对通讯规约的讨论

对通讯规约的讨论 ICE 61860 61970 61968 内容提要 国际电工委员会 International Electro technical Commission 简称 IEC 成立于 1906 年 是世界上成立最早的非政府性国际电 工标准化机构 其设立了各个 IEC 标准如变电站自动化标准 IEC61850 能量管 理系统应用程序接口 EMSAPI 标准 IEC61970 配电管理系统标准 IEC61968 等等 现就以上三项通讯规约进行讨论 关键词 国际电工委员会 IEC 标准 IEC61850 IEC61970 IEC61968 通讯规约 IEC 61850 61970 61968 系列通讯规约 现今的电力系统调度运行的信息传输要求不断提高 信息传输方式已逐步 走向数字化和网络化 为此国际电工委员会电力系统控制及其通信技术委员 IECTC57 根据形式发展的要求制定调度自动化和变电站自动化系统的数据通信 标准 以适应和引导电力系统调度自动化的发展 规范调度自动化及远动设备 的技术性能 IEC 61850 61970 61968 系列标准是指导电力信息系统建立统一数据模型 和交换信息的标准 目前该系列标准在电力系统中取得了广泛的应用 研究人 员设计和开发了大量符合 标准的信息系统 如能量管理系统 监控和数 据采集系统 配电管理系统系统等 IEC61850 标准 IEC61850 标准即 无缝通信系统体系 是电力系统自动化领域唯一的全 球通用标准 它通过标准的实现 实现了智能变电站的工程运作标准化 IEC61850 提出了一种公共的通信标准 通过对设备的一系列规范化 使其形成 一个规范的输出 实现系统的无缝连接 在 IEC61850 之前的所有协议都是面向点的 采用 IEC61850 的系统只需在 信息源进行数据定义 其他节点可以通过报文交换建立相关数据库 IEC61850 的特点有 1 开放性 全部通信协议集将基于已有的 IEC IEEE ISO OSI 可用的通信标 准的基础上 不考虑具体实现 2 先进性 采用 ACSI SCSM OO 的技术 采用抽象的 MMS 作为应用层协议 自我描述 在线读取 修改参数和配置 采用 XML 语言来描述变电站配置 3 完整性 适用对象几乎包括了变电站内所有 IED 例如 常规的测控装置 保护装置 RTU 站级计算机可选的同期 VQC 装置 未来可能广泛使用的数字 式一次设备如 PT CT 开关 下图为 IEC 61850 的数据建模结构 IEC 61970 标准 IEC TC57 WG13 工作组负责制定能量管理系统的应用程序接口 EMS API 即 IEC 61970 系列标准 IEC 61970 标准要求应用之间的互联接口要同时满足 CIM 和 CIS 两个方面的要求 公用信息模型 Common Information Mode CIM 定义了覆盖各个应 用的面向对象的电力系统模型 是 IEC61970 的灵魂 CIM 描述了可能需要交换 数据的共用信息模型 而如何交换信息还必须靠组件接口规范 Component Interface Specification CIS 来完成 CIM 要求在描述电力系统时按其规定 的语义来定义 CIS 要求在访问 CIM 是按其提供的语法来实现 CIM 公共信息模型是整个 EMS API IEC61970 国际电工协会 框架的一部 分 是一个抽象模型 它提供一种标准化方法 把电力系统资源 Power System Resource 描绘为对象类 属性以及它们之间的关系 在 UML 中 现实世界实体的类型被定义为 类 实体类型的性质被定义 为 类的属性 实体类型之间的关系用 类之间的关系 来描述 包括 继承 关联 聚集 在 IEC 61970 协议中 CIM 模型是 IEC 61970 协议整体框架的基 础 它是一种描述电力系统所有对象逻辑结构和关系的信息模型 为各个应用 提供了与平台无关的统一的电力系统逻辑描述 它定义了电力工业的标准对象 模型 