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 1標(biāo)準(zhǔn)概述

         IEC61850是新一代的變電站自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),，它規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義,、設(shè)備行為,、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言。同傳統(tǒng)的IEC60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)相比,，它不僅僅是一個單純的通信規(guī)約,，而是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它指導(dǎo)了變電站自動化的設(shè)計(jì),、開發(fā),、工程、維護(hù)等各個領(lǐng)域,。該標(biāo)準(zhǔn)通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模,，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性,，可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫連接,。智能化一次設(shè)備和數(shù)字式變電站要求變電站自動化采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850是至今為止為完善的變電站自動化標(biāo)準(zhǔn),，它不僅規(guī)范保護(hù)測控裝置的模型和通信接口,，而且還定義了數(shù)字式CT、PT,、智能式開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口,。采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)可以大大提高變電站自動化技術(shù)水平、提高變電站自動化安全穩(wěn)定運(yùn)行水平,，節(jié)約開發(fā)驗(yàn)收維護(hù)的人力物力,，實(shí)現(xiàn)*的互操作，如圖1所示,。
         IEC61850與傳統(tǒng)的SCADA協(xié)議不同的是,，它不僅是一個簡單的協(xié)議，更涉及到通信網(wǎng)絡(luò)性能要求,、對象建模,、系統(tǒng)和項(xiàng)目管理等多方面的規(guī)范要求,。IEC61850采用面向?qū)ο蟮慕７椒ê统橄蟆⒎謱佑成涞募夹g(shù),，通過規(guī)范系統(tǒng)和項(xiàng)目管理以及一致性測試等途徑來保證其目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),，并且IEC61850不僅適用于變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，也適用于配電自動化,、電能計(jì)量系統(tǒng),、發(fā)電廠自動化系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電以及其它工業(yè)領(lǐng)域,。

圖1：IEC61850與數(shù)字化變電站(SAS)之間的相互關(guān)系：

1.2 制造報(bào)文規(guī)范MMS
        制造報(bào)文規(guī)范(Manufacturing Message Specification,MMS)是網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時處理和監(jiān)控系統(tǒng)信息交換的標(biāo)準(zhǔn),，由標(biāo)準(zhǔn)化組織和電工委員會工業(yè)自動化技術(shù)委員會TC184工業(yè)組負(fù)責(zé)制定和發(fā)展，它適合于在不同的設(shè)備,、應(yīng)用,、發(fā)展商和領(lǐng)域內(nèi)提供通用信息服務(wù)，例如：MMS提供的讀(Read)服務(wù)允許網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備,、應(yīng)用或計(jì)算機(jī)從另外一個設(shè)備,、應(yīng)用或計(jì)算機(jī)內(nèi)讀取所需的變量，而不管這個變量是在可編程邏輯控制器,、機(jī)器人,、遠(yuǎn)方終端設(shè)備或智能電子設(shè)備內(nèi)。MMS已經(jīng)廣泛應(yīng)用在制造,、石油化工,、電力工業(yè)和太空探索等領(lǐng)域。
        MMS由以下各部分組成：

1) 服務(wù)規(guī)范(Service Specification)
2) 協(xié)議規(guī)范(Protocol Specification)
3) 機(jī)器人伴同標(biāo)準(zhǔn)(Robot Companion Standard)
4) 數(shù)字控制器伴同標(biāo)準(zhǔn)(Numberical Controller Companion Standard)
5) 可編程邏輯控制器伴同標(biāo)準(zhǔn)(Programmable Logical Controller Companion Standard)
6) 過程控制系統(tǒng)伴同標(biāo)準(zhǔn)(Process Control System Companion Standard)

