电力系统通信规约及系列标准

1、电力系统通信协议及系列标准,1.电力系统数据通信协议体系 2.IEC61970（ EMSAPI ) IEC61968 内部资料 请予保密 国电南瑞谈苏伟,第一部分电力系统数据通信协议体系,IEC60870-5系列： 远动通信协议体系 IEC60870-6系列： 计算机数据通信协议体系 IEC61850-7系列： 变电站数据通信协议体系,技术背景,随着计算机、网络和通讯技术的不断发展，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

2、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。 电力市场迫使通信系统降低费用，避免多种不兼容的标准和互相竞争的标准出现；同时在整个电力系统制定统一协调的体系结构既有利于用户，也有力于制造商。,IEC60870-5系列,IEC TC57 WG03（远动规约） 基本标准（共分5篇） 第 一篇60870-5-1传输帧格式 第 二篇60870-5-2链路传输规约 第 三篇60870-5-3应用数据的一般结构 第 四 篇60870-5-4应用信息元素定义和编码 第 五篇60870-5-5基本应用功能 配套标准 IEC60870-5-101：基本远动任务 IEC60870-5-102

3、：电能累计量 IEC60870-5-103：继电保护信号 IEC60870-5-104： IEC60870-5-101的网络访问,基本标准和配套标准,传统的远动通信规约一般不分层，IECWG03定义的远动通信协议分为两层，一是链路层，由IEC60870-5-1和IEC60870-5-2描述：一是应用层，基础部分由IEC60870-5-3 、 IEC60870-5-4 、 IEC60870-5-5描述：应用层直接映射到链路层根据应用领域定义了一系列“配套标准”。 基本标准是制定和理解配套标准的依据，配套标准都要引用基本标准，配套标准针对具体应用作了具体规定，使基本标准的原则更加明确等同采用基本标

4、准和配套标准有利于更好地贯彻标准，实现远动设备的互操作性,表1远动通信规约IEC60870-5系列体系结构,IEC60870-6系列（1）,IEC TC57 WG07工作组负责制定与ISO和ITU-T兼容的用于电力系统控制的计算机数据通信协议，即IEC 60870-6 系列标准。该项工作始于己于1993年，当时从已广泛应用的协议（如：挪威的ELCOM90、美国西部电网的WSCC等）中选择了ELCOM90作为蓝本，开始制定IEC 国际标准，称为远方控制应用单元TASE(Tele-control Application Service Element, 后改为TASE.1)，后来发现该协议适应性较

5、差与ISO/ITU-T的兼容性不好，美国和德国坚决反对，强烈要求制定一套与ISO/ITU-T兼容性好的协议，于是美国电科院 (EPRI) 急忙开发了ICCP ( Inter Control-center Communication Protocol )，于96年被纳入IEC体系，称为TASE.2，与TASE.1并列为国际标准，但互不兼容。一度形成欧洲与美国两个系列相争不下的局面。其中TASE.1基于 ISO 9072-1/2 ROSE， TASE.2基于MMS ( Manufacturing Message Specification )。,IEC60870-6系列（2）,由于MMS已广泛应用

6、于各行各业，所以TASE.2比TASE.1适应性更强、更容易实现。 目前，国际电工委员会TC57委员会已采纳TASE.2协议为控制中心间信息交换的标准协议。中国国家标准委员会也已采纳TASE.2协议，将它定义为国家标准以替代原来的我国电力行业标准电力系统实时数据通信应用层协议DL476-92。 TASE.2是应用层网络协议, 重要特点之一是通过名字传输信息对象而不象其他众多通信规约是通过地址（点号）传输信息对象。变量名单端定义，双端使用。,IEC61850-7系列(1),随着变电站自动化的快速发展，急需制定相应的国际标准，IEC TC57为此成立了三个工作组，这在历史上是很少见的。第10工作组

7、负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求，第11工作组负责站级数据通信总线的定义，第12工作组负责控制柜级数据通信协议的定义。这几种模型都是基于ISO 9506 MMS的，变电站的数据通信总线可以直接访问控制中心，不需要另加网关（Gateway），是一种将变电站内数据通信协议与广域网协议组合在一起的体系结构,IEC61850-7系列(2),TC57在1999年9月召开的京都年会的战略会议（SPAG)上决定在将来510年内TC57的工作重点是将该标准作为整个电力系统传输的唯一国际标准，即“无缝通信系统体系”，并定名为“变电站和控制中心通过61850通信”. 采用面向对象的建模技术，面向未来

