邱明奇，李宗成

(重慶市電力公司永川供電局，重慶永川402160)

0 引言

在國際智能電網(wǎng)標準研究中，歐洲、日本、美國國家標準與技術研究院(NIST)集中了大量專家、有關單位和個人對智能電網(wǎng)互操作性標準進行研究，旨在協(xié)調、建立一個實現(xiàn)智能電網(wǎng)互操作性的技術框架。國際電工委員會(IEC)制定了一系列核心標準，包括 IEC61970，IEC61968，IEC61850 等核心標準。其中IEC61850是基于通用網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)(SAS)唯一國際標準。IEC61970定義能量管理系統(tǒng)(EMS)應用程序接口(APIs)，IEC61968促進支持企業(yè)配電網(wǎng)管理的多種分布式軟件應用系統(tǒng)的應用間集成，即配電管理系統(tǒng)CIM和CIS定義，IEC61850是基于通用網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)(SAS)唯一國際標準，IEC62357定義了電力系統(tǒng)控制和相關通信。

由于標準的適用范圍和制定的體系不同，在調度中心和變電站系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換時，這種差異導致它們之間的信息不能及時充分地共享。因此，如何實現(xiàn)ITC61970和IEC61850標準的融合，實現(xiàn)調度中心和變電站系統(tǒng)的信息共享，成為目前的難點問題。

本文首先提出智能變電站信息模型，再基于IEC61850核心標準分析智能變電站系統(tǒng)功能的分層和分解。在確定了CIM和IEC61850DE信息模型后，針對目前國內外研究機構研究的難點問題，提出解決系統(tǒng)和應用的互操作性及映射的方法。

1 智能變電站信息集成

變電站自動化系統(tǒng)(SAS)隨著IEC61850標準及大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展成為可能。IEC61850標準采用分層的智能電子設備(IED)和變電站自動化系統(tǒng)(SAS)對象建模技術、抽象通信服務接口(ACSI)、配置語言等，并制定包括面向對象的標準、通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)總體要求、系統(tǒng)和工程管理、一致性測試等標準。而目前采用IEC61850構建的數(shù)字化變電站還屬于功能實現(xiàn)的初步階段，對符合IEC61850通信接口要求的智能設備等在穩(wěn)定性、可靠性、驗證和認證等多方面均存在諸多需要解決的問題。從智能變電站本身出發(fā)，圖1描述了智能變電站系統(tǒng)信息集成模型。

圖1 智能變電站信息模型

2 變電站自動化系統(tǒng)的分層

IEC61850標準把SAS分成變電站層、間隔層、過程層。

過程層:主要是完成模擬量、開關量I/O的采樣以及控制命令的發(fā)送等有關一次設備的功能。間隔層:利用本間隔的數(shù)據(jù)對本間隔的一次設備產(chǎn)生作用。變電站層:1)有關過程的功能為利用各個間隔或者是全站的信息對很多個間隔或整個變電站的一次設備產(chǎn)生作用的功能;2)有關接口的功能為與工程師站、遠方控制中心以及人機界面間的通信。

電力系統(tǒng)信息傳輸在滿足通信網(wǎng)絡具有優(yōu)先級的同時，必須滿足時間同步。

IEC61850根據(jù)此信息傳輸特點，提出使用抽象通信服務接口(ACSI)。ACSI與采用的網(wǎng)絡無關，并且與網(wǎng)絡應用層協(xié)議相獨立。因為電力系統(tǒng)生產(chǎn)相當復雜，其對信息傳輸響應時間的要求各不相同，所以在變電站的過程內，可能采用各種不同類型的網(wǎng)絡。IEC61850采用ACSI就能夠很容易適應這種變化，只需改變對應的特定通信服務映射(SCSM)就解決了這個問題，如圖2所示。

圖2 應用與通信分離

3 變電站自動化系統(tǒng)的功能分解

IEC61850對變電站自動化系統(tǒng)功能的描述并不是對其進行標準化，而是用于辨別技術服務和變電站之間、變電站內智能電子設備(IED)之間的通信要求。為了支持功能自由分配提出的要求，實現(xiàn)互操作性的目的，IEC61850將功能適當分解為相關通信部分，即邏輯節(jié)點(LN)。LN是一個交換數(shù)據(jù)的最小功能部分。物理裝置內的某項功能以及執(zhí)行這一功能的某些操作是由LN來代表。邏輯節(jié)點是一個由數(shù)據(jù)和方法定義的對象。LN間的數(shù)據(jù)交換通過邏輯連接LC實現(xiàn)，變電站自動化系統(tǒng)中的功能均被分解為LN，這些LN可駐留在一個或者是很多個物理裝置(PD)上，圖3所示為邏輯節(jié)點和邏輯連接。

如圖3所示，引入LN0邏輯節(jié)點來適應一些通信數(shù)據(jù)只與PD本身有關卻不涉及任何一個功能，相當于一個特殊的LN“裝置”。LN分配到功能(F)和PD。LN通過LC互聯(lián)，PD通過物理連接(PC)實現(xiàn)互聯(lián)。LN是PD的一部分，LC則是PC的一部分，專用物理裝置的邏輯節(jié)點“裝置”圖示為LN0。

