变电站通信网络和系统协议IEC 61850标准分析

吴在军， 等：变电站通信网络和系统协议 <2@ ;>AB? 标准分析
（!#$%&’&()* "#&)+’, !" 变电 站 自 动 化 系 统 !"! 工程和一致性测试。定义了基于结构化 &()* !-%&.+） 语言 /01 （23&.*4.4 0’5. 67 1’*8#’8. ） （9’:& ; ） ， 描述变电站和自动化系统的拓扑，及 <2= 结构化数 据。为了验证互操作性， 9’:& >? 描述<2@ ;>AB?标准 一致性测试。
?AA? !
标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾， 而不需修改 以 后 网 络 技 术 发 展 了 只 要 改 动 9D9+ ，
ED9K 。
报告、 日志 请求
P
K X W 数据
结语
采用信息 K6D C@LMA 标准对间隔功能进行抽象，
应用
ZE>， !E>
响应
分层、 面向对象的数据对象统一建模、 数据自描述和
过 程 接 口
执行器
高压设备
图 E 变电站自动化系统的信息分层 F(8D E <*G):+’&()* H.I.H(*8 (* %#$%&’&()* ’#&)+’&()* %-%&.+
模拟量采样和控 #" 过程层主要完成开关量 < J K、 制命令的发送等与一次设备相关的功能。过程层通 过逻辑接口L和接口B与间隔层通信。
#$%：变电站自动化；通信网络；!"/ 0.123标准 6F 70 +,-./ ：= +01*：.330 8 03D7 .. 8 3373 8 39 （4334 ） &’()*：6F 5.2C3D；
多种变电站自动化系统产品在给用户带来更多 选择的同时， 也带来了互操作的问题。所谓 “互操作 性” ， 指的是同一厂家或不同厂家的多个智能电子设 备 !"# （!$%&’’()&$% "’&*%+,$(* #&-(*& ） 具有交换信息 ［.］ 。 并使用这些信息进行正确协同操作的能力 为使不同厂商的产品具有互操作性， !"/ 已制定 关于变电站自动化系统的通信网络和系统的国际标 准 !"/ 0.123 。 !"/ 0.123 标准主要目的之一在于对 变电站内不同应用提供开放的可互操作的功能和对 信息交换进行规范。它详细阐述了分层的变电站通 信体系结构， 采用抽象类和服务定义， 使得标准独立 于特定的协议栈、 实现和操作系统。 这一体系 从!"/ 0.123 通信协议体系的组成可看出， 对变电站自动化系统的网络和系统做出了全面、 详 细的描述和规范。
K X W 数据
K6.
[WW96 服务
广播
抽象通信服务映射等方法将应用和通信解耦，是将 变电站自动化系统变为开放式系统的一个可行的实 现方法。 国外一些试验项目已成功地证明了这一点。
K6.
应用
K6.
应用
K6.
应用
K6.
K6D C@LMA 对于 现 在 和 将 来 变 电 站 自 动 化 技 术 发 展
）!"/ 0.123818.） 。间隔层和过程层间的网络 *A%(,$（ 映射成串行单向多点 H 点对点传输网络（!"/ 0.1238 （!"/ 58.）或映射成基于!""" 134C9标准的过程总线 （:A+% 7 8 4 ， 。 0.123 8 5 8 4） :A+% 1 H 5）
! >> "
.Hale Waihona Puke !"/ 0.123标准制定的背景
图.
