王力，朱冉

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210061）

在已有的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)中，IEC61850規(guī)約體系較為完善。相對(duì)于基于報(bào)文結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)規(guī)約，IEC61850有明顯的優(yōu)勢(shì)，如應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、采用數(shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模、提出系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)、將映射的方法和具體網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立、提供基于SCL的系統(tǒng)配置管理等。它是一個(gè)開(kāi)放式的變電站自動(dòng)化體系，避免了繁瑣的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了來(lái)自不同廠家的IED之間的良好互操作性，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了重復(fù)投資，降低了系統(tǒng)維護(hù)成本。

1 IEC61850的涵義及特點(diǎn)

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)共分10個(gè)部分，由14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成。主要包括設(shè)備的模型、變電站的配置語(yǔ)言(SCL)、抽象通信接口(ASCI)、特定通信服務(wù)映射(SCSM)、一致性測(cè)試與目標(biāo)要求等內(nèi)容。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的通信協(xié)議體系相比，在技術(shù)上且有如下的突出特點(diǎn)：

(1)分布、分層體系。IEC61850將整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為變電站層、間隔層和過(guò)程層。將變電站自動(dòng)化功能進(jìn)行分解，邏輯節(jié)點(diǎn)作為最小的功能單元，可自由分布于不同的裝置中。

(2)面向?qū)ο蠼⒛Ｐ?。IEC61850采用面向?qū)ο蠼Ｋ枷?，?duì)變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、功能和數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并用統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML進(jìn)行了描述。所建立的模型主要有變電站模型、IED產(chǎn)品模型、通信系統(tǒng)模型及相關(guān)的建模冗余。

(3)信息模型與通信協(xié)議棧的分離。IEC61850總結(jié)了電力生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)和要求，歸納出電力系統(tǒng)所必需的信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)，設(shè)計(jì)出抽象通信服務(wù)接口ACSI，它使信息模型獨(dú)立于具體的通信協(xié)議棧(例如目前采用的制造報(bào)文規(guī)范（MMS）)，與采用的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型(例如現(xiàn)在流行的IEEE802.3系列局域網(wǎng))無(wú)關(guān)。

(4)面向?qū)ο?、面向?yīng)用的自描述機(jī)制。IEC61850對(duì)于信息均采用面向?qū)ο笞晕颐枋龅姆椒?，配置模型均帶有自我描述信息，在有新的IED接入系統(tǒng)，或者原有IED的配置發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)能夠通過(guò)IED的配置文件自動(dòng)獲取配置信息，以建立或更新數(shù)據(jù)庫(kù)。

IEC61850上述的技術(shù)體系特征正是IEC61850優(yōu)于傳統(tǒng)通信協(xié)議的原因，IEC61850技術(shù)體系也因此龐大而復(fù)雜[1]。

2 建模過(guò)程

對(duì)裝置建模，IEC61850首先通過(guò)邏輯抽象將變電站內(nèi)的實(shí)際IED按功能劃分為邏輯節(jié)點(diǎn)，如描述基本測(cè)量量的測(cè)量（MMXU）節(jié)點(diǎn)。每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)由具有特定數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)和定義好的語(yǔ)義，包含在具有專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)表中。數(shù)據(jù)對(duì)象由邏輯設(shè)備名、邏輯節(jié)點(diǎn)名、數(shù)據(jù)名、數(shù)據(jù)屬性名進(jìn)行描述。這些數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性所代表的信息通過(guò)IEC61850定義的通信服務(wù)進(jìn)行傳遞。由于IEC61850具有可繼承性，對(duì)于同一類(lèi)型的不同裝置，可以理解為同一個(gè)類(lèi)的不同實(shí)現(xiàn)[2]。

2.1 邏輯節(jié)點(diǎn)的選取與組合

IEC61850定義了13類(lèi)共88個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)。在對(duì)裝置的功能進(jìn)行分析之后，需找到與之對(duì)應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)[3]。以一套典型的間隔單元為例，根據(jù)相應(yīng)的保護(hù)功能分析對(duì)主要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選取，如圖1所示。

首先對(duì)保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選取，該裝置過(guò)電流保護(hù)功能對(duì)應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)為“保護(hù)功能邏輯節(jié)點(diǎn)(P)”類(lèi)型中的“帶時(shí)限過(guò)電流(PTOC)”邏輯節(jié)點(diǎn)。但標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)PTOC的功能定義非常豐富，包含了“動(dòng)作曲線類(lèi)型”、“時(shí)間標(biāo)度倍率”等定值。

