IEC61850规约简述

吴子莉　郭炜

摘要 ：IEC61850是智能变电站自动化系统的国际标准，它规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言。它指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。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，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。

关键词 ：智能变电站；IEC61850规约

IEC61850规约是全世界唯一的变电站网络通信标准，也将成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝连接自动化标准，本文将对IEC61850规约进行简要介绍。

1.IEC61850系列变电站通信网络和系统实施标准概述

伴随着现代计算机网络技术、通讯技术的发展，电力系统自动化二次设备的数据来源发生变化，正逐步的从传统的模拟信号阶段走向现代的数字信号阶段，智能变电站应运而生。智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，智能变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。

2.IEC61850装置模型及配置方式

2.1 模型（model）的概念

模型是现实事物的某些代表性特点的表示，可以是物理实体，也可以是某种图形或者是一种数学表达式。创建模型的目的是帮助我们去理解、描述、探索特定实体或现象的简单表示，预测实际世界发生的事情。用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于了解过程的实质。例如，IEC61850-7-x定义的模型着眼于变电站数据通信特征和功能来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环境镜像（电力系统过程、开关场）。

依据建模方法，可将现实世界重变电站的三相分相断路器虚拟化为一个虚拟环境中的逻辑节点XCBR，将实际断路器的位置、动作次数等信息虚拟化为逻辑节点下的数据Pos、OpCnt，这样就实现了真实世界中的事物到虚拟环境的虚拟化，事物的属性也映射到了虚拟的模型环境中，在这个虚拟的环境中，我们就可以研究分析现实事物的原理、行为等，例如可以获得断路器的分合状态以及断路器的动作次数等信息，依据所获得的这些信息，进一步又可以研究是否需要分合断路器、或者是判断断路器是否需要检修。

将现实变电站中的相关的事物及属性、方法逐一虚拟到模型文件中，即完成了设备的建模。例如实际的断路器可虚拟为一个LN（XCBR），该LN包含位置信息（Pos）、动作次数（OpCnt）等数据；另外电压互感器可虚拟为TVTR逻辑节点，电流互感器虚拟为TCTR逻辑节点，刀闸地刀虚拟为XSWI逻辑节点，以此类推，现实中的各种实物都可虚拟到不同功能的LN中。

2.2 ICD模型文件

智能变电站自动化系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较好的了解各智能设备的行为、互操作性，工程实施采用了面向对象的方法，通过可扩展标记语言XML，创建一个可全面描述IED功能的文件，这个文件称为智能设备的配置描述（IED Configuration Description），简称ICD。ICD文件仅经过IED配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置，只是对现实智能设备的功能的一个全面描述。

2.3 CID文件

一个置于变电站通讯网中的智能设备，除了本身可独立运行外，还需要与其他智能设备进行数据交换，以完成自身的某些功能，或者输出数据供其他智能设备使用，那该智能设备如何才能知道与其他智能设备交换些什么数据，我们可以通过变电站配置描述语言（Substation Configuration description Language）工具对装置ICD模型文件予以配置，主要包括MMS、GOOSE、SMV部分，告知智能设备需要与外界交换那些信息，那么这个经过SCL工具配置过的文件称之为经过配置的智能设备描述（Configured IED Description）文件，简称CID文件，它是对ICD文件的一个扩充，不仅包含IED的功能描述，同时还包含了数据交换信息、报文控制信息等。

3.MMS 服务

3.1 MMS介绍

MMS（Manufactoring Message Specification）即制造报文规范，是ISO/IEC9506 标准所定义的一套用于工业控制系统的通信协议。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。它独立于应用和设备的开发者。MMS特点介绍如下：

（1） 定义了交换报文的格式；结构化层次化的数据表示方法；可以表示任意复杂的数据结构；ASN.1编码可以适用于任意计算机环境；（2） 定义了针对数据对象的服务和行为；（3） 为用户提供了一个独立于所完成功能的通用通信环境。

3.2 MMS 功能

（1）信号上送

开入、事件、报警等信号类数据的上送功能通过BRCB（有缓冲报告控制块）来实现，映射到MMS的读写和报告服务。通过有缓冲报告控制块，可以实现遥信和开入的变化上送、周期上送、总召、事件缓存。由于采用了多可视的实现方案，事件可以同时送到多个后台。brcbRp是带缓存的报告控制块，而urcbRp 是不带缓存的报告控制块。一般遥信类信号缓存，保护模拟量不缓存。

（2）测量上送

遥测、保护测量类数据的上送功能通过URCB（无缓冲报告控制块）来实现，映射到MMS的读写和报告服务。通过无缓冲报告控制块，可以实现遥测的变化上送（比较死区和零漂）、周期上送、总召。由于采用了多可视的实现方案，使得事件可以同时送到多个后台。

（3）控制

遥控、遥调等控制功能通过IEC61850的控制相关数据结构实现，映射到MMS的读写和报告服务。IEC61850提供多种控制类型，南瑞继保PCS系列装置实现了增强型SBOw功能和直控功能，支持检同期、检无压、闭锁逻辑检查等功能。

（4） 故障报告

故障报告功能通过RDRE逻辑节点实现，映射到MMS的报告和文件操作服务。录波文件产生时，RDRE下的RcdMade和FltNum通过报告上送到后台；后台以如下方式召唤故障报告，其过程如下：

首先装置给客户端上送故障报告， 客户端会对装置下发查询波形列表文件，注意这时候有的厂家的装置目录有点不一致的，需要确认，比如南自的是“/comtrate/”，PCS 装置是“/comtrade”和“comtrade/”都可以认别。装置会将波形的所有列表送给客户端，客户端进行打开文件列表请求，装置对客户端打开文件列表回应，客户端进行读取文件请求，装置对客户端读取文件回应，文件读取后，客户端要关闭文件请求，文件读取后，装置对关闭文件请求回应。

4.结论

IEC61850标准是新一代的变电站通信网络和系统协议，适应分层的智能电子装置和变电站自动化系统，该协议根据电力系统生产过程的特点，制定了满足实时信息传输要求的服务模型；采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，适应了网络发展；采用面向对象建模技术，面向设备建模和自我描述，以适应功能扩展，满足了应用开放互操作的要求；采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义了了数据和数据属性；定义和传输元数据，扩充了数据和设备管理功能。

IEC61850标准作为是全世界唯一的变电站网络通信标准，也将成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝连接的自动化标准， IEC61850体系使变电站信息建模标准化成为可能，信息共享具备了可实施的基础前提，为电力系统自动化产品的“统一标准、统一模型、互联开放”的格局奠定了基础。

参考文献：

[1]何磊.IEC61850应用入门。北京：中国电力出版社。2012.183

[2]付海明。IEC61850标准的研究及通信网关的设计与应用.華北电力大学硕士论文，2007.