下载文档原格式
同厂家的电子设备（IED）之间通过一种标准（协议）实现互操作和信息共享。
IEC61850技术将成为电力系统信息技术的基础，对电力自动化技术的发展产生巨大的影响。
目前IEC61850技术在变电站层和间隔层的技术已经成熟，已经到了批量推广的时机。
IEC61850变电站通信网络和系统系列标准对于建设现代数字化变电站统一信息平台的意义，符合电力专用的通信产品提供商的进展以及工业以太网交换机的行业专用化趋势。
构建符合IEC61850的现代数字化变电站众所周知，随着变电站自动化技术和现代网络通信技术的发展，IEC61850标准已成为近年来数字化变电站自动化研究的热点问题之一。
所谓数字化变电站，就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。
传统以来，国内主流的变电站自动化系统中广泛采用的是国际电工委员会IEC于1997年颁布的继电保护信息接口配套标准IEC60870-5-103规约。
由于该规约制定时间较早，受技术条件的限制，在以太网和智能数字化设备迅速发展的今天，其缺陷日益明显，如：（1）没有定义基于以太网的通信规范。
（2）没有标准的系统功能、二次智能设备的模型规范。
（3）缺乏权威的一致性测试。
（4）不支持元数据传送，没有统一的命名规范。
上述缺陷直接导致变电站自动化系统在建设过程中不同厂家设备之间互操作性较差，不同厂家设备之间互联需要规约转换设备，需要进行大量的信息对点工作，变电站自动化系统集成工作量增加，系统信息处理效率低下。
因此不难看到，随着变电站二次设备及系统的发展，设备一体化、信息一体化已成为必然的趋势，迫切需要一个统一的信息平台实现整个自动化系统。
为了统一变电站通信协议，统一数据模型，统一接口标准，实现数据交换的无缝连接，实现不同厂家产品的互操作，减少数据交换过程中不同协议间转换时的浪费，IECTC57工作组在IEEE协议UCA2.0基础上，组织制定了IEC61850——变电站通信网络和系统系列标准，并于2004年正式发布。
IEC61850规约整体介绍1.总体概念1.1 IEC61850标准制定的背景同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。
该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，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，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，从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，实现完全互操作。
IEC61850解决的主要问题（1）网络通信；（2）变电站内信息共享和互操作；（3）变电站的集成与工程实施。
1.2 IEC61850重要的基本名词MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范GOOSE：generic object oriented substation events面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：LOGICAL-DEVICE 逻辑设备，代表典型变电站功能集的实体LN：LOICAL-NODE 逻辑节点，代表典型变电站功能的实体CDC：common DATA class (DL/T860.73) 公用数据类Data：位于自动化设备中能够被读、写，有意义的结构化应用信息。
DA：data attribute数据属性，数据属性（IEC 61850-8-1）命名：LD/LN$FC$DO$DA FC：functional constraint功能约束FCDA：Functionally constrained DataAttribute功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的两台或多台IED交换信息并用这些信息正确地配合工作的能力。
服务器：为客户提供服务或发出非请求报文的实体。
客户端：向服务器请求服务以及接收来自服务器非请求报文的实体。
3。
1概述IEC 61850标准不仅给变电站自动化系统提供最完备的通信标准，而且能够对数字化变电站应用技术做好最大的支撑.IEC 61850标准还运用到给变电站的自动化系统所处理的对象建立了一致的模型，这个操作主要是根据该通信标准来进行的；而且在整个过程中还需要采用相关的技术和接口，主要有面向对象技术和抽象服务通信接口（Abstract Communication)，而且该接口是不依赖系统所具有的网络的结构的,同时还应用了GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event），它是针对通用对象的,传输实时性要求高的事件；使用XML文档对装置数据内容和结构进行描述;提出SCL（Station Configuration Language)语言描述变电站配置。
