從標準到實踐：工業(yè)以太網(wǎng)交換機扎根電力應用

　　IEC61850 是一個關于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的國際標準，其目的是使變電站內(nèi)不同廠家的電子設備（IED）之間通過一種標準（協(xié)議）實現(xiàn)互操作和信息共享。 IEC61850技術將成為電力系統(tǒng)信息技術的基礎，對電力自動化技術的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。目前IEC61850技術在變電站層和間隔層的技術已經(jīng)成熟，已經(jīng)到了批量推廣的時機。

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

　　構(gòu)建符合IEC61850的現(xiàn)代數(shù)字化變電站

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

　?。?）沒有定義基于以太網(wǎng)的通信規(guī)范。

　　（2）沒有標準的系統(tǒng)功能、二次智能設備的模型規(guī)范。

　?。?）缺乏權威的一致性測試。

　?。?）不支持元數(shù)據(jù)傳送，沒有統(tǒng)一的命名規(guī)范。

　　上述缺陷直接導致變電站自動化系統(tǒng)在建設過程中不同廠家設備之間互操作性較差，不同廠家設備之間互聯(lián)需要規(guī)約轉(zhuǎn)換設備，需要進行大量的信息對點工作，變電站自動化系統(tǒng)集成工作量增加，系統(tǒng)信息處理效率低下。

　　因此不難看到，隨著變電站二次設備及系統(tǒng)的發(fā)展，設備一體化、信息一體化已成為必然的趨勢，迫切需要一個統(tǒng)一的信息平臺實現(xiàn)整個自動化系統(tǒng)。為了統(tǒng)一變電站通信協(xié)議，統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，統(tǒng)一接口標準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的無縫連接，實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互操作，減少數(shù)據(jù)交換過程中不同協(xié)議間轉(zhuǎn)換時的浪費，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)絡和系統(tǒng)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(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動化無縫自動化標準，當前該標準以引起相關電力產(chǎn)品國內(nèi)外生產(chǎn)商的高度重視，并提出IEC 61850的發(fā)展方向是實現(xiàn)“即插即用”，在工業(yè)控制通信上最終實現(xiàn)“一個世界、一種技術、一個標準”。

　　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、西門子等著名工業(yè)以太網(wǎng)交換機提供商的強烈關注和產(chǎn)品更新。

　　IEC 61850標準要求、認證及其產(chǎn)品進展

　　IEC61850 是一個關于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的國際標準，其目的是使變電站內(nèi)不同廠家的智能電子設備（IED）之間通過一種標準（協(xié)議）實現(xiàn)互操作和信息共享。電力行業(yè)尤其是變電站環(huán)境對數(shù)字化網(wǎng)絡通信的要求是非?？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(jié)構(gòu)驗證等四大類要求。

　　功能性方面，最重要的至少有兩點，一是要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機能夠支持快速轉(zhuǎn)發(fā)和QoS服務質(zhì)量以保證IEC61850標準中重要的GSE/GOOSE數(shù)據(jù)包得到實時的傳輸，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(gòu)建冗余的網(wǎng)絡拓撲例如環(huán)網(wǎng)架構(gòu)以提高拓撲的可靠性，并且同時能夠提供極短的網(wǎng)絡故障恢復時間。此外還包括像VLAN、優(yōu)先級和快速生成樹等技術功能測試要求。

　　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(jié)構(gòu)要求方面，交換機設備還要通過專業(yè)第三方的振動和沖擊耐受度測試。

　　要表明符合上述IEC61850和IEEE1613標準，必須通過第三方權威測試機構(gòu)認證。在電力產(chǎn)品測試領域，來自荷蘭的KEMA無疑是鼎鼎大名的獨立測試機構(gòu)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(gòu)。在其長達80多年的歷史中，KEMA 作為測試機構(gòu)在國際上一直享有盛譽，其Dutch KEMA-KEUR 標志擁有很高的知名度，并且還擁有其他數(shù)十種質(zhì)量標志。目前KEMA擁有 1500 多位專家，已經(jīng)為全球 70 個 國家的大約 500 家公共事業(yè)單位提供了能源咨詢和技術實施服務。

　　目前從中國市場的交換機產(chǎn)品來看，越來越多的工業(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）率先通過了各個獨立測試機構(gòu)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

　　在對通信產(chǎn)品的行規(guī)方面，除了變電站通信領域的 IEC61850系列標準，還有諸如面向交通控制通信領域的NEMA TS2規(guī)范——美國電氣制造商協(xié)會制定發(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中所言，“工業(yè)以太網(wǎng)交換機將進入專業(yè)細分階段?！?行業(yè)專用性提升了這一市場的進入門檻，尤其是在像輸變電這樣的高端應用市場，未來真正能夠有所斬獲的廠商必然是未雨綢繆，緊緊靠攏國際行業(yè)標準，不斷開發(fā)符合行規(guī)標準的產(chǎn)品的領先供應商們。