IEC TR 61850-90-162021 电力设施自动化中的通信网络和系统.第90-16部分智能能源自动化的系统管理要求标准立项发展报告

电力设施自动化中的通信网络和系统第90-16部分：智能能源自动化的系统管理要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Communicationnetworksandsystemsinpowerutilityautomations-Part90-16:RequirementsofsystemmanagementforSmartEnergyAutomation摘要随着全球能源转型加速推进，以分布式能源、储能系统和电动汽车充换电设施为代表的新兴能源设备大规模接入电力系统，智能能源自动化对通信网络和系统的管理能力提出了前所未有的挑战。在此背景下，国际电工委员会第57技术委员会（IECTC57）下属的WG10工作组历经多年研究和实践总结，于2021年6月17日正式发布了IECTR61850-90-16:2021技术报告。该报告作为IEC61850系列标准家族的第90部分扩展，围绕智能能源自动化场景下的系统管理需求，系统定义了包括系统配置管理、软件管理、网络安全管理和设备生命周期管理在内的多层次管理框架，并提出了与IEC61850-7-2ACSI模型的映射方法及与ITIL、TMForum等通用管理标准的衔接策略。本报告对该技术报告的立项背景、标准定位、技术内容框架及其在新能源场站监控、分布式能源管理系统、智能变电站等典型场景中的工程应用路径进行了全面梳理与系统分析，并就该标准与我国能源行业标准的衔接适配提出了展望建议。分析表明，该技术报告填补了IEC61850系列标准在系统管理领域的技术空白，为能源电力系统数字化转型中的互操作性和管理效率提升提供了重要的标准化技术支撑。关键词：IEC61850；智能能源自动化；系统管理；变电站自动化；通信网络；互操作性Keywords:IEC61850;SmartEnergyAutomation;SystemManagement;SubstationAutomation;CommunicationNetworks;Interoperability1引言1.1背景与意义全球能源体系正经历从集中式、单向流动的传统模式向分布式、双向互动的智能模式深刻变革。国际能源署（IEA）发布的《全球能源部门2050年净零排放路线图》指出，到2030年全球可再生能源发电占比需达到60%以上。这一转型趋势直接推动了电力系统中各类智能电子设备（IED）、传感器、执行器和边缘计算节点的大规模部署，使得电力设施自动化系统的规模和复杂性呈指数级增长。在电力自动化领域，IEC61850标准系列自2003年首次发布以来，已成为变电站自动化系统乃至更广泛的电力公用事业自动化领域最具影响力的国际标准之一。该标准体系通过定义抽象通信服务接口（ACSI）、面向通用对象的变电站事件（GOOSE）、采样值（SV）传输和系统配置描述语言（SCL）等核心机制，有效解决了不同厂商设备间的互操作难题。然而，随着应用场景从传统变电站向分布式能源、微电网、虚拟电厂等智能能源自动化领域延伸，系统的管理需求发生了本质变化——不再仅仅是设备层面的状态监测和参数配置，而是涵盖了从拓扑发现、自动配置、软件升级到安全策略统一管理等全生命周期的系统性管理需求。1.2标准立项的必要性在IECTR61850-90-16发布之前，IEC61850系列标准体系在系统管理层面存在明显的功能缺口。IEC61850-7-2定义的ACSI模型虽然提供了数据访问和报告机制，但并未构建完整的系统管理框架；IEC61850-6定义的SCL配置方法侧重于工程配置，对运行阶段的动态管理和自动化运维支撑不足。与此同时，ITU-T、TMForum和ISO/IECJTC1等组织在通用ICT管理领域提出的管理框架（如FCAPS模型、ITIL实践等）并非针对电力行业的特殊需求设计，在实时性、安全性和可靠性等方面难以直接适用。因此，制定一项专门针对智能能源自动化场景的系统管理需求标准，已成为IEC61850系列标准体系持续演进的内在要求和电力行业数字化转型的外部驱动共同作用下的必然选择。2标准概述2.1标准基本信息表1给出了IECTR61850-90-16:2021的基本信息概览。表1IECTR61850-90-16:2021基本信息|属性|内容||------|------||标准编号|IECTR61850-90-16:2021||标准名称|电力设施自动化中的通信网络和系统第90-16部分：智能能源自动化的系统管理要求||英文名称|Communicationnetworksandsystemsinpowerutilityautomations-Part90-16:RequirementsofsystemmanagementforSmartEnergyAutomation||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||所属技术委员会|IECTC57（电力系统管理及关联信息交换）||分类号|遥控、遥测||发布日期|2021年6月17日||国别|国际组织||语言|英语||标准类型|技术报告（TechnicalReport）|2.2标准定位与技术类型作为IEC61850系列的第90-16部分，本文件属于"技术报告"（TechnicalReport,TR）类型。