目的是实现设备间的无缝连接，达到“即插即用”，“一个世界、一种技术、一个标准”是工业控制通信所追求的最终目标。
[1]下面主要从十个方面来对IEC61850标准进行相关的介绍：IEC61850—1 基本原则，对IEC61850标准的总体情况进行了简单的说明;IEC61850—2 相关专业用语的阐述;IEC61850-3 有关的规范和要求，主要有关于质量方面（是否可靠，是否可以进行维护，所用的系统是否具有可用性，是否轻便，而且安全)，应该处于哪一种环境中，其他的辅助性服务有哪些，除此之外的标准和规范有什么。
IEC61850—4对于系统和工程方面所提出的要求和规范，工程方面：主要对工程实施过程中所应遵循的要求，比如参数分类、工程文件、工具等；系统方面：周期,主要包括工程交接以及交接后的支持;质量方面：主要是对这一标准实施过程中质量管理的流程.IEC61850—5 功能和装置模型的相关概述，主要是阐述了一些概念和功能的定义，如逻辑节点的途径，逻辑通信链路,通信信息片PICOM;IEC61850—6结构语言,主要一些形式语言描述，包括装置和系统属性；IEC61850—7—1阐述了变电站和馈线设备的使用是基于什么理论知识以及采用的是什么模式运作的。
IEC61850标准简介刚刚群发的版本有些问题，重发一下。
随着智能变电站技术的广泛应用，【157继保教室】计划逐步介绍一些智能变电站的相关基础知识。
首先什么是智能变电站呢？国网公司Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》给出的定义是：智能变电站是采用智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求。
自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
影响智能站继电保护的关键因素可概括为五个方面：IEC61850标准、电子式互感器的应用、智能一次设备的出线、网络通信技术应用、智能变电站自动化系统总体构架。
本期首先来初步了解一下IEC61850的相关概念。
IEC61850实际上是一系列标准，全称为《变电站通信网络与系统》。
制定IEC61850系列标准的目的就是要实现不同厂商设备之间的互操作性。
所谓“互操作性”也就是说：不同厂家的设备能够交换信息。
并利用交换的信息正确执行特定的功能。
IEC61850系列标准内容艰深，这里简单做一些粗浅介绍。
1、变电站功能的分层结构IEC61850标准提出了变电站自动化系统功能分层的概念。
将变电站设备按照功能分为三层：即过程层、间隔层、站控层。
过程层主要功能是将交流模拟量、直流模拟量、状态量就地转化为数字信号提供给上层，并接受和执行上层下发的控制命令。
过程层设备包括一次设备及其智能组件。
间隔层主要功能是采集本间隔一次设备的信号，控制操作一次设备，并将相关信息上送给站控层设备和接受站控层设备的命令。
间隔层设备由每个间隔的控制、保护、监视装置组成、站控层主要功能是实现对全站一次、二次设备进行监视、控制以及与远方控制中心通信。
站控层设备包括监控主机、远动工作站、操作员工作站、对时系统等。
逻辑接口可以采用几种不同的方法映射到物理接口。
一般可用站级总线覆盖逻辑接口1、3、6、9，采用过程总线覆盖逻辑接口4、5。
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。
变电站通信网络和系统（IEC 61850）标准概述由于现有的规约五花八门、缺乏统一性，数字化（智能化）变电站成为发展方向，性能和速度已不再是问题，因此产生了IEC 61850标准。
IEC 61850系列标准吸收国际先进新技术，并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国际标准作为61850系列标准的一部分。
所以它是一个十分庞大的标准体系，确切地说，它是一种新的变电站自动化的设计、工程、维护、运行方法准则。
IEC 61850系列标准的全称：变电站通信网络和系统（Communication Networks and Systems in Substations），它规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系列要求。
IEC 61850的关键技术：1)变电站三层接口2)采用模型思想进行对变电站统一建模3)抽象通信服务和特定通信服务4)统一的配置描述语言5)IEC 61850标准包括10个部分：6)IEC 61850-1基本原则，包括了适用范围和目的，定义了变电站内IED（电子式互感器Intelligent Electronic Device）之间的通信和相关系统要求，并论述了制定一个适合标准的途径和如何对待通信技术革新等问题。
