從標準到實(shí)踐：工業(yè)以太網(wǎng)交換機扎根電力應用

　　IEC61850 是一個(gè)關(guān)于變電站自動(dòng)化系統結構和數據通信的國際標準，其目的是使變電站內不同廠(chǎng)家的電子設備（IED）之間通過(guò)一種標準（協(xié)議）實(shí)現互操作和信息共享。 IEC61850技術(shù)將成為電力系統信息技術(shù)的基礎，對電力自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。目前IEC61850技術(shù)在變電站層和間隔層的技術(shù)已經(jīng)成熟，已經(jīng)到了批量推廣的時(shí)機。

　　IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò )和系統系列標準對于建設現代數字化變電站統一信息平臺的意義，符合電力專(zhuān)用的通信產(chǎn)品提供商的進(jìn)展以及工業(yè)以太網(wǎng)交換機的行業(yè)專(zhuān)用化趨勢。

　　構建符合IEC61850的現代數字化變電站

　　眾所周知，隨著(zhù)變電站自動(dòng)化技術(shù)和現代網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的發(fā)展，IEC61850標準已成為近年來(lái)數字化變電站自動(dòng)化研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。所謂數字化變電站，就是使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程由過(guò)去的模擬信息全部轉換為數字信息，并建立與之相適應的通信網(wǎng)絡(luò )和系統。傳統以來(lái)，國內主流的變電站自動(dòng)化系統中廣泛采用的是國際電工委員會(huì )IEC于1997年頒布的繼電保護信息接口配套標準IEC60870-5-103規約。由于該規約制定時(shí)間較早，受技術(shù)條件的限制，在以太網(wǎng)和智能數字化設備迅速發(fā)展的今天，其缺陷日益明顯，如：

　?。?）沒(méi)有定義基于以太網(wǎng)的通信規范。

　?。?）沒(méi)有標準的系統功能、二次智能設備的模型規范。

　?。?）缺乏權威的一致性測試。

　?。?）不支持元數據傳送，沒(méi)有統一的命名規范。

　　上述缺陷直接導致變電站自動(dòng)化系統在建設過(guò)程中不同廠(chǎng)家設備之間互操作性較差，不同廠(chǎng)家設備之間互聯(lián)需要規約轉換設備，需要進(jìn)行大量的信息對點(diǎn)工作，變電站自動(dòng)化系統集成工作量增加，系統信息處理效率低下。

　　因此不難看到，隨著(zhù)變電站二次設備及系統的發(fā)展，設備一體化、信息一體化已成為必然的趨勢，迫切需要一個(gè)統一的信息平臺實(shí)現整個(gè)自動(dòng)化系統。為了統一變電站通信協(xié)議，統一數據模型，統一接口標準，實(shí)現數據交換的無(wú)縫連接，實(shí)現不同廠(chǎng)家產(chǎn)品的互操作，減少數據交換過(guò)程中不同協(xié)議間轉換時(shí)的浪費，IEC TC57工作組在IEEE協(xié)議UCA2.0基礎上，組織制定了IEC61850——變電站通信網(wǎng)絡(luò )和系統系列標準，并于2004年正式發(fā)布。

　　IEC61850 是全世界唯一的變電站網(wǎng)絡(luò )通信標準，目前IEC61850標準已被等同引用為我國電力行業(yè)標準（DL/T860系列）。作為電力系統中從調度中心到變電站、變電站內、配電自動(dòng)化無(wú)縫自動(dòng)化標準，當前該標準以引起相關(guān)電力產(chǎn)品國內外生產(chǎn)商的高度重視，并提出IEC 61850的發(fā)展方向是實(shí)現“即插即用”，在工業(yè)控制通信上最終實(shí)現“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標準”。

　　作為IEC 61850系列標準的重要部分，IEC 61850-3則詳細定義了變電站網(wǎng)絡(luò )通信設備需求的環(huán)境和抗電磁干擾等條件要求，因而受到了目前包括赫思曼、MOXA、羅杰康、格雷特、卓越信通 TSC、東土、西門(mén)子等著(zhù)名工業(yè)以太網(wǎng)交換機提供商的強烈關(guān)注和產(chǎn)品更新。