這就需要基于這個(gè)類(lèi)來(lái)定義一個(gè)與裝置功能完全吻合的邏輯節(jié)點(diǎn)“PTOC_1”，這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以?xún)H包括“過(guò)流定值”、“控制字”、“時(shí)間定值”等功能，以符合裝置配置。

對(duì)于裝置的測(cè)量邏輯節(jié)點(diǎn)，則選取“計(jì)量和測(cè)量邏輯節(jié)點(diǎn)(M)”類(lèi)型中的“MMXU”邏輯節(jié)點(diǎn)，其中包含了普通遙測(cè)必須的三相電壓、三相電流、功率等常用測(cè)量類(lèi)型。

對(duì)于遙控刀閘邏輯節(jié)點(diǎn)，則選取“控制邏輯節(jié)點(diǎn)(C)”類(lèi)型中的“開(kāi)關(guān)控制器(CSWI)”，這個(gè)節(jié)點(diǎn)下面包含了選擇、執(zhí)行、撤銷(xiāo)等基本功能。

在完成了裝置功能的邏輯節(jié)點(diǎn)選取之后，需在模型文件中進(jìn)行實(shí)例化，并配置報(bào)告，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)裝置與后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換[4]。

2.2 變電站配置語(yǔ)言

SCL語(yǔ)言是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）的，它根據(jù)XML語(yǔ)法規(guī)則，并結(jié)合變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(即IEC61850標(biāo)準(zhǔn))的需要，定義特定用途的標(biāo)記語(yǔ)言。換句話說(shuō)，SCL語(yǔ)言是XML語(yǔ)言在IEC61850中的特定應(yīng)用。SCL將變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)分為5個(gè)主要元素：Header，Substation，IED，Communication和DataTypeTemplates。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模型文件的結(jié)構(gòu)如下：

其中Header由特定IED模型文件的版本和訂正號(hào)以及名稱(chēng)映射信息組成。Substation是變電站部分，包含了變電站的功能結(jié)構(gòu)、主元器件及其電氣連接情況。IED是對(duì)邏輯設(shè)備的描述，主要包含邏輯設(shè)備的組成（邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)對(duì)象）情況，以及邏輯設(shè)備與配置文件中其他元素的關(guān)系。

DataTypeTemp1ates部分定義了在IED中定義的數(shù)據(jù)模型所需的邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例和所包含的數(shù)據(jù)對(duì)象。Communication定義了邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯總線和IED接入點(diǎn)之間的聯(lián)系方式。XML除了可以描述這5部分及其子元素和屬性之外，還可以描述它們之間的邏輯關(guān)系，最終形成對(duì)整個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的模型描述[5]。

3 IEC61850的工程應(yīng)用

完成一個(gè)裝置建模后，僅僅是得到了這個(gè)裝置的能力描述文件。要在變電站系統(tǒng)中應(yīng)用，一般過(guò)程如圖2所示。

(1)裝置廠商提供裝置配置工具，生成符合實(shí)施規(guī)范模型要求的裝置ICD文件，同一廠商應(yīng)保證各類(lèi)型裝置ICD文件的模板DataTypeTemplates的一致性；

(2)系統(tǒng)集成商提供系統(tǒng)配置工具，導(dǎo)入裝置ICD文件，統(tǒng)一進(jìn)行所有裝置的實(shí)例配置，生成全站SCD配置文件，其中須保留ICD文件的私有項(xiàng)；

(3)裝置廠商使用裝置配置工具導(dǎo)入SCD文件，增加自己的內(nèi)部功能配置數(shù)據(jù)，生成最終下載到裝置的數(shù)據(jù)文件完成裝置配置。

3.1 保護(hù)軟壓板定義問(wèn)題

在IEC103等傳統(tǒng)的變電站規(guī)約應(yīng)用中，保護(hù)軟壓板的機(jī)制與普通開(kāi)關(guān)的遙控機(jī)制是一樣的，而原版IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有對(duì)遙控軟壓板進(jìn)行特殊說(shuō)明與規(guī)定，新的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保護(hù)軟壓板模型的定義補(bǔ)充規(guī)定如下：

(1)保護(hù)功能軟壓板在LLN0中統(tǒng)一擴(kuò)充。保護(hù)功能軟壓板與硬壓板一一對(duì)應(yīng)并相互獨(dú)立，全部采用邏輯與的關(guān)系，必須都控合后才能開(kāi)放相應(yīng)的保護(hù)功能。

