IEC TR 61850-90-302025 电力设施自动化通信网络和系统 第90-30部分IEC 61850 SCL功能建模标准立项发展报告

电力设施自动化通信网络和系统第90-30部分：IEC61850SCL功能建模标准立项发展报告标准编号：IECTR61850-90-30:2025英文名称：StandardizationDevelopmentReport:CommunicationNetworksandSystemsforPowerUtilityAutomation-Part90-30:IEC61850FunctionModellinginSCL摘要随着全球能源转型的深入推进和新型电力系统建设的加速，以可再生能源大规模接入、分布式能源广泛渗透、特高压交直流混联为特征的电网格局正在深刻改变电力系统的运行特性和控制复杂性。在这一背景下，电力设施自动化系统需要实现更高程度的信息互通、语义互操作和功能协同，而IEC61850标准系列作为电力自动化领域国际最为重要的通信标准体系，其系统配置描述语言（SCL）的功能建模能力已成为制约变电站自动化系统与广域电力系统高效集成的关键环节。本报告围绕国际电工委员会（IEC）于2025年3月11日正式发布的技术报告IECTR61850-90-30:2025《电力设施自动化通信网络和系统第90-30部分：IEC61850SCL功能建模》，系统分析了该技术报告的立项背景、编制历程、核心技术内容及其在电力自动化工程实践中的应用价值。报告指出，IECTR61850-90-30:2025在继承IEC61850既有体系框架的基础上，针对SCL模型在功能建模维度存在的语义表达能力不足、功能分解层次不清、跨工程阶段模型映射困难等问题，提出了系统性的功能建模方法论和模型映射机制，填补了IEC61850系列标准在功能层面标准化表达的空白，对于推动电力自动化系统向模型驱动、语义互操作和智能化方向发展具有重要的里程碑意义。本报告同时介绍了主要参与单位及其在标准编制中的贡献，并对该技术报告的未来演进方向提出了建设性展望。关键词：IEC61850；SCL系统配置描述语言；功能建模；电力设施自动化；变电站自动化；互操作性；智能电网Keywords:IEC61850;SystemConfigurationdescriptionLanguage(SCL);FunctionModelling;PowerUtilityAutomation;SubstationAutomation;Interoperability;SmartGrid一、引言1.1标准化背景与研究意义电力系统作为现代社会最重要的基础设施之一，正经历着前所未有的深刻变革。2020年9月，中国在第75届联合国大会上明确提出“碳达峰、碳中和”目标，能源电力领域的低碳转型由此上升为国家战略。国际能源署（IEA）发布的《全球能源部门2050净零排放路线图》同样指出，到2050年全球电力系统需实现净零排放，可再生能源发电占比需达到约70%。在此背景下，风电、光伏等新能源的大规模并网以及电动汽车、储能等新型负荷的广泛接入，使得电力系统的运行方式从传统的“源随荷动”向“源网荷储协调互动”转变，系统呈现出高度复杂化和不确定性显著增强的特征。电力设施自动化系统作为保障电网安全、稳定、经济运行的核心技术支撑，其通信网络和信息模型的标准化程度直接决定了系统集成效率、运维水平和扩展能力。自2003年IEC61850标准系列第一版正式发布以来，该标准已成为电力自动化领域应用最为广泛的国际通信标准体系，涵盖了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信协议、数据模型、工程配置和一致性测试等方方面面。中国在IEC61850标准的转化与应用方面走在世界前列，GB/T32901《智能变电站继电保护和电网安全自动装置通用技术条件》等国家标准和行业标准均以IEC61850为基础进行了系统化适配，截至2024年底，国家电网有限公司累计建成投运智能变电站超过4万座，南方电网公司也全面推行了基于IEC61850标准的数字化变电站建设。