（电力系统及其自动化专业论文）基于iec+61850标准的变电站通信体系的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 i e c 6 1 8 5 0“ 变电站通信网络与系统”协议体系标准作为变电站自动化的最 新国际标准， 反映了变电站 自 动化的发展方向和趋势， 引起国内外电 力行业的广 泛关注。本文对 mc 6 1 8 5 0 标准系列进行了分析与研究，主要l作包括: 介绍 i e c 6 1 8 5 0 标准产生的背景、主要特点及标准系列的进展情况:分析过 程层到间隔层、 间隔层到变电站层的映射过程、 通信栈的结构以及具体的编码规 则: 设计客户端与服务器端的通信流程， 编程实现客户端的演示软件， 该软件与 服务器端之间的通信过程遵循i e c 6 1 8 5 0 - 8 - 1 部分的定义; 展望i e c 6 1 8 5 0 标准的 应用前景以及实现过程中的难点。 关键词: i e c 6 1 8 5 0 ;变电站自动化:通信体系;映射:通信栈 as a n e w i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d in s u b s t a t i o n a u t o ma t i o n , t h e s t a n d a r d s e r i e s i e c 6 1 8 5 0 c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s a n d s y s t e m s i n s u b s t a t i o n s r e fl e c t s t h e t r e n d o f s u b s t a t i o n a u t o m a t i o n c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , a n d a r o u s e s e x t e n s i v e c o n c e r n o f p e o p l e w h o a r e e n g a g e d i n p o w e r s y s t e m f i e l d . t h e m a i n c o n t e n t o f t h i s p a p e r w h i c h h a s b e e n f o c u s e d o n a n a l y z i 咭 a n d r e s e a r c h i n g t h e a r c h it e c t u r e o f i e c 6 1 8 5 0 s t a n d a r d s e r i e s i s a s f ol l o we d : t h i s d i s s e r ta t i o n i n t r o d u ces t h e b a c k g r o u n d o f i e c 6 1 8 5 0 s t a n d a r d s e r i e s , i t s m a i n c h a r a c t e r a n d i t s s t a t u s ; a n a l y z e s t h e m a p p i n g p r o c e s s , th e s t r u c t u r e o f c o mm u n i c a t io n s t a c k a n d c o r r e s p o n d i n g e n c o d i n g r u l e s b e t w e e n p r o c e s s l e v e l a n d b a y l e v e l , b a y le v e l a n d s u b s t a t i o n l e v e l ; d e s i g n s t h e fl o w c h a r t i n c l i e n t / s e r v e r c o m m u n ic a t io n m o d e a n d p r o g r a m m i n g t h e c l ie n t s o f t w a r e w h o s e c o m m u n i c a t i o n p r o c e s s w i t h t h e s e r v e r s o f t w a r e k e e p s t o t h e d e fi n i t i o n o f i e c 6 1 8 5 0 - 8 - 1 ; v i e w s t h e 叩p l i c a t i o n p r o s p e c t o f i e c 6 1 8 5 0 s t a n d a r d s e r i e s a n d t h e d i f f i c u l t i e s d u r i n g i t s r e a l i z a t i o n p r o c e s s . l i n d a ( p o w e r s y s t e m a n d i t s a u t o m a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f . h e r e n mu ke y word s : i e c 6 1 8 5 0 , s u b s t a t i o n au t o ma t i o n , c o mmu n i c a t i o n ar c h i t e c t u r e , ma p p i n g , c o mmu n i c a t i o n s t a c k 节 生 二0口 尸明 本人郑重声明:所呈交的学位论文， 是本人 在导师指导下， 独立进行研究 工作所取得的成果。 尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研 究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文 所涉及的 研究 工作做出贡献 的其他个人和集体， 均己 在文中以 明确方式标明。 特此申明。 签名日期: 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的 规定， 即: 学 校有 权保管、 并 向 有关部门 送交学位论文的原件与 复印 件: 学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段 复制并 保存学位论文: 学校可允许学位论文被卉阅或借阅: 学校可以 学术交流为日 的， 复制赠送和交换学位论文;同意学校可以 用不同方 式在不同媒体上发表、 传播学 位沦文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名:导师签名: 日期 : 日期: l.二 :. 华 热 奥 力 样禧 士 尝 鱼红生二一一一一一一一-一 第一章绪 论 引言 随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站自 动化技术也得到了 迅速的发展，成为当前我国电力行业推进技术进步的重点之一。变电站自动化是将 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。变电站 自动化系统，即 利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自 动化系统，代替常规的测量和监视 仪表，以及常规的控制屏、中央信号系统和远动屏， 用微机保护代替常规的继电保 护屏，消除常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此， 变电站自 动化是自 动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。 变电站自动化系统中的微机保护和自 动装置具有串行通信接口，可以通过该接 口与变电站监控系统交换信息.在变电 站里， 就是依靠通信网将继电 保护、自 动装 置和监控系统紧密地联系在一起实现变电站 自动化的。 在变电站自动化系统中，数据通信是一个重要环节， 其主要任务体现在两个方 面，一方面是完成变电站自 动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换。 这是因为变电站 自动化系统实质上是分级分布式的多台微机组成的控制系统，在各 个子系统中，往往又由各个职能模块组成。因此，必须通过 内部数据通信，实现各 子系统内部和各子系统之间的信息交换和信息共享:另一方面是完成变电站与控制 中 心的通信任务。因为变电站自 动化系统中各环节的故障 信息，如采集到的测量信 息、断路器和隔离开关的状态信息、 继 电保护的动作信息等， 要及时上报控制中心， 并且变 电站 自动化系统也要接受和执行控制中心下达 的各种操作和调控命令。 在变电站 自动化的通信系统中，为了保证通信双方能够正确、有效、可靠地进 行数据传输 ，在通信的发送和接收过程中有一系列的规定，以约束双方进行正确、 协调的工作，我们将这些规定称为数据传输控制规程，简称为通信规约，也就是通 信协议。 目 前，许多国际组织和权威机构都在积极地进行变电 站自 动化的标准工作。 对 于变电站自 动化的用户和厂商，只 有实现传输规约的标准化和传输网 络的标准化， 刁 能实现变电站自 动化系统内设备的互换性和互操作性，刁 能 克服不同厂商的设备 之间无法实现互换和连接的弊病。 第1页 华北电力大学硕士学位论文 2变电站通信协议的发展历史 在电力系统通信的早期， 没有统一的通信协议，电厂、变电站与调度中心之间 只是根据简单的约定来实现通信过程的，并且通信的内容和要求也没有一个统一的 规定。后来电力系统通信发展到远动阶段，出 现了电力调度通信四遥，即遥测、遥 控、遥调、遥信 ，分别完成模拟量采集、模拟量调节、数字量采集 以及数字量控制 的功能。随着世界电力市场的不断发展以 及通信技术与计算机技术的突飞猛进，电 力系统通信仅仅完成四遥的功能是远远不够的。