TR类文件在IEC标准体系中承载着技术前沿探索和经验总结的功能定位，不同于国际标准（IS）的规范性要求，TR旨在为后续标准化工作提供技术参考和方向指引。其内容兼具技术需求和实现指南的双重属性，既识别了智能能源自动化系统管理的需求集合，又提供了基于现有IEC61850机制实现这些需求的可行路径。2.3在IEC61850标准家族中的位置IEC61850标准体系从结构上分为核心标准（第1至第10部分）、扩展映射标准（第80至第90部分）和应用指南（第100部分及以上）三个层次。IECTR61850-90-16属于"第90部分"系列，该系列旨在探索IEC61850在变电站应用之外的新兴领域中的适用性和扩展方向。此前已发布的部分包括：90-1（变电站间通信）、90-2（非变电站环境通信）、90-5（同步相量信息传输）、90-7（分布式能源逆变器）、90-8（电动汽车）、90-9（电能存储系统）等。90-16作为该系列在系统管理领域的专项补充，与上述面向特定应用场景的部分不同，其关注视角是跨场景的——即任何涉及智能能源自动化的系统管理问题。3核心内容分析3.1智能能源自动化系统管理的需求框架IECTR61850-90-16:2021首先构建了智能能源自动化系统管理的总体需求框架。该框架采用分层建模方法，将系统管理需求分解为四个核心域：（1）系统配置管理域。涵盖系统和设备的拓扑发现、配置初始化、配置变更管理和配置一致性校验。该域要求在IEC61850-6SCL配置模型的基础上，扩展对分布式能源、储能、电动汽车充电设施等新型设备的配置描述能力。配置对象模型定义方面，标准在IEC61850-7-4兼容逻辑节点的基础上进行了必要的扩展，新增了面向智能能源场景的配置对象类别，如DER运行模式参数类、储能系统充放电策略类等。同时，标准定义了统一的管理对象模型（ManagedObjectModel），该模型以IEC61850信息模型中的逻辑设备（LD）和逻辑节点（LN）为基本管理粒度，通过引入系统管理对象类（SystemManagementObjectClass）对设备级和系统级的管理信息进行统一建模和实例化描述。这一模型机制的引入，使各类智能能源设备的管理信息可以通过统一的IEC61850信息模型进行表达和交换，从而避免了多套管理协议并存所带来的互操作障碍。（2）系统监视与性能管理域。明确了系统级运行状态监视、性能指标采集（KPI）、告警关联分析和历史数据管理等方面的需求。针对智能能源场景中设备数量庞大、数据维度多样的特点，提出了分层聚合监视和自适应采样周期调整的机制要求。（3）软件与固件管理域。针对智能能源设备中软件定义功能日益增强的趋势，规定了软件版本管理、远程升级、补丁管理和升级回滚的流程需求。特别是对升级过程的原子性、安全性和业务连续性提出了约束性要求。（4）网络安全与访问管理域。基于IEC62351信息安全标准体系，对角色访问控制（RBAC）、安全审计日志、证书管理和安全事件响应提出了系统级管理需求，并重点强调了与IEC61850原有通信机制的安全融合问题。3.2与IEC61850-7-2ACSI模型的映射方法该技术报告的核心技术贡献之一，在于系统性地建立了系统管理需求与IEC61850-7-2ACSI模型之间的映射方法。报告详细论述了如何利用ACSI中已有的对象模型和服务模型来实现系统管理功能。在对象模型层面，报告建议将系统管理功能建模为管理逻辑设备（ManagementLogicalDevice,MLD），其中包含一组专门用于管理目的的逻辑节点（如LGOS、LSVS、LTMS、LDER等）。在服务模型层面，报告系统分析了各类管理操作与ACSI服务（如GetLogicalDeviceDirectory、GetDataValues、SetDataValues、Report、Control、FileTransfer等）的映射关系，指出了在管理场景下应用ACSI服务时需要注意的时序约束和性能特征。这种映射方法的建立，使得现有的IEC61850客户端/服务器体系结构可以直接承载系统管理功能，避免了在系统中引入第二套管理协议栈的必要性，对于控制设备成本和保持互操作性具有重要意义。3.3与通用管理标准的协同策略考虑到电力自动化系统管理体系不能孤立存在，IECTR61850-90-16还专门探讨了与ITU-TX.700系列（OSI系统管理）、ITIL（信息技术基础架构库）、TMForum的TeleManagementForum框架以及ISO/IEC20000等通用管理标准和最佳实践框架的协同策略。报告提出了"适配层"概念，即在IEC61850管理模型的北向接口处提供管理信息转换和抽象的功能，使上层管理系统（如网管平台、运维支撑系统）能够以统一的方式同时管理电力自动化设备和通用ICT基础设施。这一设计思路有效降低了系统集成的复杂度，为企业构建一体化的运维管理体系提供了标准化的接口基础。3.4典型应用场景报告识别并详细分析了智能能源自动化系统管理的四个典型应用场景。场景一：新能源场站监控系统管理。