然而，随着电力自动化系统功能复杂度的持续提升——从单一变电站内的保护、测控、计量等功能向广域协同控制、分布式能源管理、虚拟电厂聚合等高级应用拓展——IEC61850标准体系在功能建模方面的局限性日益显现。具体而言，现有的IEC61850标准系列中，IEC61850-5规定了功能与设备的建模要求，IEC61850-6定义了SCL系统配置描述语言，但在功能建模的标准化表达、功能与物理设备之间的映射方法、功能在不同工程阶段（系统规范、功能规范、工程实施、运维管理）之间的语义传递等方面，尚缺乏系统性的技术规范和操作指南。这导致不同厂商在工程实施中对功能建模的理解存在差异，系统集成时往往需要大量的人工协调和定制化开发，制约了电力自动化系统的工程效率和互操作水平。1.2IECTR61850-90-30:2025的发布意义在上述背景下，IEC技术委员会TC57（电力系统管理及信息交换标准化技术委员会）下属的WG10工作组（电力设施自动化通信）经过数年的系统研究和多轮国际讨论，于2025年3月11日正式发布了IECTR61850-90-30:2025技术报告。该技术报告是IEC61850系列标准在功能建模维度的重要补充和完善，其发布标志着IEC61850标准体系在功能层面的标准化表达迈出了关键一步。IECTR61850-90-30:2025作为一份技术报告（TechnicalReport），其定位在于为IEC61850标准的实施提供技术指导和应用建议，而非新增规范性要求。该报告的核心贡献在于：系统梳理了功能建模的概念框架和层次结构；明确了基于SCL进行功能建模的方法论和操作流程；建立了功能模型与IED物理设备模型之间的映射规则；提供了功能建模的典型应用场景和工程案例。这些内容对于指导电力自动化系统的规划、设计、实施和运维具有重要的参考价值，同时为IEC61850标准体系后续的规范性修订提供了技术积累和方向指引。二、标准立项背景与编制历程2.1国内外相关标准发展现状2.1.1IEC61850标准体系的演进IEC61850标准系列自2003年首版发布以来，经历了三个重要的发展阶段。第一阶段（2003—2010年）为基础建设期，IEC61850-5（功能和设备的建模）、IEC61850-6（SCL配置语言）、IEC61850-7系列（基本通信结构）和IEC61850-8/9系列（通信服务映射）相继发布，构建了标准的完整框架。第二阶段（2011—2019年）为应用扩展期，IEC61850在变电站自动化之外向配电自动化、分布式能源接入、水电厂自动化等领域延伸，IEC61850-7-410（水电厂应用）、IEC61850-7-420（分布式能源）等扩展标准相继出台。第三阶段（2020年至今）为深度融合期，IEC61850与IEC61968/61970（公用信息模型CIM）的协调互操作成为关注焦点，IEC61850-90系列技术报告（涵盖基于IEC61850的广域通信、边缘计算、网络安全等多个专题）的发布标志着标准向纵深发展。截至2025年初，IEC61850标准系列（含修订版和扩展部分）已拥有超过40个分部分，形成了覆盖电力设施自动化全域的完整标准族。2.1.2SCL功能建模的国际研究动态在IEC61850-6中，SCL被定义为一种基于XML的配置描述语言，用于描述变电站自动化系统的单线图拓扑、IED能力、通信系统配置以及IED间的逻辑节点连接关系。然而，既有SCL模型的核心建模对象是“IED”和“逻辑节点（LN）”，在功能层面的建模能力存在结构性不足。在国际层面，多个国家和标准化组织针对功能建模开展了探索性研究。德国DKE（德国电气电子信息技术委员会）在IECTC57框架下最早提出了“功能”与“IED”分离建模的倡议。美国EPRI（电力研究学院）在“智能电网互操作性”研究计划中提出了功能域（FunctionDomain）的概念模型。