6 1 8 5 0 标准中定义的信 息模犁绝人部分可以在m m s 中找刮对麻得模犁，可以方便的实现映射。有链接的通信使数据的可 靠性得剑了保证。由y - i e c 6 1 8 5 0 标准模删是通过抽象通信服务接口( a c s l ) 与具体通信映射相解 耦的，在将来新的通信技术出现后，可以住不改变上层1 e c 6 1 8 5 0 模l ! 的情况f ，方便的从m m s 方 法向新的通信方法过渡。 4 ：从麻_ l f j 层直接剑数据链路层的通信映射。 g o o s e 、s m v 等这些快速报文，为了省去过多的协议开销，采用从应用层直接到数据链路层 的映射方式，为了增强跨平台性，标准9 2 定义的s m v 传输在表示层采川了a s n 1 编码b e r 规则。 作者在读研期间参与了江苏金智科技股份有限公司研发部的“变电站i e c 6 1 8 5 0 通信平台的开 发”项目，具体参与了i e c 6 1 8 5 0 标准的数据建模和过程层实现f ：作，本论文的研究j ：作以作者参与 的该项目为基础，重点对i e c 6 1 8 5 0 中的数据建模和过程层通信进行了实践研究，各章节主要内容如 下： 第二章：对i e c 6 1 8 5 0 产生的背景和该标准的备部分 l j 容从总体上进行了介绍和分析。通过与以 往变电站通信规约的比较，突出了m c 6 1 8 5 0 标准的信息模型分层、数据自我描述、功能与通信解耦、 变电站配置表述语言s c l 等新特点，这些新特点为标准要达到的开放性，互揉作性，白描述性等目 标奠定了基础：最后结合现有变电站具体情况，介绍了从总体上对当前变电站进行i e c 6 1 8 5 0 数字化 改造的实施方案。 第三章：对标准定义的信息模豫和抽象通信服务接口的分析说明。具体分析了信息模型的特点， 过采样值建模的例子说明了依据标准中定义实现信息模型的方法步骤。以标准第五部分对不同报文 的要求，介绍了不同报文的映射方法。最后对现有设备进行l e c 6 1 8 5 0 通信改造所面临的问题进行了 分析，并说明了改造的方案。 第四章：重点对过程层的g o o s e 报文和s m v 报文进行了实现研究。对采样值报文中用到的合 并单元进行了介绍并分析了引入合并单