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摘要：文章从通信模式方面阐述了IEC 61850 通信标准在变电站综合自动化系统中的应用。对规约中定义的站内设备之间及变电站与控制中心之间的通信方法进行了归纳，为IEC61850 标准在变电站自动化系统中的应用提供了参考。
关键词：变电站自动化系统；IEC 61850；通信模式
Abstract: This article from the aspects of the communication mode described IEC 61850 Communication Standard in substation automation system application. The statute defined in the station equipment and between substation and control center communications between methods were summed up, to provide reference for the application of the IEC61850 standard in substation automation system.
Key words : substation automation system; IEC 61850; communication model
中图分类号：TM411+.4 文献标识码A 文章编号：
引言
随着现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时信息传送量成倍整多，对调度自动化系统和厂站自动化系统的数据通信提出了更高的要求。變电站自动化系统的传输规约和传输网络的标准化，是实现可靠快速通信的保证。
目前变电站自动化系统通信规约的情况是：一个普通的变电站使用的产品可能是南瑞、东方电子、许继、四方、ABB、GE；采用的规约可能是CDT、60870-5-101、102、103、104、Tase2。几乎每个产品供应商都具有一套自己的标准，整个电网里运行的规约就可能达到上百种。不同厂家的设备不能兼容，需要进行协议转换，增加了工程和培训费用，影响了电力系统综合自动化的发展[1]。
IEC61850（变电站通信网络和系统的国际标准）对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口(ACSI)，并支持TCP/IP 协议，是一个开放的、面向未来的新一代变电站自动化系统通信协议。它为在各种自动化系统内部准确、快速地收集、处理、传送从发电厂、变电站到最终用户接口的各种实时信息，提供了一种解决方案。
1. IEC61850 标准概述
IEC61850 将变电站通信体系分为3 层，如图1 所示：变电站层，间隔层和过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口（ACSI） 映射到制造报文规范（MMS）和基于以太网或光纤网的TCP/IP 协议。在间隔层和过程层之间的网络采用多点传输的单向传输以太网结构。所有站内具有通信能力的自动化设备均被看做IED。IEC 61850 标准中，变电站内的IED（实现测控，保护等功能）采用统一的协议，通过网络进行信息交换。
IEC 61850 通信协议对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，IEC 61850 提供了80 多种逻辑节点名代码和350 多种数据对象代码，23 个公共数据类（CDC），涵盖了变电站所有功能和数据对象，提供了扩展新的逻辑节点的方法。采用面向对象自我描述方法。采用独立于网络结构的抽象通信服务接口（ACSI），并支持TCP/IP 协议，是一个开放的，面向未来的新一代变电站自动化系统通信协议[2]。
2.基于IEC61850 的变电站通信模式
变电站内各IED 通过局域网互连在一起。根据IEC 61850 标准，他们之间的通信可以划分为两组：采用客户/服务器模式，用于交换控制信息或读取数据；采用组播/单播模式通信，实现保护IED 之间，或一个IED 与多个远方IED 之间高速、稳定的通信。
客户/服务器模式，客户提出服务请求，从执行该服务的服务器收到确认或响应。客户也可以收到来自服务器的报告指示（Report indications）。每个IED 既可作为客户，又可作为服务器，如图2 所示。
图2物理设备客户/服务器角色示意图
组播（Multicast）/单播（Unicast）模式是利用GSE （ 通用变电站事件） 服务或采样值（Sampled Measured Value）传输服务以1：1 或1：N 的模式通信。GSE 服务包括GOOSE（面向对象的通用变电站事件）和GSSE（通用变电站状态事件）。采样值传输服务以周期的方式高速传输采样值。
上述两组通信模式均采用与网络独立的抽象通信服务接口（ACSI），它独立于具体的网络应用层协议，和采用的网络无关，可以通过特殊通信服务映射（ specific communication service mapping）的方法映射到不同的通信协议和通信网络，灵活性很高。电力系统生产复杂，信息传输和响应时间要求不同，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络，网络技术的更新速度很快，采用抽象通信服务接口就很容易适应这种变化，只要改变相应的特定通信服务映射（SCSM）即可。如图3 中应用过程和抽象通信服务接口是一样的，不同的网络应用层协议和通信栈与不同的SCSM1~SCSMn 相对应[2]。