中国的国家电网有限公司在智能变电站工程实践中，基于SCL进行了“虚端子”模型的工程化扩展，形成了具有中国特色的功能建模实施方案，该方案已纳入GB/T30155等国家标准。但这些研究大多停留在局部应用层面，缺少统一的方法论指导和国际共识。2.2标准立项的驱动力与需求分析IECTR61850-90-30:2025的立项动因可以归纳为以下四个方面：第一，功能视图与设备视图的分离需求。在电力自动化系统设计中，功能视图（系统需要实现哪些功能）和设备视图（由哪些设备以何种方式实现这些功能）是两个不同维度的建模空间。传统SCL模型将功能直接绑定到特定IED的逻辑节点上，导致功能模型与设备模型高度耦合。当设备需要升级替换或因故障需要调整功能分配时，功能模型的修改往往牵一发而动全身，工程维护成本高企。因此，需要一个独立于设备实现的功能建模机制。第二，互操作性的语义鸿沟。不同厂商的IED在实现相同功能时，逻辑节点的实例化方式、数据属性命名和数据对象组织可能存在差异。这种“功能相同但模型不同”的语义鸿沟是导致系统集成中大量人工映射和定制配置的根本原因。通过功能建模标准化，可以在功能层面实现语义统一，向下映射到具体设备的实现细节。第三，全生命周期管理的需要。电力自动化系统从规划、设计、建设到运行维护的全生命周期中，功能需求在整个生命周期中需要保持一致性追踪。目前由于缺乏标准化的功能建模手段，功能需求在不同阶段之间的传递往往依赖自然语言文档，存在语义模糊和一致性难以保障的问题。第四，新型电力系统功能复杂性提升。随着分布式能源、微电网、虚拟电厂等新业态的发展，电力自动化系统的功能边界从变电站延伸到配电网和用户侧，功能的分布性、协同性和动态性显著增强。这对功能建模的表达能力和工程化方法提出了更高要求。2.3编制历程与主要里程碑IECTR61850-90-30的编制工作历经了较为充分的研究和讨论过程，主要里程碑包括：-2019年5月：在IECTC57WG10工作会议上，德国代表团正式提出关于SCL功能建模的技术报告编制建议，会议决定成立专项研究组（Ad-hocGroup）进行可行性预研究。-2020年9月：完成预研究报告，确认了功能建模标准化的技术可行性，明确了技术报告的范围边界（限定为技术报告而非国际标准），并建议编制时间表。项目正式立项，编号为IECTR61850-90-30。-2021—2022年：工作组开展多轮技术方案讨论，重点围绕功能建模的概念模型、SCL扩展方案、映射规则等核心议题。期间组织了两次国际问卷调查，收集了来自中国、德国、美国、法国、日本等国家的工程实践需求和意见反馈。-2023年：完成工作草案（WD）和委员会草案（CD），并在IECTC57各国家委员会中征求意见。共收到来自12个国家的180余条意见。-2024年上半年：完成最终草案（FDIS），经过各国家委员会投票，获得高票通过。-2025年3月11日：IECTR61850-90-30:2025正式出版发布。三、标准主要内容解析3.1适用范围与标准定位IECTR61850-90-30:2025适用于基于IEC61850的电力设施自动化系统，包括但不限于变电站自动化系统、配电自动化系统、分布式能源接入系统以及广域电力监控系统。该技术报告的目标用户包括：电力系统规划与设计人员、自动化系统集成商、IED制造商、运维管理人员以及相关标准化工作者。该技术报告的定位为技术指导性文件，不包含任何规范性要求（规范性要求由IEC61850各分部分的正式标准条款加以规定）。报告主要回答三个问题：如何在SCL中表达功能？如何在SCL中将功能映射到IED？如何在工程各阶段保持功能模型的一致性和可追溯性？3.2功能建模的概念框架IECTR61850-90-30:2025提出了三层功能建模概念框架。最上层为功能需求层，该层从系统级视角描述电力自动化系统应具备的功能能力，以功能规格说明的形式表达。该层不涉及技术实现细节，仅关注系统行为和外特性。中间层为功能逻辑层，该层将功能需求分解为逻辑功能模块及功能间的逻辑关系。