圖3 邏輯節(jié)點與邏輯連接

每一個接收的LN需要檢查接收數(shù)據(jù)的完整性和有效性。由于在信息丟失或不完整情況下，不可能得到具有接收時效的數(shù)據(jù)，故檢查數(shù)據(jù)時效包括了信息丟失和不完整情況。發(fā)送LN意味著是原始數(shù)據(jù)源，它保持數(shù)據(jù)的最新值。接收LN按照相關功能處理這些數(shù)據(jù)。對鏡像數(shù)據(jù)(過程、代理服務器等數(shù)據(jù)庫映像)情況，保存的鏡像數(shù)據(jù)應滿足使用這些數(shù)據(jù)功能所需要的時效(有效程度)。如果數(shù)據(jù)受到破壞或丟失，接收LN不能按正常方式運行，降級運行方式是因為數(shù)據(jù)受到破壞或丟失，導致接收LN不能按正常方式運行而出現(xiàn)的，所以要嚴格規(guī)定LN的性能，這些性能是在正常和降級兩種工作方式下。在數(shù)據(jù)受到破壞或丟失的情況下，可通過適當?shù)臄?shù)據(jù)品質屬性，或者標準化報文的方法，把這樣的狀況通知給系統(tǒng)管理者和分布功能的其他LN，讓其采取必要的措施來應對這種狀況，如果時間允許，可以請求數(shù)據(jù)重發(fā)。

4 IEC61850標準與CIM的互操作性

在確定了IEC61850標準對智能變電站信息模型后，可知數(shù)字化變電站內的數(shù)據(jù)模型和控制中心的調度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型需要協(xié)調起來，才能完成信息共享。而智能電網(wǎng)的核心問題主要是以下兩點:

(1)交換的數(shù)據(jù):所有電力應用之間所交換的數(shù)據(jù)都必須擁有一致的語義，由統(tǒng)一的電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型來規(guī)范。

(2)數(shù)據(jù)如何交換:所有應用都必須具有一套相互連接和數(shù)據(jù)交換的機制，由智能電網(wǎng)體系構架和通用信息接口來規(guī)范。

智能變電站與智能輸電、智能用電及電廠電站控制系統(tǒng)的信息交換和共享需要解決這兩個核心問題。圍繞通用信息接口規(guī)范，幾個主要國際標準IEC61970，IEC61968，IEC61850 均規(guī)定了相應的接口，其中IEC61970標準協(xié)議的兩個主要內容是公共信息模型(CIM)和組件接口規(guī)范(CIS)。

然而，這幾個標準卻存在重疊和不相容部分，為了避免多重數(shù)據(jù)轉換，2009年6月IEEE成立工作組，P2030和IEC TC57的WG19工作組也在著手協(xié)調IEC61850標準和IEC61970標準的數(shù)據(jù)模型(CIM-能量管理系統(tǒng)應用程序接口)，這樣將數(shù)字化變電站內的數(shù)據(jù)模型和控制中心的調度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型協(xié)調一致起來。而IEC61850標準已被公認為新一代變電站綜合自動化系統(tǒng)的國際標準，主要采用面向對象技術，建立了變電站自動化系統(tǒng)比較完備的語義信息模型。表1是通過對幾個標準的分析得出的主要基本對比。

表1 CIM與IEC61850基本對比

圖4總結了IEC61850和CIM(IEC 61968/61970)模型對應關系，然而，二者在通信服務接口上的類屬性、類功能、類定義上存在重疊和沖突。

圖4 CIM和IEC 61850模型對應關系

目前，由XML編寫的適用WEB本體描述語言OWL是有效解決互操作性的途徑之一，如圖5所示。

圖5 OWL映射

OWL采用面向對象的方式來描述領域知識，通過類、屬性、個體、數(shù)據(jù)類型來描述對象，并通過公理來描述這類屬性的特征和關系。OWL映射可以在不改變原來模型的情況下，描述不同模型之間的差異性和共性，是一種有效的映射方式。

5 結束語

本文在分析IEC61850國際標準的基礎上，結合目前智能變電站的信息集成和變電站模型，給出了國內外研究的模型互操作性難點問題的解決辦法。目前國內已有一些智能變電站投入使用，并且運行穩(wěn)定。這充分說明，智能變電站的可行性。但智能變電站存在的關鍵技術問題還需要國際國內各個專業(yè)機構的共同研究和解決。

［1］ EPRI.Harmonization of IEC 61970，61968，and 61850 models，EPRI Technical Report 1012393［R］.Palo Alto，CA，USA:EPRI，2006.

［2］ 黃欣，賀春.IEC61850標準對電力系統(tǒng)工作的影響［J］.繼電器，2007，(13):53-56.

［3］ 殷志良，劉萬順，楊奇遜.基于IEC61850的通用變電站事件模型［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，(19):45-49.