比如说，现在有些厂站己经实现 了 视频化监控，但是目前的远动规约却不能提供相关的支# f 进入 2 0世纪 9 0 年代初期，随着微处理器技术的发展，基于微处理器的新型继 电保护设备不断 出现 ，国际电i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 c h n i c a l c o m m i s s io n ) 意识 到来自 不同 厂家 的智 能电 子 设备i e d ( in t e ll ig e n t e l e c t r ic d e v ic e ) 需 要 一个 标准的 信息接口 ， 以实 现 设备 的互 操 作性 ( i n te r o p e r a b il it y ) 、 为 此， i e c t c 5 7 和 i e c t 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。 与 此同时，美国的 电力科 学研 究院 e p r i ( e le c tr ic p o w e r r e s e a rc h in s t it u te ) 在 1 9 9 0 年开 始了 公共设 施 通信体 系u c a ( u t ili ty c o m m u n ic a tio n a r c h ite c tu 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，增加详细 描述现场设备模型及通信行为定义的规范，使得各种智能电子设备能够通过使用该 协议实现相互之 间的互操作。 1 9 9 5 年，i e c认识到为了 适应变电站自 动化技术的迅速发展，必须要制定一个 更为通用、全面的标准，使其能够覆盖整个变电站的通信网络及系统。为此 t c 5 7 专门成立了三个新的工作小组 wg 1 0 . wg 1 1 . wg 1 2负责制定 i e c 6 1 8 5 0标准。工 作组成员分别来 自欧洲、北美和亚洲国家，他们有电力调度、继电保护、电厂、操 作运行及电力企业的技术背景，其中有些成员参加过北美及欧洲一些标准的制定工 作。 这三个工作组有着明确的分工:第 1 0工作组负责变电 站数据通信协议的整体 描述和总体功能要求;第1 1 工作组负责站级数据通信总线的定义; 第 1 2 工作组负 责过程级数据通信协议的定义。 在 i e c三个小组制定i e c 6 1 8 5 0 标准的同时，e p r i 也正在进行 u c a 2 . 0 标准的制定，为了避免出 现两个可能冲突的标准， i e c决定以 u c a 2 . 0 标准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1 13 : 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。2 0 0 0年 6 月，i e c t c 5 7 s p a g会议决定以i e c 6 1 8 5 0 标准作为制定电力系统无缝通信系统体 系标准 的基础 ，实现将来的统一传输协议。 第 2 页 华北电力大学硕士学位论文 .3 i e c 6 1 8 5 0 标准制定的原因 i e c 6 1 8 5 0 标准是基于通用网络平台的变电站自 动化系统的国际标准， 它改变了 目 前变电站自动化系统封闭式的结构，使之成为开放性和标准性的系统，制定 i e c 6 1 8 5 0 标准的主要原因是: 1 .随着变 电站 自动化技术的发展，变电站自动化系统产品如通信协议、应 用程序接口、 数据描述等也不断增加，由于没有关于变电站自动化系统 通信网络和系统的统一标难或规范，各厂家使用的网络和通信协议互不 兼容;为保证设备之d o 的五操作牲、 就必预花很大的代价做通信协议转 换装置， 这样一方面增加了系统的复杂性降 低了 可靠性， 另一方面增加 了系统成本和维护的复杂性。 2 .在目 前的变电 站自 动化系统中， 有时候相同的数据， 甚至是相同的功能， 由于在不同的应用中使用，就必须重新进行设置、既烦琐又容易出错。 如果能将这些重复使用的数据或功能实现可配置化， 将有效地减少现有 的工作量。 3 .为了能够将新的应用技术持续快速地整合到现有的变电站自 动化系统 中，需要有能涵盖通信技术与应用数据含义的统一通信协议标准。 1 .4 i e c 6 1 8 5 0 标准制定的目 的 制 定 i e c 6 1 8 5 0标准的目的主要有以下三点: 1 .实现设备的互操作性 i e c 6 1 8 5 0标准允许不同厂 一 商生产的电子智能设备 i e d进行信息的交换，并且 利用这些信息实现设备本身的特定功能。 2 .建立系统的自由结构 分配到智能电子设备和控制层的变电站自动化功能并非固定不变，它与可用性 要求、 性能要求、价格约束、 技术水平、 公司策略等密切相关。 i e c 6 1 8 5 0 标准允许 变 电站 自动化系统的功能在不同的设备 p 自由分配 。 3 一保持系统的长期稳定性 i e c 6 1 8 5 0 标准其有面向未来的特性， 能够满足不断发展的通信技术与变电 站 目 动化系统的需求。 第3页 华北电力大学硕士学位论文 5相关的参考标准 在制定 i e c 6 1 8 5 0 标准的过程中， i e c t c 5 7 的三个工作组 wg 1 0 , wg 1 1 , wg 1 2 参考和吸收 了己有的许多相关标准，其中主要有 : 1 .