(2)保護(hù)出口軟壓板與傳統(tǒng)的保護(hù)出口硬壓板保持一致，按跳閘、合閘、啟動(dòng)重合、閉鎖重合、溝通三跳、啟動(dòng)失靈、遠(yuǎn)跳等重要信號(hào)在PTRC和RREC中統(tǒng)一擴(kuò)充出口軟壓板，用于隔離這些信號(hào)的輸出。對(duì)于同一信號(hào)，如果需要獨(dú)立的出口軟壓板給不同的保護(hù)對(duì)象時(shí)，以加阿拉伯?dāng)?shù)字后綴的方式擴(kuò)充。

3.2 描述的顯示問(wèn)題

裝置ICD文件包含模型自描述信息，如LD和LN實(shí)例應(yīng)包含明確中文“desc”屬性，通用模型GAPC和GGIO實(shí)例中的DOI應(yīng)包含明確中文“desc”屬性，數(shù)據(jù)類(lèi)型模板LNType中DO應(yīng)包含明確中文“desc”屬性。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)提供有數(shù)據(jù)名稱(chēng)離線描述(ICD文件的desc)和在線描述(數(shù)據(jù)屬性dU)2種功能，但由于標(biāo)準(zhǔn)的不完善性，工程應(yīng)用中后臺(tái)顯示出來(lái)的描述應(yīng)以哪個(gè)為準(zhǔn)并沒(méi)有明確規(guī)定，所以目前國(guó)內(nèi)廠家在這個(gè)方面并不統(tǒng)一。因此，在當(dāng)前情況下，建立模型的時(shí)候最好使每個(gè)數(shù)據(jù)都具備2種描述方式并保持一致，這樣能夠增加廠家互通的兼容性。

3.3 品質(zhì)位的判據(jù)與限制

在IEC61850中，上送數(shù)據(jù)的品質(zhì)位起著非常關(guān)鍵的作用，它作為后臺(tái)及遠(yuǎn)動(dòng)判斷數(shù)據(jù)有效性的依據(jù)。在工程實(shí)踐中，至少以下2種常見(jiàn)情況要置品質(zhì)位。

(1)當(dāng)裝置檢修壓板投入時(shí)，所有上送節(jié)點(diǎn)中信號(hào)的品質(zhì)q的Test位應(yīng)置位；

(2)當(dāng)遙測(cè)值大于最大值或最小值時(shí)，遙測(cè)應(yīng)置品質(zhì)位，提示后臺(tái)為非正常值。

3.4 模板的統(tǒng)一性問(wèn)題

各個(gè)廠家都存在裝置型號(hào)眾多，但同一廠家中不同型號(hào)裝置的很多保護(hù)功能是完全重復(fù)的。這就要求廠家必須保證各類(lèi)型裝置ICD文件的模板DataTypeTemplates的一致性。這樣既規(guī)范了本廠家的模型文件，而且也減少了配合其他廠家調(diào)試時(shí)的問(wèn)題。

3.5 故障錄波在模型中的配置

故障報(bào)告通過(guò)上送錄波頭文件實(shí)現(xiàn)，保護(hù)整組動(dòng)作并完成錄波后，通過(guò)報(bào)告上送故障序號(hào)和錄波完成信號(hào)RcdMade，錄波頭文件放置于裝置目錄下，文件名按錄波文件名要求實(shí)現(xiàn)，客戶(hù)端通過(guò)文件讀取服務(wù)獲得故障具體信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)家電網(wǎng)公司3個(gè)階段推進(jìn)智能電網(wǎng)的大形勢(shì)下，IEC61850作為智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)配置，其重要性毋庸置疑。本文結(jié)合大量文獻(xiàn)資料與工程實(shí)踐，對(duì)IEC61850規(guī)約以及基于IEC61850的裝置建模過(guò)程的主要內(nèi)容進(jìn)行了介紹。

現(xiàn)在IEC61850在我國(guó)已經(jīng)得到初步應(yīng)用，并且已被推廣到電力遠(yuǎn)動(dòng)的其他領(lǐng)域，最終IEC61850會(huì)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，從而達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)力、提高生產(chǎn)效率的目的。

[1] IEC61850-5，變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)第5部分：功能的通信要求和裝置模型[S].2003.

[2] IEC61850-7-1，變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)第7-1部分：變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)——原理和模型[S].2003.

[3] IEC61850-7-4，變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)第7-4部分：變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)——兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類(lèi)和數(shù)據(jù)類(lèi)[S].2003.

[4] 辛耀中,王永福,任雁銘.中國(guó)IEC61850研發(fā)及互操作試驗(yàn)情況綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(12)：1-6.

[5] 張結(jié).IEC61850的結(jié)構(gòu)化模型分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(18)：90-93.