        上列各部分中,，部分服務(wù)規(guī)范和第二部分協(xié)議規(guī)范是其核心,，服務(wù)規(guī)范包含的定義
有：①虛擬制造設(shè)備(Virtual Manufacturing Device,VMD)；②網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)間的信息交換,；③與VMD有關(guān)的屬性和參數(shù),。協(xié)議規(guī)范定義的是通信規(guī)則，包括：①信息格式,；②通過網(wǎng)絡(luò)的信息順序,；③MMS層與ISO/OSI開放模型的其他層的交互，而3)-6)則是針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域的伴同標(biāo)準(zhǔn),。
         MMS提供了豐富的針對對等式實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)的一系列任務(wù),，已經(jīng)成為許多工業(yè)領(lǐng)域的控制設(shè)備的通信協(xié)議，例如CNC,、可編程邏輯控制器、機(jī)器人,、電力領(lǐng)域中的遠(yuǎn)方終端設(shè)備(RTU),、能源管理系統(tǒng)(EMS),、重合器、開關(guān)等IED設(shè)備,。許多流行的計(jì)算機(jī)平臺都支持基于MMS的互聯(lián),，在軟件支持上，更多的API,、圖形界面,、網(wǎng)關(guān)、字處理,、電子表格,、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫都支持MMS，從通信連接上看,，MMS在以太網(wǎng),、令牌總線、串行接口RS-232C,、OSI,、TCP/IP、MiniMAP上也都很容易實(shí)現(xiàn),，如圖2所示：

圖2：MMS在IEC61850報(bào)文結(jié)構(gòu)中的位置

1.3 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)
        變電站自動化系統(tǒng)由各種IED 組成,，主要完成變電站內(nèi)設(shè)備的控制、監(jiān)視和保護(hù)功能,，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置,、通信管理和軟件管理等系統(tǒng)維護(hù)功能。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)將變電站自動化系統(tǒng)在邏輯上劃分為3 層(即變電站層,、間隔層和過程層),，并將具體應(yīng)用功能分解為許多常駐在不同IED 內(nèi)、彼此間相互通信的單元,，稱為邏輯節(jié)點(diǎn)(logical node,，LN)，然后以LN 為對象建立變電站內(nèi)IED 的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務(wù)模型,，旨在解決不同廠商提供的IED間的數(shù)據(jù)交換,、信息共享等問題。
        遵循IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)主要包括：①主站自動化系統(tǒng)軟件(人機(jī)界面,、數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)管理等),；②間隔層裝置(保護(hù)、測控單元等),；③過程層設(shè)備,，包括電子式電流/電壓互感器(electronic current/potential transducer，ECT/EPT),、智能斷路器/隔離開關(guān),、合并單元等,；④工程化工具(如配置工具等)，用于管理IEC 61850所定義的的通信模型,，并滿足IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(一致性測試)的規(guī)范要求,，如圖3所示：

圖3：IEC61850與數(shù)字化變電站接口與體系結(jié)構(gòu)

1.4數(shù)據(jù)模型
        在了解數(shù)據(jù)模型之前，首先需要了解一些關(guān)于IEC61850 的重要概念
智能電子設(shè)備(IED)：實(shí)際的物理設(shè)備,，如開關(guān),、斷路器，綜保等,。
功能：變電站自動化系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù),，如：母線保護(hù)、聯(lián)鎖,、報(bào)警管理等,。
邏輯設(shè)備(LD)：一種虛擬設(shè)備，聚合邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù),，物理設(shè)備可以包含一個或多個LD,。
邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)：用來描述系統(tǒng)功能的基本單位，是數(shù)據(jù)對象的容器,，可以任意分配到
IED,，每個邏輯節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部的數(shù)據(jù)都有具體的語義，并通過他們的服務(wù)與外部進(jìn)行交互,。
在IEC61850 中,，一個IED 設(shè)備的外部性能通過Server 服務(wù)器類來表征，Server 服務(wù)器可以包含一個或多個邏輯設(shè)備,，一個邏輯設(shè)備可以包含多個邏輯節(jié)點(diǎn),，在IEC61850 中一些邏輯節(jié)點(diǎn)是電力系統(tǒng)實(shí)設(shè)備的映射。一個IED 設(shè)備要實(shí)現(xiàn)特定功能必然需要這些邏輯節(jié)點(diǎn)來終實(shí)現(xiàn)操作,、控制的功能,。可以簡單理解邏輯設(shè)備是IED 設(shè)備實(shí)現(xiàn)具體一個功能的抽象容器,，在這個容器中包含了實(shí)現(xiàn)功能所需的相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn),。