远动通信协议体系 i e c 6 0 8 7 0 - 5系列 i e c 6 0 8 7 0系列通信协议体系是国际电工技术委员会第 5 7技术委员会第三工作 组 ( i e c t c 5 7 wg 0 3 )制定的一套用于变电站远动通信的协议体系，适用于具有串 行比特数据传输方式的远动设备和系统。与传统的远动通信协议不同，i e c 6 0 8 7 0 - 5 系列 协议 体系 借鉴了 网 络 通信 协 1 a 的 分层 技 术一一 释称 饮分为 铭层和 应用 层 一两 层: 链路层 由 i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 和 i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 2 描述:应用层的基础部分由 i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 3 , i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 4和 i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 5描述。 网络层、 传输层、 会话层以及表示层都为空层 ， 应用层直接映射到链路层。 i e c 6 0 8 7 0 - 5协议系列根据应用领域定义了一系列的配套标准i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 用于常规远动，定义变电站之间以及变电站和控制中 心之间的远动设备实现互操作 需要的功能性要求;i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 2 用于电能计量信息的接入; i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 用 于继电保护信号的接入，主要是便于在变电站或厂站中，不同继电保护设备和控制 系统之间达到互换的目 的:i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 4 是将 i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 用在 t c p / i p网络 协议之上的扩展 。 2 .计算机数据通信协议体系i e c 6 0 8 7 0 - 6 系列 i e c 6 0 8 7 0 - 6系列通信协议是国际电工技术委员会第 5 7技术委员会第七工作组 ( i e c t c 5 7 wg 0 7 ) 制定的一套与 i s o和i t u - t兼容的用于电 力系统控制的计算机 数据通信协议这套协议不只用于电力调度控制中心之间的通信，也用于大型枢纽 变电站与电网调度控制中心之间的通信。 3 . u c a协议体系 公共通信协议体系 u c a是美国电科院主持制定的一套通信协议。u c a通信协 议体系其有广泛的适用性，不但适用于电力系统通信，也适用于自来水、煤气等公 共设施行业的监控通信。美国电科院制定 u c a 通信协议的初衷是想通过协议的标 准化来解决不同厂商设备之间的互操作 问题 。 第 4页 华北电力大学硕士学位论文 6本论文的主要研究工作 作为变电站自 动化系统的最新国际通信标准， i e c 6 1 8 5 0 反映了变电站自 动化的 发展方向和趋势，引起了国内外电力行业的广泛关注。本文对 i e c 6 1 8 5 0标准系列 进行了研究与分析，主要的工作如下: 1 . i e c 6 1 8 5 0 标准系列的内容结构及其特点介绍 介绍 i e c 6 1 8 5 0 标准系列的内容 结构与颁布情况，i e c 6 1 8 5 0 标准的主要特点以 及国内外的研究情况。 2 . 过程层与间隔层之6 s i 采样值 传愉命翎 导 通倍的 过牙 舅 汾孵扭 瑰 分析采样值传输的过程机制，引入合并单元的概念，根据 i e c 6 1 8 5 0 标准的定 义对采样值传输模型进行了构建，利用所构建的采样值传输模型建立到相应通信栈 的映射关系，从而揭示 i e c 6 1 8 5 0 标准中抽象模型与具体映射的内在统一关联。 3 .间隔层与变电站层之n j 抽象通信服务接口a c s i 的映射过程分析及实现 简要介绍 i e c 6 1 8 5 0标准中定义的变电站功能模型及通信栈结构，以 及应用层 采用的制造报文规范 mms标准和抽象语法符号 a s n a标准。重点分析了抽象通信 服 务接口 ac s i 的核心服务模型的通信栈结构及核心服务模型与 mms之间的映射 关系。在此基础上，根据通信栈各层协议的编码规则，设计开发出在客户/ 服务器模 式下的变电站 自动化后台通信演示软件，其与服务器之间的通信过程遵循 i e c 6 1 8 5 0 - 8 - 1部分的定义。最后，对 i e c 6 1 8 5 0标准在产品化开发中存在的难点与 应用前景做了分析和展望。 第 5 页 华北电力大学硕十学位论文 第二章佗c 6 1 8 5 0 标准的内容结构及其特点 2 . 1 1 e c 6 1 8 5 0 的内 容结构 i e c 6 1 8 5 0 标准系列由1 0 个部分构成， 除了 第 1 0 部分 还未成为国际标准外. 其 它部分都已作为国际标准对外颁布. 