7)IEC 61850-2术语，给出了IEC 61850文档中涉及的关于变电站自动化系统特定术语及其定义。
8)IEC 61850-3总体要求，详细说明系统通信网络的总体要求，重点是质量要求（可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性以及总的网络要求），还涉及了环境条件（温度、湿度、大气压力、机械振动、电磁干扰等）和供电要求的指导方针，并根据其他标准和规范对相关的特定要求提出了建议。
9)IEC 61850-4系统和项目管理，描述了对系统和项目管理过程的要求以及对工程和试验所用的专用调度要求。
主要包括：工程过程及其支持工具，，整个系统及其IED的生命周期，系统生命期内的质量保证供三个方面。
10)IEC 61850-5功能通信要求和装置模型，规范了变电站自动化系统所完成功能的通信要求和装置模型。
为了区分技术服务和变电站之间以及变电站IED之间的通信要求而对功能进行描述，为支持功能自由分配要求，将功能适当地分解为相互通信的几个部分，给出其交换数据和性能要求，对典型变电站配置，上述规定可通过数据流的安排加以补充。
11)IEC 61850-6变电站中IED通信配置描述语言，规定了描述通信有关的IED配置和参数、通信系统配置、开关间隔（功能）结构以及他们之间关系的文件格式，目的是在不同制造商的IED管理工具和系统管理工具间，以某种兼容的方式交换IED性能描述和变电站自动化系统描述。
12)IEC 61850-7变电站和馈线设备的通信结构，是变电站之间协调工作和通信的体系描述。
IEC 61850-7共包括4个部分：IEC 61850-7-1原理模型，提供了有关基本建模和描述方法的信息，解释了IEC 61850-7-2、IEC 61850-7-3、IEC 61850-7-4和IEC 61850之间的详细要求，以及IEC 61850-8-x和IEC 61850-9-x中具体的通信协议。
IEC 61850-7-2抽象通信服务接口(ASCI)，主要从三个方面进行描述，可以通过通信网络访问的全部信息的分层类模型，对这些类进行操作的服务，每个服务相关的参数。
IEC 61850-7-3公共数据类，定义了和变电站应用有关的公共属性和公共数据类，这些公共数据类用于本标准的IEC 61850-7-4本分。
IEC 61850-7-4兼容逻辑节点类和数据类，规定了IED之间通信用的兼容逻辑节点名称和可能包含的所有数据名称。
所定义的名称用于建立分层对象引用，共IED内部以及IED之间通信使用。
13)IEC 61850-8-1特殊通信服务映射(SCSM)——映射到制造报文规范(MMS)，说明了再局域网上交换实时数据的方法，将ACSI映射到MMS 的服务和协议，只用于变电站层到间隔层的映射。
14)IEC 61850-9特殊通信服务映射(SCSM)，规定了间隔层和过程层间的映射。
15)IEC 61850-10一致性测试，规定了变电站自动化系统和设备通信方面的一致性测试方法，还给出了设备测试环境的准则和规定了互操作的等级。
以上这10个部分的内容体现了IEC 61850与传统变电站自动化系统通信协议的不同，它不仅定义了变电站自动化系统的通信要求和数据交换，而且进一步详细全面规范了整个系统的通信网络和体系机构、对象模型、项目管理和测量方法等相关内容。
其结构用图表示见图1所示。
IEC 61850的主要目标是实现变电站内IED之间的互操作，与此同时也重视了通信标准的各种适应性。
IEC 61850的内容分析：1)互操作性在IEC 61850中互操作性被描述为：“来自同一厂家或者不同厂家的IED之间信息和正确使用信息协同操作的能力。
”其中信息交换需要通信协议栈的支持；信息的正确使用依赖于信息的相互理解，需要信息语义的支持；而协同操作与变电站自动化系统的功能分布相关，依赖于过程数据的共享和对信息实体的规划。
2)功能自由分布功能自由分布在IEC 61850中虽然没有规范的定义，但是往往与互操作性的描述相继而现，从通信标准的角度来看，自动化功能在IED和控制层次中的分布不可能唯一固定，它依赖于可用性要求、性能要求、成本限制、技术状况、应用策略等，因此标准应适应各种功能分布情况。
IEC 61850关于功能自由分布的这种表述事实上强调了变电站自动化分布式实现中的自动化功能（子功能）的可分布性，而不仅仅是自动化装置的分布。
跨越自动化装置边界的自动化功能（或子功能）之间的协调配合代表了变电站自动化的未来发展趋势，因此对功能自由分布的支持是IEC 61850针对自动化逻辑适应性的体现。
3)可扩充性IEC 61850面向变电站自动化的所有应用，全面地支持信息扩充是标准应用适应性的重要体现。
4)长期稳定性为了适应历史的、目前的和未来的通信技术，IEC 61850对通信服务采用了抽象定义的方法，即ASCI，而将具体的通信协议栈应用以SCSM加以规定，适应了通信技术的发展和变化。
这是IEC 61850优于传统通信协议的主要特征之一。