逻辑功能模块由一组逻辑节点及其数据流构成，是功能建模的核心对象，也是SCL中功能建模的主要载体。底层为设备实现层，该层将逻辑功能映射到具体IED中的逻辑节点实例，定义IED间的通信链路和GOOSE/SV/MMS（面向通用对象的变电站事件、采样值、制造报文规范）服务。三层模型的核心设计思想是实现功能视图与设备视图的解耦，使功能模型可以在不依赖具体设备配置的情况下独立设计和维护。3.3SCL功能建模的方法论与扩展机制报告提出了在SCL中表达功能模型的具体方法论，即在SCL的Header、Substation、IED等既有顶级元素之外，引入逻辑功能容器元素，用于承载功能逻辑层的建模信息。逻辑功能容器内部通过功能分解结构、功能接口定义、功能间连接关系描述、功能到IED的映射规格说明等四类建模元素描述功能。在SCL扩展的具体实现上，报告给出了两种可选的技术路径：一种是对现有SCLSchema进行扩展定义，在保留向后兼容性的前提下增加功能建模元素，适用于需要工程工具直接支持功能建模的场景；另一种是利用SCL中已有的私有扩展机制进行扩展，在既有元素中嵌入功能建模信息，适用于对既有系统影响最小化的增量式应用。报告建议在新建工程中优先采用第一种路径，在已有工程改造中采用第二种路径。3.4功能模型与IED模型的映射规则功能模型到IED模型的映射是功能建模落地的关键环节。报告定义了功能分解、功能分配、功能实现匹配、功能验证反馈四个映射阶段。在工程实施中，系统设计人员首先将功能需求分解为逻辑功能单元，然后根据IED的能力描述文件确定功能的设备分配方案，并在SCL配置工具中实现功能到逻辑节点的绑定。对于无法完全映射的情况——例如，某些功能需要多个IED协同实现，或者IED的能力描述文件中缺少对应功能的逻辑节点定义——报告提供了相应的处理建议，包括功能拆分映射、自定义逻辑节点扩展和功能降级策略等，确保映射过程的完整性和一致性。3.5功能建模的工程应用场景报告详细描述了功能建模的四个典型工程应用场景：一是在系统规划阶段，利用功能模型描述系统的目标功能架构，作为后续设计的基准输入；二是在详细设计阶段，以功能模型驱动SCL配置生成，实现从功能需求到设备配置的自动化转换；三是在系统集成与测试阶段，利用功能模型作为测试用例设计和一致性验证的参考依据；四是在运维与改造阶段，通过功能模型追踪功能实现的变化，评估设备更换或升级对系统整体功能的影响。四、主要参与单位贡献IECTR61850-90-30:2025的编制汇聚了全球电力自动化领域顶级研究机构和制造企业的专家智慧。在众多参与单位中，中国电力科学研究院有限公司在该技术报告的编制过程中发挥了重要作用和突出贡献。中国电力科学研究院有限公司（简称“中国电科院”）成立于1951年，是国家电网有限公司直属的科研机构，也是中国电力行业多学科、综合性的权威科研机构。中国电科院设有电力系统研究所、继电保护研究所、配电研究所等20余个专业研究机构，拥有国家重点实验室、国家工程研究中心等多个国家级科研平台。在标准化工作方面，中国电科院承担了IECTC57国内技术对口单位职责，同时也是全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会（SAC/TC82）的秘书处单位，在电力自动化领域的国际标准制定中具有深厚积累和重要话语权。在IECTR61850-90-30的编制过程中，中国电科院主要贡献体现在四个方面：第一，功能建模需求的研究输入。基于中国在智能变电站建设中的大规模工程实践——截至2024年底国家电网系统内智能变电站已超过4万座——中国电科院系统总结了SCL应用中的功能建模需求，特别是在继电保护功能建模、站控层与间隔层功能协同、多IED功能冗余配置等方面的实践经验，为技术报告的需求分析提供了重要素材。第二，SCL扩展方案的技术贡献。中国电科院专家基于国内在SCL工程应用中的探索积累，包括虚端子模型和变电站配置描述（SCD）文件的工程化应用经验，提出了在SCL中嵌入功能建模信息的技术方案建议，对报告最终采用的SCL扩展机制和映