每个部分的内容及其颁布情况见下 表: 表2 - 1 i e c 6 1 8 5 0 标准的颁布情况 内容结构 内容颁布情况 pa rt 1 介绍与概貌国际标准 i s pa r t 2 术语集技术报告t r pa rt 3 总体要求国际标准 i s pa rt 4 系 统与 项目 管 理 国际 标准i s pa rt 5 功能的 通信要求与 设备模型国际标准 i s pa r t 6 变电 站自 动化系统中i e d的 通信配置描述语言s c l 国际标准 i s pa r t 7 - 1 变电 站与馈线设备的 基本通信结构一原理与模型国际 标准i s ,i part 7 - 2变电站与馈线设备的基本 通信结构一 抽象通信服务接i i acs i 国际 标准i s p a r t 7 - 3 变电站与馈线设备的基本通信结构一公共数据类国 际标准i s pa r t 7 - 4 变电站与馈线设备的基本通信结构一 可兼容逻辑节点类 与数据类 国 际标准i $ p a rt 8 . 1 特 殊 通 信 服 务 映 射s c s m 一 到m m s ( is o / ie c 9 5 0 6 p a r t 1 a n d p a rt 2 )及i s o / i e c 8 8 0 2 - 3 的映 射 国际标 准i s p a r t 9 - 1 特殊通信服务映射 s c s m 一通过单向多 路点对点串 行通 信连接的采样值 国际标准 i s p a r t 9 - 2 特殊通信服务映射 s c s m一 通过 i s o / i e c 8 8 0 2 - 3 的采样 值 囚琢标准 i s p a r t 1 0 一致性测试委员会草案 第一部分 介绍与概貌: 除了 从整体上对i e c 6 1 8 5 0 标准系列的结构与框架进行 介绍外 ，还介绍标准制定的方法以及标准对通信技术发展的适应性。 第 6页 华北电力大学硕十学位论文 第二章佗c 6 1 8 5 0 标准的内容结构及其特点 2 . 1 1 e c 6 1 8 5 0 的内 容结构 i e c 6 1 8 5 0 标准系列由1 0 个部分构成， 除了 第 1 0 部分 还未成为国际标准外. 其 它部分都已作为国际标准对外颁布. 每个部分的内容及其颁布情况见下 表: 表2 - 1 i e c 6 1 8 5 0 标准的颁布情况 内容结构 内容颁布情况 pa rt 1 介绍与概貌国际标准 i s pa r t 2 术语集技术报告t r pa rt 3 总体要求国际标准 i s pa rt 4 系 统与 项目 管 理 国际 标准i s pa rt 5 功能的 通信要求与 设备模型国际标准 i s pa r t 6 变电 站自 动化系统中i e d的 通信配置描述语言s c l 国际标准 i s pa r t 7 - 1 变电 站与馈线设备的 基本通信结构一原理与模型国际 标准i s ,i part 7 - 2变电站与馈线设备的基本 通信结构一 抽象通信服务接i i acs i 国际 标准i s p a r t 7 - 3 变电站与馈线设备的基本通信结构一公共数据类国 际标准i s pa r t 7 - 4 变电站与馈线设备的基本通信结构一 可兼容逻辑节点类 与数据类 国 际标准i $ p a rt 8 . 1 特 殊 通 信 服 务 映 射s c s m 一 到m m s ( is o / ie c 9 5 0 6 p a r t 1 a n d p a rt 2 )及i s o / i e c 8 8 0 2 - 3 的映 射 国际标 准i s p a r t 9 - 1 特殊通信服务映射 s c s m 一通过单向多 路点对点串 行通 信连接的采样值 国际标准 i s p a r t 9 - 2 特殊通信服务映射 s c s m一 通过 i s o / i e c 8 8 0 2 - 3 的采样 值 囚琢标准 i s p a r t 1 0 一致性测试委员会草案 第一部分 介绍与概貌: 除了 从整体上对i e c 6 1 8 5 0 标准系列的结构与框架进行 介绍外 ，还介绍标准制定的方法以及标准对通信技术发展的适应性。 第 6页 华北电力大学 硕士学位论文 第二部分 术语集:介绍标准的特定术语集以及标准其它 部分 所用到的 定义。 三 第 三 部 分 总 体要 求 : 介绍 变电 站自 动 化 系 统 对 通 信网 络 的 总 休 要 求， 重点 是 对 通 信网络的质量要求， 同时 还涉及环境条件和辅助服务的指导方针， 并根据其它的 标准与 规范， 对相关的特定要求提出了 建议。 第四部分 系统与项目 管理: 介绍系统与项目 管理的 过程及其要求， 包括 变电站内 必 备 硬 件 配 置 的 定 义、 功能 和 信 号 质 量 的 适 应 性 以 及 所 有具 体 定 义的 文 档。 第五部分 功能的通信要求与设备模型: 规范变电 站自 动化系统所要实现功能的 通 信 要求 与 设 备 模 型 ， 对 所 有己 知的 功能 和 它 们的 通 信 要 求 均 加 以辨 别。 在 i e c 6 1 8 5 0 -5 中 对功能的 描述不是 用于功能的 标准化， 而是为了 区分变电站与技 术服务、 变电 站内i e d 之间的 通信要求， 其基本目的 是在设备的相互作用中实 现互操 作性。 