一文熟悉電力IEC61850的基礎(chǔ)知識和使用

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域唯一的全球通用標(biāo)準(zhǔn)。它通過標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)，實現(xiàn)了智能變電站的工程運作標(biāo)準(zhǔn)化。使得智能變電站的工程實施變得規(guī)范、統(tǒng)一和透明。不論是哪個系統(tǒng)集成商建立的智能變電站工程都可以通過SCD（系統(tǒng)配置）文件了解整個變電站的結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)，通過對設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個規(guī)范的輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫連接。

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(guī)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)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點向多點的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED,測控單元和繼電保護(hù))均采用統(tǒng)一的協(xié)議,通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)實現(xiàn)主要分為三個部分：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(shù)據(jù)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。

三個服務(wù)之間的關(guān)系：在裝置和后臺之間涉及到雙邊應(yīng)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(yīng)用關(guān)聯(lián)傳送服務(wù)請求和響應(yīng)(傳輸無確認(rèn)和確認(rèn)的一些服務(wù))服務(wù)，多路廣播應(yīng)用關(guān)聯(lián)(僅在一個方向)傳送無確認(rèn)服務(wù)。

如果把IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)細(xì)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(diào)、定值讀寫服務(wù)、錄波、保護(hù)故障報告、時間同步、文件傳輸、取代，以及模型的讀取服務(wù)。

IEC61850的特點是1)面向?qū)ο蠼? 2)抽象通信服務(wù)接口; 3)面向?qū)崟r的服務(wù); 4)配置語言; 5)整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。

IEC61850建模了大多數(shù)公共實際設(shè)備和設(shè)備組件。這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識符、行為和控制,例如變電站和饋線設(shè)備(諸如斷路器、電壓調(diào)節(jié)器和繼電保護(hù)等)。自我描述能顯著降低數(shù)據(jù)管理費用、簡化數(shù)據(jù)維護(hù)、減少由于配置錯誤而引起的系統(tǒng)停機時間。IEC61850作為制定電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動無縫通信系統(tǒng)基礎(chǔ)能大幅度改善信息技術(shù)和自動化技術(shù)的設(shè)備數(shù)據(jù)集成,減少工程量、現(xiàn)場驗收、運行、監(jiān)視、診斷和維護(hù)等費用,節(jié)約大量時間,增加了自動化系統(tǒng)使用期間的靈活性。它解決了變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)品的互操作性和協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。采用該標(biāo)準(zhǔn)還可使變電站自動化設(shè)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(tǒng)的集成，降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費用。在我國采用該標(biāo)準(zhǔn)系列將大大提高變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平、提高變電站自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平、節(jié)約開發(fā)驗收維護(hù)的人力物力、實現(xiàn)完全的互操作性。

    IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)共10大類、14個標(biāo)準(zhǔn)，具體名稱不在這里贅述，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。

．定義了變電站的信息分層結(jié)構(gòu)

變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)草案提出了變電站內(nèi)信息分層的概念，將變電站的通信體系分為 3 個層次，即變電站層、間隔層和過程層，并且定義了層和層之間的通信接口。

②．采用了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模技術(shù)

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。每個IED包含一個或多個服務(wù)器，每個服務(wù)器本身又包含一個或多個邏輯設(shè)備。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點，邏輯節(jié)點包含數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)對象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命名實例。從通信而言，IED 同時也扮演客戶的角色。任何一個客戶可通過抽象通信服務(wù)接口（ACSI）和服務(wù)器通信可訪問數(shù)據(jù)對象。

③．?dāng)?shù)據(jù)自描述

該標(biāo)準(zhǔn)定義了采用設(shè)備名、邏輯節(jié)點名、實例編號和數(shù)據(jù)類名建立對象名的命名規(guī)則；采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了對象之間的通信服務(wù)，比如，獲取和設(shè)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(shù)據(jù)對象值列表的服務(wù)等。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述在數(shù)據(jù)源就對數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自我描述，傳輸?shù)浇邮辗降臄?shù)據(jù)都帶有自我說明，不需要再對數(shù)據(jù)進(jìn)行工程物理量對應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。由于數(shù)據(jù)本身帶有說明，所以傳輸時可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)工作。

④. 網(wǎng)絡(luò)獨立性

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計了獨立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備模型、邏輯節(jié)點模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型。客戶通過 ACSI，由專用通信服務(wù)映射（SCSM）映射到所采用的具體協(xié)議棧，例如制造報文規(guī)范（MMS）等。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)使用 ACSI和 SCSM技術(shù)，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展時只要改動 SCSM，而不需要修改 ACSI。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)具有很多優(yōu)勢：

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

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(guī)范）等不同通信方式的通信方式，滿足變電站內(nèi)裝置間的通信需求。

建立裝置的數(shù)字化模型，理順功能、IED、LD（邏輯設(shè)備）、LN（邏輯節(jié)點）概念的關(guān)系和隸屬。統(tǒng)一功能和裝置實現(xiàn)直接的規(guī)范。

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

首次提出過程層概念和解決方案，使得電子式互感器的得以推廣和應(yīng)用。

智能電網(wǎng)要求實現(xiàn)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺模型，以實現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)的互操作。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為未來智能電網(wǎng)領(lǐng)域的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。

新能源發(fā)電的監(jiān)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(gòu)建電力企業(yè)的無縫通信體系

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