图1 IEC 61850 的结构IEC 61850的标准特征：1)信息分层的变电站结构变电站通信网络和系统协议IEC 61850提出了变电站内信息分层的概念，将变电站的通信体系分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并定义了层和层之间的通信接口。
如图2所示。
图2变电站自动化系统功能层次和逻辑接口接口1：间隔层和变电站层之间保护数据交换；接口2：间隔层与远方保护之间保护数据交换；接口3：间隔层内数据交换；接口4：过程层和间隔层之间电流和电压瞬时数据交换接口5：过程层和间隔层之间控制数据交换；接口6：间隔层和变电站层之间控制数据交换；接口7：变电站层与远方工程师办公地数据交换；接口8：间隔之间直接数据交换；接口9：变电站层内数据交换；接口10：变电站和远方控制中心之间控制数据交换。
由于接口2、接口7和接口10涉及到变电站之间和变电站与控制中心间的通信其范围已超出变电站内部，故IEC 61850中并没有具体讨论以上三个接口的定义。
从接口的定义可以看出：过程层主要完成开关量I/O、模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能；间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用；变电站层的功能主要有两类：一是与过程相关的功能；二是与接口相关的功能。
2)面向对象的数据对象统一建模IEC 61850采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机、服务器结构的数据模型。
每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备（Logical Device,LD)。
逻辑设备包含逻辑节点（Logical Node，LN），逻辑节点包含数据对象（Data Object,DO)。
数据对象则是由数据属性（Data Attribute , DA)构成的公用数据类的命名实例。
从通信而言，IED同时也扮演客户的角色。
任何一个客户可通过抽象服务接口和服务器通信，可以访问数据对象，如图3所示。
图3 服务器中典型数据模型分层结构从模型构成语义可以看出，信息模型不是数据集合，而是数据与功能服务的聚合，是一个面向对象的模型，模型中的数据和功能服务相互对应，数据交换必须通过对应的功能服务来实现。
数据与功能服务的紧密结合使模型具备了良好的稳定性、可重构性和易维护性。
3)采用与网络独立的ACSIIEC 61850总结了变电站内信息传输所必须的通信服务，设计了独立于所采用网络和应用协议的ASCI。
图4中，客户服务通过抽象通信服务接口，由SCSM映射到采用的通信栈或协议子集；在服务器侧，通信栈或协议子集通过SCSM和ACSI接口。
由于电力系统的复杂性，信息传输响应时间的要求不同，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络，采用IEC 61850只需要改动相应的SCSM，而不需要修改ACSI。
图5中采用过程和抽象服务接口是一样的，不同的网络应用层协议和通信栈与不同的SCSM1~n相对应。
IEC 61850定义了14类ACSI模型，用来规范信息模型的功能服务。
每类ACSI 模型都由若干抽象通信服务组成，每个服务又定义了服务的对象和方式：服务方式包括服务的发起、响应和过程，而服务的过程是指某个具体服务请求如何被服务器响应，以及采取什么动作在什么时候以什么方式响应。
ACSI模型中的通信服务分为两类：客户机/服务器结构，主要应用在针对控制、读写数据值等服务中；发布者/订阅者模式，主要应用在针对快速和可靠的数据传输服务中，例如采样值传输、通用变电站事件等服务。
图5 ACSI和网络的对应关系4)面向对象、面向应用开放的数据自我描述以往的通信标准采用面向点的数据描述，即在信息传输时数据收发双方必须事先对数据库进行约定，并一一对应，这样才能正确反映现场设备的状态。
协议一旦确定以后，如果要增加或删除某些信息，就必须对协议进行修改，这是一项耗费资金和时间的工作。
随着技术发展、电力市场的建立和变电站自动化水平的提高，变电站内需要传输的新信息不短增加，这种数据描述方法已不打适应，因而使新功能的应用受到限制。
IEC61850采用面向对象的数据自描述，即在数据源就对数据本身进行自我描述，接收方收到的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应或进行标度转换等工作。
面向对象的自描述数据可不受预先定义的限制进行传输是实现互操作的一个必要条件，同时也极大的简化了数据的管理和维护工作。
IEC61850将数据自描述和面向对象的功能服务有机结合，实现了面向对象的数据自描述：1)定义完整的各类(单元)数据对象和逻辑节点、逻辑设备的代码；2)定义用这些代码组成完整地描述数据对象的方法;3)定义了一套面向对象的服务。