早在 43 世纪 53 年代初， !"/ 意识到不同厂家的保 护设备需要一个统一的信息接口， 实现设备的互操作 性。 为此， !"/ 6/27和!"/ 6/52成立了一个联合工作 组，制定了“继电保护设备信息接口标准”即 !"/ 。 03173 8 2 8 .39标准［4］ 美 国的":;!在.553年开始了公共通信体系</= （<%(’(%> /,??@$(*A%(,$ =+*B(%&*%@+&） 标准制定工作， 其 目的在于提供一个具有广泛适应性的、 功能强大的通信 协议， 使各种!"#能够通过使用该协议实现互操作。 为避免出现两个可能冲突的标准， !"/ 决 定 以 ［9］ 数据模型和服务为基础， 将 </= 的研究结 </= 4C3 果 纳 入 !"/ 标 准 ， 建 立 世 界 范 围 的 统 一 标 准 !"/ 并于.555年9月提出了委员会草案版本。 0.123，
远方控制 E 过程层
LRB
传感器
采用 ;>AB?标准对于信息均采用面向对象的自描述。 “面向点” 的数据描述方法， 在信息传输时， 数据收发 双方必须对数据库进行约定， 才能正确反应现场设备 的状态。 协议确立后， 若增加或删除某些信息就必须 对协议进行修改。 随着技术的发展， 电力市场的建立 和变电站自动化水平的提高， 变电站内需要传输的新 信息不断增加， 目前这和 “面向点” 的数据描述方法 可能还无法传输这些新的信息， 因此使新功能的应用 受到一定的限制。 面向对象的数据自描述在数据源就对数据进行 自我描述， 传输到接收方的数据都带有自我说明， 不 需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工 作。 因数据本身带有说明， 这就不受预先定义的限制 进行传输， 简化了数据管理和维护工作。<2@ ;>AB? 标准提供了一套面向对象的数据自描述方法。
基本原则 术 语
:=;6. :=;64 :=;69 :=;6D :=;62 :=;60 :=;67
一般性要求 系统和工程管理 功能和装置模型的通信要求 变电站自动化系统结构化语言 基本通信框架
I/IF = I/IF T :=;61 I%A*S = I%A*S T
I/IF Q I/IF R I%A*S Q I%A*S R :=;65
动化系统不同，现有系统中过程层的功能都是在间 隔层设备中实现的， 于是就没有独立的逻辑接口L 和 接口B了。 随着光电流、 电压互感器的使用， 现代电力 技术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能下放到 过程层。可见<2@ ;>AB?是面向未来的开放式标准。
CDL
［B］ 抽象通信服务接口"@!<
"@!<定义了独立于所采用网络和应用层协议的
方向都将产生重大的影响。 参考文献：
［@ ］K6D C@LMA， D433()%8$2%4) )/2N41O; $)F ;=;2/3 %) ;(G;2$& ［9 ］ 2%4);， 0$12 M I ［? ］K6D LSA R M R @AT， J/7/84)2147 /,(%03/)2 $)F ;=;2/3;&843&
远方控制 变电站层
功能 "
<2=
M
技术服务
逻辑设备
逻辑节点
数据对象
公用数据类
功能 Q
>R; C
间隔层
保 护 控 制
>R; A
控 制
图 C 服务器中典型数据模型结构 F(8D C !&:#N&#:. )G ’ 4’&’ +)4. (* ’ %.:I.:
C
保 护
CDC
LRB E 远方保护
数据自描述 和采用 “面向点” 的数据描述方法不同， <2@
CDE
面向对象的数据对象统一建模
定义 <2@ ;>AB?标准采用面向对象的建模技术， 了基于客户机 J 服务器结构数据模型。每个 <2= 包含 ， 每个服务器又包含一个 一个或多个服务器 （!.:I.: ） 或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点， 逻辑节点 包含数据对象。 数据对象则是由数据属性构成的公用 数据类的命名实例。从通信角度看， <2= 同时也扮演 客户 （@H(.*&） 角色。任何一个客户通过抽象通信服务 接口 "@!< （"$%&:’N& @)++#*(N’&()* !.:I(N. <*&.:G’N. ） 和服务器通信进而访问数据对象， 如图C 所示。
客 户 抽象通信 服务接口 服务器 数据属性
C
CD>
<2@ ;>AB?标准的主要特点
信息分层 变 电 站 通 信 网 络 和 系 统 协 议 <2@ ;>AB? 标 准 草
案提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概 念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体系分 且定义了层 为变电站层、 间隔层和过程层 C 个层次， 和层之间的通信接口， 如图E所示。
$" 间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔
的一次设备产生作用，如线路保护设备或间隔单元 控制设备就属于这一层。 间隔层通过逻辑接口L和接 口B与过程层通信，通过逻辑接口 C 完成间隔层内部 的通信功能。 一是与过程相关 %" 变电站层的功能分为两类： 的功能，主要指利用各个间隔或全站的信息对多个 间隔或全站的一次设备发生作用的功能，如母线保 护或全站范围内的逻辑闭锁等，变电站层通过逻辑 二是与接口相关的功能， 主要 接口 A 完成通信功能； 指与远方控制中心、 工程师站及人机界面的通信， 通 过逻辑接口>， ;， M完成通信功能。
第 44 卷第 .. 期 4334 年 .. 月
电 力 自 动 化 设 备
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