一文熟悉電力IEC61850的基礎知識和使用

IEC61850標準是電力系統自動(dòng)化領(lǐng)域唯一的全球通用標準。它通過(guò)標準的實(shí)現，實(shí)現了智能變電站的工程運作標準化。使得智能變電站的工程實(shí)施變得規范、統一和透明。不論是哪個(gè)系統集成商建立的智能變電站工程都可以通過(guò)SCD（系統配置）文件了解整個(gè)變電站的結構和布局，對于智能化變電站發(fā)展具有不可替代的作用。

IEC61850提出了一種公共的通信標準，通過(guò)對設備的一系列規范化，使其形成一個(gè)規范的輸出，實(shí)現系統的無(wú)縫連接。

變電站通信體系IEC61850將變電站通信體系分為3層站控層、間隔層、過(guò)程層。

在站控層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò )采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規范(MMS)、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò )采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內的智能電子設備(IED,測控單元和繼電保護)均采用統一的協(xié)議,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行信息交換。

IEC61850標準的服務(wù)實(shí)現主要分為三個(gè)部分：MMS服務(wù)、GOOSE服務(wù)、SMV服務(wù)。

MMS服務(wù)用于裝置和后臺之間的數據交互;GOOSE服務(wù)用于裝置之間的通訊;SMV服務(wù)用于采樣值傳輸。

三個(gè)服務(wù)之間的關(guān)系：在裝置和后臺之間涉及到雙邊應用關(guān)聯(lián)，在GOOSE報文和傳輸采樣值中涉及多路廣播報文的服務(wù)。雙邊應用關(guān)聯(lián)傳送服務(wù)請求和響應(傳輸無(wú)確認和確認的一些服務(wù))服務(wù)，多路廣播應用關(guān)聯(lián)(僅在一個(gè)方向)傳送無(wú)確認服務(wù)。

如果把IEC61850標準的服務(wù)細化分，主要有：報告(事件狀態(tài)上送)、日志歷史記錄上送、快速事件傳送、采樣值傳送、遙控、遙調、定值讀寫(xiě)服務(wù)、錄波、保護故障報告、時(shí)間同步、文件傳輸、取代，以及模型的讀取服務(wù)。

IEC61850的特點(diǎn)是1)面向對象建模; 2)抽象通信服務(wù)接口; 3)面向實(shí)時(shí)的服務(wù); 4)配置語(yǔ)言; 5)整個(gè)電力系統統一建模。

IEC61850建模了大多數公共實(shí)際設備和設備組件。這些模型定義了公共數據格式、標識符、行為和控制,例如變電站和饋線(xiàn)設備(諸如斷路器、電壓調節器和繼電保護等)。自我描述能顯著(zhù)降低數據管理費用、簡(jiǎn)化數據維護、減少由于配置錯誤而引起的系統停機時(shí)間。IEC61850作為制定電力系統遠動(dòng)無(wú)縫通信系統基礎能大幅度改善信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的設備數據集成,減少工程量、現場(chǎng)驗收、運行、監視、診斷和維護等費用,節約大量時(shí)間,增加了自動(dòng)化系統使用期間的靈活性。它解決了變電站自動(dòng)化系統產(chǎn)品的互操作性和協(xié)議轉換問(wèn)題。采用該標準還可使變電站自動(dòng)化設備具有自描述、自診斷和即插即用（Plug and Play）的特性，極大的方便了系統的集成，降低了變電站自動(dòng)化系統的工程費用。在我國采用該標準系列將大大提高變電站自動(dòng)化系統的技術(shù)水平、提高變電站自動(dòng)化系統安全穩定運行水平、節約開(kāi)發(fā)驗收維護的人力物力、實(shí)現完全的互操作性。

    IEC 61850系列標準共10大類(lèi)、14個(gè)標準，具體名稱(chēng)不在這里贅述，讀者可以很容易在網(wǎng)絡(luò )上查找到，以下主要介紹一下IEC 61850的特點(diǎn)。

．定義了變電站的信息分層結構

變電站通信網(wǎng)絡(luò )和系統協(xié)議 IEC 61850 標準草案提出了變電站內信息分層的概念，將變電站的通信體系分為 3 個(gè)層次，即變電站層、間隔層和過(guò)程層，并且定義了層和層之間的通信接口。

②．采用了面向對象的數據建模技術(shù)