第 六部分 变电 站自 动化系 统中i e d的 通信配置 描述语言s c l :规定与通信相关的 i e d配置和参数、 通信系统配置、 开关间隔( 功能) 结构以 及它们之间关系的文件 格式， 即 变电 妙智 能 电 子设 备i e d的 配 置 描 述 语 言s c l , 第 七部分 变电站与馈线设备的基本通信结构:该部 分作为 整个标准的核心内容， 分为 四 个部 分 ， 7 - 1 部 分 介 绍 第 七 部 分 使 用到 的 建 模 方 法、 通 信 原 理 以 及 信息 模型 ; 7 -2 部分定义用于 i e d之间实现实时协作功能并且独立于底层通信系统的抽象通信服务 接 f l a c s i ; 7 - 3 部 分 定 义 与 变电 站 应 用 相 关 的 公 共 属 性 类型 和 公 宾 数 据 类; 7 -4 部 分 定 义 与 变 电 站 相 关 的 设 备 及 功 能 的 信 息 模 型 ， 即 用于ie d之 间 通 信 的 可 兼 容 逻 辑 节 点 和 数 据。 第八部分 特殊通信服务映射 s c s m: 定义 间隔层与变电 站层之间 的映射，规范通 过局域网将a c s i 的对象与服务映射到m ms 从而实现数据交换的方法， 。 第九部分 特殊通信服务映射s c s m : 定义过程层与间隔层之间的映 射， 9 - 1 部分规 范了 间隔层与过程层之间通信的特殊 通信服务映 射， 包括用于采 样值传 输的 抽象服务 的 映射。 本部分适用于电 子式电 流或电 压互感 器的组合单元与诸如 继电 保护的间 隔设备之 间的通信: 9 - 2 部分定 义采样 值类模型到i s o / i e c 8 8 0 2 - 3 的映 射， 在混 合通信栈的 基础 上使用对i s o / i e c 8 8 0 2 - 3 连接的 直接访问来实现采样值的传输。 第 千 部 分一 致 性 测 试 : 定 义 了 变 电 站 自 动 化 系 统 设 备 一 致 性 测 试 的 方 法 ， 还 给 出 了 用于设置测试环境以 便进行一致性研究并建立有效性的 准则。 由以 上 1 0 个部分可见， i e c 6 1 8 5 0 标准不同 与以 往的变电 站自 动化系统通 信协议 之 处 在 于， 除 了 定 义 变 电 站自 动 化系 统的 通 信 要 求 和 数 据 交 换 外 ， 还 对 招 个系 统 的 通 信网 络 体 系 结 构 、 对 象 模 型 、 项目 管 理 控 制 以 及 测 试方 法 等 进 行了 个d pi i f尽 的 描 述 与 规 范。 这1 0 个 部 分 主 要 围 绕 四 个 方 面 : 变 电 站 自 动 化 应 用 域 的 功 能 模 型( 第 _111 部 分 ) : 变 电 站 数据 模型及其服务 ( 第七部分) ;变电 站体系层次 之间的 映射关系 ( 第八、第九部分) ; 基于x ml 的 变电 站配置描迷语言s c l( 第六部 分) 。 第 7页 华北电 力大学硕士学位论文 2 .2 i e c 6 1 8 5 0 标准的特点 2 . 2 . ，信息分层 2 . 2 . 1 . ，变电 站通信体系 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，如图2 - 1 所示。 长乡一乙一 - . 高 压 设 备 一王)一几一 图2 一 变电站自动化系 统的 接口 模型 : 间 隔层与变电 站层之间的 保护数据交换 ;间 隔层与 远方保护之间的 保护数据交换 :间 隔层内的 数据交换 :过 程层与问隔 层之f c+ i 电流互 感器c 下和电 月 % i ij a i s v t的ii i i 卜 ! 数 据交换 ，过 程 层与 间 隔 层 之间 的 控 制 数 据 交 换 :间隔层与变电站层 之间的 控制 数据交换 : 变电站与远方工 程师工 作站之间 的数据交换 :用于快 速功能的间隔层之间的 直接数据交换 第 8页 华北电 力大学硕士学位论文 2 .2 i e c 6 1 8 5 0 标准的特点 2 . 2 . ，信息分层 2 . 2 . 1 . ，变电 站通信体系 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，如图2 - 1 所示。 长乡一乙一 - . 高 压 设 备 一王)一几一 图2 一 变电站自动化系 统的 接口 模型 : 间 隔层与变电 站层之间的 保护数据交换 ;间 隔层与 远方保护之间的 保护数据交换 :间 隔层内的 数据交换 :过 程层与问隔 层之f c+ i 电流互 感器c 下和电 月 % i ij a i s v t的ii i i 卜 ! 数 据交换 ，过 程 层与 间 隔 层 之间 的 控 制 数 据 交 换 :间隔层与变电站层 之间的 控制 数据交换 : 变电站与远方工 程师工 作站之间 的数据交换 :用于快 速功能的间隔层之间的 直接数据交换 第 8页 华北电力人学硕十学位论文 :， 变电 站层内的 数据交换 : 变电 站设备 与远方控制中心之间的 控制数 据交换 2 . 2 . 1 . 1过程层 过程层主要完成开关量 i / o 、 模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备相关 的功能。过程层通过逻辑接口4 和接口5 与间隔层通信。 2 . 2 . 