提供了一种表示电力系统对象 包括其属性和相互关系的标准 CIM 模型中的对象本质上是抽象的 可以应用在各个系统中 有助于 EMS 系统和其他涉及到电力系统运行操作不同领域的应用系统的集成 CIM 分为 3 个部分 301 是 CIM 的基本部分 302 是 CIM 用于能量计划 检修和财务的部分 303 是 CIM 用于 SCADA 的部分 整个 CIM 很大 为了便于 管理 CIM 的开发者把 CIM 中的类组织为多个包 Package 包是将相关模型 元件人为分组的方法 一个包表示针对特定内容相关的模型元素的组合 往往 针对某些特定的应用范围 包的建立在语义上没有特定的含义 主要为了使整 个模型更容易设计 理解和研究 IEC61970 系列标准提出了电力系统资源 Power System Resource 概念 它描述了电力系统所有对象的逻辑结构和关系 构成电力系统网络拓扑结构的 主要节点 通过这些节点的连接 构成电力系统基本的网架结构 下图为 CIM 结构图 IEC 61968 标准 IEC 61968 系列标准是为了促进支持配网管理的分布式应用软件之间的集 成 提供把现有系统 包括已有系统和符合这些标准的新建系统 接口到 DMS 的 一个集成框架 IEC 61968 不是要制定 DMS 各种应用的开发标准 也不是开发中间件的标 准接口 而是要提供和制定控制中心间各种应用集成的一组指导原则和标准 提供要不依赖于任何一组特殊的中间件服务的基础结构或框架 IEC 61968 在 事件驱动基础上支持应用之间的数据交换 系统集成者提供 胶水 来把这些 组件插入到系统环境中 IEC 61968 仅限于接口定义本身 不提供系统集成实 现的具体技术 IEC 61968 系列标准总共包括 11 部分 第 1 部分是接口的总体框架和一般 要求 随后的接口规范都以此为基本准则开发 第 2 部分是术语 第 3 到 10 部 分是具体的接口规范 最后一部分是配电信息交换模型 同时 作为 CIM 模型的一部分 IEC61968 系列标准提出了电力设备资产 的概念 Asset 电力设备资产不仅指与输配电相关的电网中的设备资产 而是 覆盖了整个电力企业的所有资产 包括建筑物 交通工具 办公设备等 Asset 类是作为电力设备资产的一个基类 主要是从物理设备实体的角度 对电网设备进行建模 它建立的电网设备模型 关注物理设备的基本属性 包 括物理设备的分类 属性 组成等 从物理实体本身的角度 确定电网设备的 分类 相互之间的组成及包容关系 是建立电网设备台账模型的另一维度 由对 IEC61970 和 61968 的分析可看出 IEC61970 与 61968 分别提出了 电力系统资源 Power SystemResource 和设备资产 Asset 的概念 从电力设备 的网络拓扑结构和物理实体两个维度关注电网设备 在 CIM 模型中 电力系统资源 Power System Resource 和设备资产 Asset 之间存在多对多的对象关联关系 两者是相辅相成的 1 电力系统资源构建了电网的网架结构 而设备资产组成了网络结构各结 点的物理实体 2 电力系统资源反映了电网设备相互之间的关联关系 反映了特定的功能 角色 而设备资产是履行这些功能的对象 是这些功能的载体 下图展示了电力系统网络拓扑结构和物理实体设备两个维度的电力系统资 源 Power System Resource 和设备资产 Asset 的简单对应 下图为电力系统系列标准体系图 TMSEMSTMRCMS 网关网关 电力系统数据网络 间隔单元 网关站控系统 IED 测控单元测控单元 IED 间隔单元 应应用用系系统统IEC 61970 CIM CIS 企企业业总总线线IEC 61968 UIB 远远程程通通信信IEC 60870 6 TASE 2 或或 IEC 61850 IEC61870 站站级级总总线线IEC 61850 以以太太网网 过过程程总总线线IEC 61850 以以太太网网 远远程程通通信信IEC 60870 