IEC 61850 標準采用面向對象的建模技術(shù)，定義了基于客戶(hù)機/服務(wù)器結構數據模型。每個(gè)IED包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，每個(gè)服務(wù)器本身又包含一個(gè)或多個(gè)邏輯設備。邏輯設備包含邏輯節點(diǎn)，邏輯節點(diǎn)包含數據對象。數據對象則是由數據屬性構成的公用數據類(lèi)的命名實(shí)例。從通信而言，IED 同時(shí)也扮演客戶(hù)的角色。任何一個(gè)客戶(hù)可通過(guò)抽象通信服務(wù)接口（ACSI）和服務(wù)器通信可訪(fǎng)問(wèn)數據對象。

③．數據自描述

該標準定義了采用設備名、邏輯節點(diǎn)名、實(shí)例編號和數據類(lèi)名建立對象名的命名規則；采用面向對象的方法，定義了對象之間的通信服務(wù)，比如，獲取和設定對象值的通信服務(wù)，取得對象名列表的通信服務(wù)，獲得數據對象值列表的服務(wù)等。面向對象的數據自描述在數據源就對數據本身進(jìn)行自我描述，傳輸到接收方的數據都帶有自我說(shuō)明，不需要再對數據進(jìn)行工程物理量對應、標度轉換等工作。由于數據本身帶有說(shuō)明，所以傳輸時(shí)可以不受預先定義限制，簡(jiǎn)化了對數據的管理和維護工作。

④. 網(wǎng)絡(luò )獨立性

IEC 61850 標準總結了變電站內信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設計了獨立于所采用網(wǎng)絡(luò )和應用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口（ACSI）。在 IEC61850-7-2 中，建立了標準兼容服務(wù)器所必須提供的通信服務(wù)的模型，包括服務(wù)器模型、邏輯設備模型、邏輯節點(diǎn)模型、數據模型和數據集模型?？蛻?hù)通過(guò) ACSI，由專(zhuān)用通信服務(wù)映射（SCSM）映射到所采用的具體協(xié)議棧，例如制造報文規范（MMS）等。IEC 61850 標準使用 ACSI和 SCSM技術(shù)，解決了標準的穩定性與未來(lái)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展之間的矛盾，即當網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展時(shí)只要改動(dòng) SCSM，而不需要修改 ACSI。

IEC61850標準具有很多優(yōu)勢：

它對變電站內IED(智能電子設備)間的通信進(jìn)行分類(lèi)和分析，定義了變電站裝置間和變電站對外通信的10種類(lèi)型，針對這10種通信需求進(jìn)行分類(lèi)和甄別。

針對不同的通信，不同的優(yōu)化方式。引入GOOSE（面向通用對象的變電站事件）、SMV（采樣測量值）和MMS（制造報文規范）等不同通信方式的通信方式，滿(mǎn)足變電站內裝置間的通信需求。

建立裝置的數字化模型，理順功能、IED、LD（邏輯設備）、LN（邏輯節點(diǎn)）概念的關(guān)系和隸屬。統一功能和裝置實(shí)現直接的規范。

建立統一的SCD （變電站系統配置描述文件），使得各個(gè)變電站盡管在電壓等級、供電范圍、一次接線(xiàn)方式等等不盡相同的情況下，依然能夠建立起一個(gè)統一格式、統一實(shí)現方式、各個(gè)廠(chǎng)商通用的變電站配置。

首次提出過(guò)程層概念和解決方案，使得電子式互感器的得以推廣和應用。

智能電網(wǎng)要求實(shí)現信息的高度集成和共享，采用統一的平臺模型，以實(shí)現電網(wǎng)內設備和系統的互操作。IEC61850標準已經(jīng)成為未來(lái)智能電網(wǎng)領(lǐng)域的主要標準之一。

新能源發(fā)電的監控和集成

對變電站信息化和智能化的支撐

向配用電領(lǐng)域的拓展

構建電力企業(yè)的無(wú)縫通信體系

在實(shí)際的工程項目中，經(jīng)常會(huì )遇到需要把IEC61850的協(xié)議轉換成其他協(xié)議，比如modbus，西門(mén)子等。有時(shí)也需要把modbus轉成IEC61850接入到電力61850系統，這時(shí)候就需要使用協(xié)議轉換網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉換。如下圖所示，使用vfbox網(wǎng)關(guān)，把modbus協(xié)議轉換成61850協(xié)議。