1 .3 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川，如线路保护 设备或间隔单元控制设备就属于这一层。伺隔层通过逻辑接口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。 2 . 2 . 1 . 4变电站层 变电站层的功能分为两类: 1 .与过程相关的功能 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 务发生作用跳 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1 1 8 完成通信 功能。 2 .与接口 相关的功能 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1 , 6 , 7 , 1 0 完成 通信 功能。 i e c 6 1 8 5 0 标 准 的 分 层 模 式 与 现 有 大 多 数 变 电 站 自 动 化 系 统 禾 同 ， 在 现 有 系 统 中 过程 层的 功能 都 是在 间隔 层 设 备中实 现 的， 于 是 没 有独 立的 逻 辑接口4 和 接口5 0 随 着 光 电 流 、 电 压 互 感 器 的 使 用 ， 现 代 电 力 技 术 的 发 展 趋 势 是 将 越 来 越 多 的 间 隔 层 功能下放到过程层中去。 可见，i e c 6 1 8 5 0 是个面向未来的兀放的标准。 2 .2 .2 采用与网络独立的抽象通信服务接口a c s i 2 . 2 . 2 . ，电力系 统通信的特点 电 力 系 统 信 息 传 输 的 主 9 特 点 信 息 的 传 输 有 轻 重 缓 急 之 分 ， 并 且 应 该 能 够 实 现 时 间 的 网 步 ， 对 于 通 信 网 络 应 有 优 先 粤 和 满 足 时 间 同 步 要 o 但 是 纵 观 现 有 的 商 用网络，较少能 够同时满足这两个要求，因此只能求其次，即选择容易实 现、价格 第 9页 华北电力人学硕十学位论文 :， 变电 站层内的 数据交换 : 变电 站设备 与远方控制中心之间的 控制数 据交换 2 . 2 . 1 . 1过程层 过程层主要完成开关量 i / o 、 模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备相关 的功能。过程层通过逻辑接口4 和接口5 与间隔层通信。 2 . 2 . 1 .3 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川，如线路保护 设备或间隔单元控制设备就属于这一层。伺隔层通过逻辑接口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。 2 . 2 . 1 . 4变电站层 变电站层的功能分为两类: 1 .与过程相关的功能 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 务发生作用跳 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1 1 8 完成通信 功能。 2 .与接口 相关的功能 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1 , 6 , 7 , 1 0 完成 通信 功能。 i e c 6 1 8 5 0 标 准 的 分 层 模 式 与 现 有 大 多 数 变 电 站 自 动 化 系 统 禾 同 ， 在 现 有 系 统 中 过程 层的 功能 都 是在 间隔 层 设 备中实 现 的， 于 是 没 有独 立的 逻 辑接口4 和 接口5 0 随 着 光 电 流 、 电 压 互 感 器 的 使 用 ， 现 代 电 力 技 术 的 发 展 趋 势 是 将 越 来 越 多 的 间 隔 层 功能下放到过程层中去。 可见，i e c 6 1 8 5 0 是个面向未来的兀放的标准。 2 .2 .2 采用与网络独立的抽象通信服务接口a c s i 2 . 2 . 2 . ，电力系 统通信的特点 电 力 系 统 信 息 传 输 的 主 9 特 点 信 息 的 传 输 有 轻 重 缓 急 之 分 ， 并 且 应 该 能 够 实 现 时 间 的 网 步 ， 对 于 通 信 网 络 应 有 优 先 粤 和 满 足 时 间 同 步 要 o 但 是 纵 观 现 有 的 商 用网络，较少能 够同时满足这两个要求，因此只能求其次，即选择容易实 现、价格 第 9页 华北电 力大学硕士学位论夕 合理、比较成熟的网络，在实时性方面往往用提高网络传输速率来解决. 2 . 2 .2 .2抽象通倍服务接口a c s i 的独立性 i e c 6 1 8 5 0标准总结了电力生产过程的特点 和要求，归纳出电力系统所必需的 信 息 传 输 的 网 络 服 务 ， 设 计 出 抽 象 通 信 服 务 接 口a c s i ， 它 独 立 于 具 体 的 网 络 应 用 层 协 议一( 例 如 目 前 采 用 的 m m s ) ， 与 采 用 的 网 络( 例 如 现 在 采 用 的 i p ) 无 关 。 