理论上可以将ACSI 映射到任何规约，但是如果试图将其映射到一个只提供对简单变量读，写，报表服务的规约，将是一项非常复杂和繁重的工作。IEC 61850 中定义了ACSI 到MMS（制造报文规范）的映射。MMS 是由ISO TC184 开发和维护的网络环境下计算机或IED 之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文规范，也是目前唯一可以很方便的支IEC61850的复杂的命名和服务的协议。信息模型和ACSI服务被映射到MMS 中，然后根据采用的网络添加上相应的低层协议的控制和地址信息，如TCP头信息和IP 头信息。接收报文的IED 能够根据标志，长度，名称和其他数据解释所收到的信息。当然这一解释需要通信双方采用相同的通信栈或协议子集。
图3 ACSI 映射至通信栈
控制中心与变电站之间可以通过网关相连实现通信。可通过以下几种可选方式访问变电站数据：⑴由网关/代理提供对变电站内物理设备的直接访问；⑵在网关/代理内定义的逻辑设备中设定数据集收集控制中心所需数据；⑶定义新的逻辑节点类和数据类用于网关/代理内，为控制中心提供变电站数据的镜像。三种方式各有利弊。从维护角度看，方式⑴最为有利。方式⑵，⑶相比，方式⑶中，由于将网关/代理和变电站内其他设备同等对待，采用相同的建模的概念和方法，从建模角度看，方式⑶更为有利。采用后两种方法，可以根据控制中心的需要，对变电站数据进行过滤，访问更加灵活。而控制中心和网关/代理及变电站物理设备之间的通信的具体实现与站内各IED 之间通信采用相同的方法，采用ACSI 映射至具体的网络应用层协议实现。
3. 结语
IEC 61850 是国际上关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。是今后电力系统无缝通信体系的基础。本文重点从设备建模和通信模式两个方面阐述了IEC 61850 在变电站综合自动化系统中的应用。举例说明了IEC61850 中定义的建模方法与实际设备及功能如何对应，并对规约中定义的站内设备之间及变电站与控制中心之间的通信方法进行了归纳。IEC61850 标准在变电站自动化系统中的应用提供了参考。
参考文献
[1] 茹锋，夏成军，许扬.IEC 61850 标准在变电站自动化系统中的应用探讨.江苏电机工程，Vol. 23（3），2004：8-12
[2] 高湛军，潘贞存，卞鹏，黄德斌，唐毅.基于IEC 61850 标准的微机保护数据通信模型.电力系统自动化，Vol。27(18)，2003: 43－46
作者简介：张学坤 1978.11 男河南省柘城县 2010年1月 毕业于郑州高等专科学校供用电技术现在为变电检修技师
关键词：变电站自动化系统；IEC 61850；通信模式
Abstract: This article from the aspects of the communication mode described IEC 61850 Communication Standard in substation automation system application. The statute defined in the station equipment and between substation and control center communications between methods were summed up, to provide reference for the application of the IEC61850 standard in substation automation system.
Key words : substation automation system; IEC 61850; communication model
中图分类号：TM411+.4 文献标识码A 文章编号：
引言
随着现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时信息传送量成倍整多，对调度自动化系统和厂站自动化系统的数据通信提出了更高的要求。變电站自动化系统的传输规约和传输网络的标准化，是实现可靠快速通信的保证。
目前变电站自动化系统通信规约的情况是：一个普通的变电站使用的产品可能是南瑞、东方电子、许继、四方、ABB、GE；采用的规约可能是CDT、60870-5-101、102、103、104、Tase2。几乎每个产品供应商都具有一套自己的标准，整个电网里运行的规约就可能达到上百种。不同厂家的设备不能兼容，需要进行协议转换，增加了工程和培训费用，影响了电力系统综合自动化的发展[1]。
IEC61850（变电站通信网络和系统的国际标准）对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口(ACSI)，并支持TCP/IP 协议，是一个开放的、面向未来的新一代变电站自动化系统通信协议。它为在各种自动化系统内部准确、快速地收集、处理、传送从发电厂、变电站到最终用户接口的各种实时信息，提供了一种解决方案。
1. IEC61850 标准概述