　　IEC 61850標準要求、認證及其產(chǎn)品進(jìn)展

　　IEC61850 是一個(gè)關(guān)于變電站自動(dòng)化系統結構和數據通信的國際標準，其目的是使變電站內不同廠(chǎng)家的智能電子設備（IED）之間通過(guò)一種標準（協(xié)議）實(shí)現互操作和信息共享。電力行業(yè)尤其是變電站環(huán)境對數字化網(wǎng)絡(luò )通信的要求是非?？量痰?。按照IEC 61850系列標準的要求，工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品至少要滿(mǎn)足其中的功能性要求、電磁兼容設計要求、寬溫環(huán)境要求和機械結構驗證等四大類(lèi)要求。

　　功能性方面，最重要的至少有兩點(diǎn)，一是要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機能夠支持快速轉發(fā)和QoS服務(wù)質(zhì)量以保證IEC61850標準中重要的GSE/GOOSE數據包得到實(shí)時(shí)的傳輸，并且能夠支持組播通信管理IGMPsnooping。二是工業(yè)以太網(wǎng)交換機必須能夠支持構建冗余的網(wǎng)絡(luò )拓撲例如環(huán)網(wǎng)架構以提高拓撲的可靠性，并且同時(shí)能夠提供極短的網(wǎng)絡(luò )故障恢復時(shí)間。此外還包括像VLAN、優(yōu)先級和快速生成樹(shù)等技術(shù)功能測試要求。

　　在電磁兼容設計方面，工業(yè)以太網(wǎng)交換機要能夠通過(guò)包含電擊、雷擊和其他電磁干擾測試；在寬溫環(huán)境要求方面，交換機設備必須在-40℃～85℃的極端溫度環(huán)境下可以正常工作；在機械結構要求方面，交換機設備還要通過(guò)專(zhuān)業(yè)第三方的振動(dòng)和沖擊耐受度測試。

　　要表明符合上述IEC61850和IEEE1613標準，必須通過(guò)第三方權威測試機構認證。在電力產(chǎn)品測試領(lǐng)域，來(lái)自荷蘭的KEMA無(wú)疑是鼎鼎大名的獨立測試機構之一。KEMA 成立于 1927 年，最初為荷蘭電力行業(yè)在阿納姆的測試機構。在其長(cháng)達80多年的歷史中，KEMA 作為測試機構在國際上一直享有盛譽(yù)，其Dutch KEMA-KEUR 標志擁有很高的知名度，并且還擁有其他數十種質(zhì)量標志。目前KEMA擁有 1500 多位專(zhuān)家，已經(jīng)為全球 70 個(gè) 國家的大約 500 家公共事業(yè)單位提供了能源咨詢(xún)和技術(shù)實(shí)施服務(wù)。

　　目前從中國市場(chǎng)的交換機產(chǎn)品來(lái)看，越來(lái)越多的工業(yè)以太網(wǎng)交換機提供商在推出符合電力行業(yè)IEC61850標準的產(chǎn)品，德國赫思曼、臺灣MOXA科技、加拿大羅杰康和美國格雷特無(wú)疑算是其中的佼佼者，都有代表性產(chǎn)品（如赫思曼的MICH1000系列、羅杰康的RSG2100系列、Moxa的PT全系列產(chǎn)品）率先通過(guò)了各個(gè)獨立測試機構認證，宣布符合上述標準。

　　工業(yè)以太網(wǎng)交換機的行業(yè)未來(lái)

　　在對通信產(chǎn)品的行規方面，除了變電站通信領(lǐng)域的 IEC61850系列標準，還有諸如面向交通控制通信領(lǐng)域的NEMA TS2規范——美國電氣制造商協(xié)會(huì )制定發(fā)布的道路交通信號控制器設計、制造、測試的標準。因此，正如筆者曾在本刊8月號雜志的編者寄語(yǔ)中所言，“工業(yè)以太網(wǎng)交換機將進(jìn)入專(zhuān)業(yè)細分階段?！?行業(yè)專(zhuān)用性提升了這一市場(chǎng)的進(jìn)入門(mén)檻，尤其是在像輸變電這樣的高端應用市場(chǎng)，未來(lái)真正能夠有所斬獲的廠(chǎng)商必然是未雨綢繆，緊緊靠攏國際行業(yè)標準，不斷開(kāi)發(fā)符合行規標準的產(chǎn)品的領(lǐng)先供應商們。