在风电和光伏场站中，逆变器、风机控制器、气象站等大量设备分散布置，工况复杂，传统的就地管理模式效率低下。通过应用IECTR61850-90-16中定义的自动拓扑发现和批量配置管理机制，场站级管理系统可以自动识别新接入设备并推送标准化配置模板，大幅缩短调试周期。一个基于该技术报告的典型风电场的系统管理架构包括：风机控制系统（每台风机配备独立的IEC61850服务器）、场站管理主机（作为IEC61850客户端）、以及连接各风机的光纤工业以太环网，系统管理节点位于场站管理主机之上，负责集中管理各风机IED的配置和运行状态。场景二：分布式能源管理系统。在用户侧分布式光伏、储能和充电设施构成的局域能源互联网中，设备类型高度异构、通信协议多样，系统管理面临着比传统变电站更为复杂的场景。该技术报告提出的管理对象统一建模方法为应对这一挑战提供了技术路径——通过对不同厂商设备的管理信息进行标准化抽象，实现异构环境下的统一管理视图和协调控制。场景三：智能变电站的运维管理。报告也为智能变电站场景下的设备健康管理、GOOSE/SV网络流量监测、SCD文件版本管理等提供了增强型管理需求的描述，为运维人员利用IEC61850机制实现可视化、自动化的运维管理提供了参考框架。场景四：园区级综合能源管理系统。在包含冷热电联供、光伏、储能和柔性负荷的园区综合能源系统中，该标准支持跨域管理需求，包括建立能源管理系统与配电调度系统之间基于IEC61850的管理信息交互通道，实现设备级、系统级和业务级三层管理功能的闭环联动。3.5对IEC61850-6SCL配置模型的扩展在IEC61850-6SCL配置模型的基础上，IECTR61850-90-16提出了扩展SCL以支持系统管理需求的具体建议，主要包括：管理能力描述（ManagementCapabilityDescription），即在SSD（系统规范描述）和ICD（IED能力描述）文件中增加对设备管理能力的声明，如支持的配置管理方式、软件升级协议、安全策略等；管理配置描述（ManagementConfigurationDescription），即面向运行阶段的动态配置场景，定义了管理配置描述文件类型，用于承载设备运行参数的批量配置和更新；扩展SCL元素定义方面，则通过新增SCL元素和属性，对管理对象和网络拓扑的扩展描述提供了更加细粒度的支持。4主要参与单位介绍4.1IECTC57与WG10工作组IECTR61850-90-16:2021由IECTC57（电力系统管理及关联信息交换技术委员会）下属的WG10工作组负责制定。IECTC57成立于1968年，是IEC中负责电力系统管理、通信和信息交换技术标准的核心技术委员会，其工作范围涵盖电力系统运行规划、SCADA系统、配电自动化、电力市场通信等多个关键领域。TC57目前下设多个工作组，其中WG10专注于IEC61850系列标准中电力自动化系统的通信网络和系统标准化工作。4.2主要贡献单位与专家4.3国内对口单位我国对该标准的制定工作高度重视，全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会（SAC/TC82）及其下属的变电站通信网络与系统工作组组织国内相关单位持续跟踪IECTC57WG10的标准化动态，积极参与IEC61850系列标准的国际研讨和意见反馈工作，并同步推动相关标准化成果在我国电力行业的转化应用。5标准的技术进步性与应用价值5.1标准化层面的突破IECTR61850-90-16:2021的发布填补了IEC61850标准体系在系统管理领域的技术空白。其核心技术进步体现在三个方面：一是建立了从"设备级管理"到"系统级管理"的视角跃迁，将管理对象从单个IED扩展到了完整的自动化系统；二是构建了管理需求与已有通信服务之间的系统性映射方法，最大化地复用了IEC61850的既有能力，避免了重复标准化；三是在智能能源自动化与传统电信管理标准之间架起了衔接桥梁，从标准化层面打通了电力自动化系统与通用ICT管理系统之间的信息壁垒。5.2工程应用价值从工程实践角度来看，该标准的应用价值体现在以下方面：-降低集成成本：通过统一的管理对象模型和服务映射，减少了多协议适配的开发工作量；-提升运维效率：自动拓扑发现、批量配置和远程软件升级等能力可显著缩短设备调试和运维时间，提升运维效率；-增强系统安全性：通过将安全管理需求嵌入系统管理的各环节，强化了纵深防御能力；-支撑数字化转型：为电力企业构建以数据驱动为核心的智能运维体系提供了标准化的信息交互基础。5.3经济与社会效益推广该标准的应用有助于缩短新能源场站的建设调试周期，降低全生命周期运维成本，支撑更高效的可再生能源消纳；同时，标准化的系统管理机制也为电动汽车充电设施的大规模有序接入和电网互动提供了管理基础，有力支撑了交通电气化转型和智慧城市的建设。6结论与展望6.1标准实施面临的挑战IECTR61850-90-16:2021作为一项前沿性技术报告，其实施仍面临多重挑战：-技术成熟度：部分管理功能（如自动拓扑发现在异构网络环境中的可靠性保障）仍需要更大规模的工程验证；-标准之间的协同：与IEC62351（信息安全）、IEC61968/61970（CIM模型）以及IEC62443（工业信息安全）系列的配合关系有