考 虑到t c p /i p , o s i 、 现 场总 线 等各 种 各样 的 通信 系 统已 经建 立 起 来， i e c 6 1 8 5 0 标 准 引 入 了 特 殊 通 信 服 务 映 射s c 枷。 s c s m将 抽 象 通 信 服 务 接 口 定 义 的 服 务 、 对 象 和 参 数 映 射 到 m m 东而 s . d n p 或 ie c 6 0 8 7 0 -5 等 应 用 层 。 采 用 该 映 射 模 型 ， 可 以使数据对象和a c s i 服务有很大的灵活性， 它的改变不受底下七层协议栈的影响。 由 于电 力系 统 生 产的复 杂 性， 对 信息 传 输的 响 应时间 也 有 不同 的 要 求， 在 变电 站的 过 程内 可能 采 用不 同 类型 的网 络， i e c 6 1 8 5 0 采用 抽象 通信 服 务接口 就很 容易 适 应这 种 变 化 ， 只 要 改 变 相 应 的 特 定 通 信 服 务 映 射 s c s m 如 图 毕中 应 用 过 程 和 抽 象 通 信服务接口 是一样的，不同的网络应用层协议和通信栈与不同的 s c s m 1 -s c s mn 相对应。 应 用 过 程 . s csm 1 sc sm 2 应用层 ，应用层 2 应用 层n i -4 - 一 一， 第 七层 应用层 4- 一一: 1 -6层 通信栈 图2 一 基本参考模型 i e c 6 1 8 5 0 标准使用 a c s i 和s c s m技术， 解决了 标准的稳定性与 未来网络技术 发 展之间 的 矛 盾， 随着 新的 网 络 技术 在变电 站自 动 化系 统中 的 运 用， 只 要对s c s m 进行相应的改动，而不需要修改a c s i . 第 1 0页 华北电力大学硕十学位论文 2 .2 .3 面向对象的开放性自 我描述 2 . 2 . 3 . ，现状 在目 前的信息传输过程中，必须事先将需要传输的 变电 站远动设各的信息与调 度控制中 心的数据库约定，并且一一对应，这样才能正 确反映出现场设备的 状态。 在 现 场验 收前， 必须 使每 一 个信 息 动作 一次 ， 才能 验 证 其正 确 性。 这 种技 术是 面向 点的。山 于技术的不断发展，变电 站内新的 应用功能不断涌现，当需要传输新的信 息 时，己 经定 义 好的 协 议可 能无 法传输 这 些 新的 信息， 因 而 使 新功 能的 应 用受 到限 制。 和采用面向点的数据描述方法不同，i e c 6 1 8 5 0标准对于 信息均采用面向对象 的自我描述方法。 2 . 2 . 3 . 2面向对象自 我描述方法的优点 ie c 6 1 8 5 0标 准 所采用 的 面向 对象的 数 据自 我描 述方 法 在数 据源 就对 数 据进行 自 我描 述， 传 输到 接收 方的 数 据 都带 有自 我 说明 ， 不i7 i- 再 对 w e lhi进 行 三 程物 理_v : 对应、标度转换等工作。由于传输到调度控制中心的数据都带有说明，这样就可以 不受预先定义的限制进行信息的传输， 使得现场验收的验证工作大为简化，数据库 的维护工作量也大为减少，同时也能够适应技术不断发展的要求。 2 .2 .3 .3 面向 对 象自 我 描 述的 要 求 要彻 底 解决 面向 对 象的自 我描 述， 使 变电 站 不同 设备 之 间实 现 互 操作 性， 则 需 要定义 以下 内容: 1 . 完整的 各 类单 元数 据对 象 和逻 辑节 点、 逻 辑设 备的 代 码; 2 . 用这些代码组成的完整地描述数据对象的方法: 3 . 一套面向对象的服务. i e c 6 1 8 5 0 - 7 - 3 、 - 7 - 4 定义了9 2 种逻辑节点名称代码， 5 0 0 多种数 据对象代码以 及3 0 个 公 共 数 据 类 ， 涵 盖 了 变 电 站 所 有 的 功 能 和 数 据 对 象 ， 并 且 提 供 了 扩 展 新 的 逻 辑 节 点 的 方 法以 及 数 据 对 象 代 码 组 成 的 方 法 。 在 i e c 6 1 8 5 0 - 7 -2中 定 义了 用 这些 代 码组 成完 整 地 描述数 据 对象的 方 法和 一套 面向 对象 的 服务。 这三部分有机地结合在一起， 解决了面向 对象自 我 描述的问 题. i e c 6 1 8 5 0 - 7 - 2 , - 7 - 3 , - 7 - 4的关系如图2 - 3 所示. 第n 页 华北电力大学硕十学位论文 可兼容逻辑节点与 数据类， 公共数据类， 基本模型、 抽象 服务及 基本数据类型， 映射、i e c 6 1 8 5 0 - 8 - x 站级总线通信栈 映射 呵 、 ，j 匹二 ie c 6 18 5 0-7-2 i c 口 e c 6 1 8 5 c三引! -,t %3ljttt if d 二 a g h 图2 - 3 i e c 6 1 8 5 0通信系统体系 2 .2 .4 数据对象统一建模 2 . 2 . 4 . ，现状 目前 i e c t c 5 7 的各种标准都是根据各种特定的应川，对各种对象进行建模， 不能做到相互间的完全一致。 要将各种协议连接起来，或者和 s c a d a数据库连接 起来，就必须进行转换。在来用网络技术的情况下，这种状况很难适应技术不断发 展的 要求 . ie c t c 5 7 规定 从2 0 0 1 年 起i e c 6 1 8 5 0 有一 个 任务 就 是从