IEC61850 将变电站通信体系分为3 层，如图1 所示：变电站层，间隔层和过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口（ACSI） 映射到制造报文规范（MMS）和基于以太网或光纤网的TCP/IP 协议。在间隔层和过程层之间的网络采用多点传输的单向传输以太网结构。所有站内具有通信能力的自动化设备均被看做IED。IEC 61850 标准中，变电站内的IED（实现测控，保护等功能）采用统一的协议，通过网络进行信息交换。
IEC 61850 通信协议对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，IEC 61850 提供了80 多种逻辑节点名代码和350 多种数据对象代码，23 个公共数据类（CDC），涵盖了变电站所有功能和数据对象，提供了扩展新的逻辑节点的方法。采用面向对象自我描述方法。采用独立于网络结构的抽象通信服务接口（ACSI），并支持TCP/IP 协议，是一个开放的，面向未来的新一代变电站自动化系统通信协议[2]。
2.基于IEC61850 的变电站通信模式
变电站内各IED 通过局域网互连在一起。根据IEC 61850 标准，他们之间的通信可以划分为两组：采用客户/服务器模式，用于交换控制信息或读取数据；采用组播/单播模式通信，实现保护IED 之间，或一个IED 与多个远方IED 之间高速、稳定的通信。
客户/服务器模式，客户提出服务请求，从执行该服务的服务器收到确认或响应。客户也可以收到来自服务器的报告指示（Report indications）。每个IED 既可作为客户，又可作为服务器，如图2 所示。
图2物理设备客户/服务器角色示意图
组播（Multicast）/单播（Unicast）模式是利用GSE （ 通用变电站事件） 服务或采样值（Sampled Measured Value）传输服务以1：1 或1：N 的模式通信。GSE 服务包括GOOSE（面向对象的通用变电站事件）和GSSE（通用变电站状态事件）。采样值传输服务以周期的方式高速传输采样值。
上述两组通信模式均采用与网络独立的抽象通信服务接口（ACSI），它独立于具体的网络应用层协议，和采用的网络无关，可以通过特殊通信服务映射（ specific communication service mapping）的方法映射到不同的通信协议和通信网络，灵活性很高。电力系统生产复杂，信息传输和响应时间要求不同，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络，网络技术的更新速度很快，采用抽象通信服务接口就很容易适应这种变化，只要改变相应的特定通信服务映射（SCSM）即可。如图3 中应用过程和抽象通信服务接口是一样的，不同的网络应用层协议和通信栈与不同的SCSM1~SCSMn 相对应[2]。
理论上可以将ACSI 映射到任何规约，但是如果试图将其映射到一个只提供对简单变量读，写，报表服务的规约，将是一项非常复杂和繁重的工作。IEC 61850 中定义了ACSI 到MMS（制造报文规范）的映射。MMS 是由ISO TC184 开发和维护的网络环境下计算机或IED 之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文规范，也是目前唯一可以很方便的支IEC61850的复杂的命名和服务的协议。信息模型和ACSI服务被映射到MMS 中，然后根据采用的网络添加上相应的低层协议的控制和地址信息，如TCP头信息和IP 头信息。接收报文的IED 能够根据标志，长度，名称和其他数据解释所收到的信息。当然这一解释需要通信双方采用相同的通信栈或协议子集。
图3 ACSI 映射至通信栈
控制中心与变电站之间可以通过网关相连实现通信。可通过以下几种可选方式访问变电站数据：⑴由网关/代理提供对变电站内物理设备的直接访问；⑵在网关/代理内定义的逻辑设备中设定数据集收集控制中心所需数据；⑶定义新的逻辑节点类和数据类用于网关/代理内，为控制中心提供变电站数据的镜像。三种方式各有利弊。从维护角度看，方式⑴最为有利。方式⑵，⑶相比，方式⑶中，由于将网关/代理和变电站内其他设备同等对待，采用相同的建模的概念和方法，从建模角度看，方式⑶更为有利。采用后两种方法，可以根据控制中心的需要，对变电站数据进行过滤，访问更加灵活。而控制中心和网关/代理及变电站物理设备之间的通信的具体实现与站内各IED 之间通信采用相同的方法，采用ACSI 映射至具体的网络应用层协议实现。
3. 结语
IEC 61850 是国际上关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。是今后电力系统无缝通信体系的基础。本文重点从设备建模和通信模式两个方面阐述了IEC 61850 在变电站综合自动化系统中的应用。举例说明了IEC61850 中定义的建模方法与实际设备及功能如何对应，并对规约中定义的站内设备之间及变电站与控制中心之间的通信方法进行了归纳。IEC61850 标准在变电站自动化系统中的应用提供了参考。
参考文献
[1] 茹锋，夏成军，许扬.IEC 61850 标准在变电站自动化系统中的应用探讨.江苏电机工程，Vol. 23（3），2004：8-12
[2] 高湛军，潘贞存，卞鹏，黄德斌，唐毅.基于IEC 61850 标准的微机保护数据通信模型.电力系统自动化，Vol。27(18)，2003: 43－46
作者简介：张学坤 1978.11 男河南省柘城县 2010年1月 毕业于郑州高等专科学校供用电技术现在为变电检修技师