6 TASE 2 或或 IEC 61850 IEC61870 主主站站侧侧 厂厂站站侧侧 IEC 61850 61970 61968 的应用 中国加入 WTO 以后 在各个领域采用国际标准也已是大势所趋 随有 IEC 61850 系列标准的逐步发行 该标准系列将很快成为变电站自动化领域最具影 响力的标准体系 虽然 IEC 61850 系列从 1995 年就开始启动 但它仍然是整个 IEC 正在制定的标准体系中最具技术含量的标准之一 吸收了网络技术 面向 对象技术 工程管理技术 特别是电力自动化技术等这些前沿技术的最新成果 容易被广大业主 制造厂商以及科研机构所接受 国内对应于 IEC TC57 的标准化委员会是全国电力系统管理及其信息交换 标准化技术委员会 为了推动 IEC 61850 61970 61968 标准在国内的应用 标 委会将这系列的标准进行了引进转化工作 转化为国内标准 IEC61970 系列标 准对应国内 DL 890 系列标准 IEC 61968 系列标准对应国内 DL 1080 系列标 准 经过多次互操作试验 各单位之间对 IEC 61970 标准的认识得到了统一 互操作性得到了检验 为 61970 系列标准的推广起到了很大的推动作用 近年 来新建设的 EMS 系统都支持 IEC 61970 标准 方便了系统直接的接口 极大的 促进了企业信息资源的共享 例如积成电子 iES600 系统可以使用标准的 CIM XML 文件接口从上级调度部门获取所需要的外网模型 或者接受上级部门下发 的外网模型 此外系统 还可以和离线系统 例如 PSASP 系统 进行接口 实现和本地区电网模型的合并以及增量更新 实现模型合并 实现外网的免维 护 在 IEC 61968 的应用方面进展没有 IEC61970 标准快 首先是由于国际上 IEC 61968 标准本身还不够稳定 标准的变动还比较大 此外 国内的互操作 试验等工作也没有相应的开展 但是很多电力企业也开展了基于 IEC 61968 标 准方面应用的尝试 结论 IEC 61850 61970 61968 系列标准是电力系统管理及其信息交换领域的 标准 可以指导各种电力信息系统的信息交换标准化工作 借助 IEC61970 和 61968 的理念和公用信息模型的理论基础 结合电力生产的各个方面 可以进 行许多方便的设计与应用 IEC 61850 61970 61968 系列标准为推动电力企业信息共享 解决信息孤 岛现象提供了一种可行的技术标准 尤其是 IEC 61970 标准在 EMS 系统的开发 与建设上取得相当大的成绩 今后一段时间 IEC 61850 61970 61968 系列标准 必将得到进一步的发展和应用 设计感言 这次的设计对我而言是一次非常大的挑战 因为在此之前 我还从未接触 过有关于通讯协议的知识 同时 这也是促使我选择这个题目进行设计讨论的 原因 刚开始进行设计我就遭遇到了巨大的困难 对于通讯规约领域的一无所知 让我必须从零开始 我从网络上找到了大量的有关资料进行学习 但各个资料 对于 IEC 61850 61970 61968 系列标准的介绍十分驳杂 且并不全面 同时 一些有关的介绍内容晦涩或是只介绍了相关的应用 没有对于 IEC 61850 61970 61968 系列标准的具体介绍 在进行了大量的阅读学习及对相关资料整理思考后 我终于对 IEC 61850 61970 61968 系列标准有了大概的认识了解 但若要继续对相关内容 进行更深的学习思考 还需要大量的时间 因此本文对于通讯规约的讨论比较 浅薄 文中也较多引用了参考文献的内容 希望今后还能够继续对 IEC 61850 61970 61968 系列标准进行学习 也有机会与老师探讨相关内容 参考文献 陈章宝 陈少华 陶涛 IEC 61850 到 IEC 60870 通信规约的映射研究 任雁铭 杨奇逊 IEC 61850 通信协议体系介绍和分析 张 结 IEC 61850 的结构化模型分析 辛耀中 新世纪电网调度自动化技术发