8、通讯的可扩展架构，实现“一个世界，一种技术，一个标准”的目标。 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。 困惑：和IEC61970 CIM的数据模型不一致,IEC61850标准特点,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 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 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

9、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,IEC61850内容,系统概貌 数据模型 1.介绍和概述 变电站和馈 线设备的基本通信结构 2.术语 74 兼容逻辑节点类和数据类 3.总体要求 73 公用数据类 4.系统和项目管理 5.功能的通信要求和设备模型 抽象通信服务 变电站和馈 线设备的基本通信结构 72 抽象通信服务接口（ASCI） 配置 71 原理和模型 6.变电站自动化系统配置描述 语言 映射到实际通信网络 81 映射到MMS和ISO/IEC8802-3 测试 91 通过单向多路点对点串行通信链路采样 10.一致性测

10、试 92 ISO 8802-3 上的采样值,数据通信协议适用范围,远动通信协议、计算机数据通信协议、变电站数据通信协议各有其适应范围，也可以交叉使用。控制中心之间一般用IEC 60870-6 系列；发电厂与控制中心之间一般采用IEC 60870-5系列；也可采用IEC 60870-6 系列；变电站与控制中心之间一般采用IEC 61850-7系列；也可采用IEC60870-6 系列或IEC 60870-5系列。,第二部分IEC 61970（ EMSAPI ),IEC TC57 WG13工作组负责制定能量管理 系统的应用程序接口（ EMSAPI )，即 IEC 61970系列标准,公用信息模型（C

11、ommon 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 组件接口规范（Component Interface Specification） CIM 描述了可能需要交换数据的共用信息模型，如何交换信息还必须靠CIS来完成。CIS规定组件之间交换信息和访问公共数据的接口,这些接口包括一组标准的函数，每个函数描述特定的事件，方法和性质 支持CIS要求可以让第三方符合标准的应用在自己的系统平台上即插即用，即提供标准插座，同时要求自己的应用可在别人标准的系统平台上运行，即提供标准插头。 具有CORBA支持的CIS可以实现不同系统跨平台

12、的数据库互访。,IEC 61970系列标准（1）,IEC 61970系列标准（2）,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，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。 遵守CIM模型，描述对象的名字是一样的，但不同系统实现的方法不一样，所以要提供CIS接口规范，屏蔽内部实现细节。 CIM由包组成，包是将相关模型元件人为分组的方法。CIM中每一个包是一组类的集合，每个类包括类的属性和与此类有关系的类，,IEC 61970 内容（1）,CIM 301包括Core、Topology、Wires、Outag

13、e、Protection、Meas、LoadModel、Generation和Domain共9个包。核心包（Core）定义了厂站类Substation、电压等级类VoltageLevel等许多应用公用的模型，拓扑包（Topology）定义连接节点ConnectivityNode和拓扑岛TopologicalIsland等拓扑关系模型，电线包（Wires）定义断路器Breaker、隔离刀闸Disconnector等网络分析应用需要的模型，停运包（Outage）建立了当前及计划网络结构的信息模型，保护包（Protection）建立了用于培训仿真的保护设备的模型，量测包（Meas）定义了各应用之间交

14、换变化测量数据如测点Measurement和限值Limitset等描述，负荷模型包（LoadModel）定义了负荷预测用的负荷模型，发电包（Generation）分成两个子包：生产包（Production）和发电动态特性包（GenerationDynamics），前者定义了用于AGC等应用的发电机模型，后者定义了用于DTS的原动机和锅炉等模型。域包(Domain)是量与单位的数据字典，定义了可能被其他任何包中任何类使用的属性(特性)的数据类型。,IEC 61970 内容（2）,未来的IEC61970-302，有三个包： 财务包 financial。该包有9个类。 能量计划包 EnergySch

15、eduling。该包有18个类。 预定包 Reservation。该包有13个类。 未来的IEC61970-303，有一个包： SCADA包，该包有13个类。,第三部分：IEC 61968,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