基于XML技术的变电站IED设备“即插即用”监控系统的研究

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

国内图书分类号：ＴＭ６３１；ＴＭ６４５．１

西南交通大学

研究生学位论文

基于ＸＭＬ技术的变电站ＩＥＤ设备

“即插即用”监控系统的研究

年

姓级——二０ｏ四

申请学位级别

专业墨茔亟±丞绫三堡

指导教师奎整基到垫蕉

二００七年四月

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌ页

摘要

变电站自动化技术发展很快，国内外厂商相继推出了多种变电站自动化系统的智能电子设备。但由于使用的网络和通信协议相互不兼容，需要协议转换才能将不同厂商的智能电子设备集成到一个变电站系统，从而增加了系统的成本和复杂性，降低了系统的可靠性。因此，厂商和用户迫切希望有关权威组织制订出统一的标准，使不同厂商的智能电子设备具有互操作性。

ＩＥＣ６１８５０是目前关于变电站自动化系统的通信网络和系统的最新国际标准。它由ＩＥＣＴＣ５７制订，经过几年讨论后于２００５年正式颁布。制订ＩＥＣ６１８５０的主要目的就是使不同制造厂商的智能电子设备具有互操作性，使它们可以方便地集成到一个系统中去。本论文首先对ＩＥＣ６１８５０标准的发展背景和研究现状进行了介绍，然后分析了ＳＣＬ对象模型，并从变电站自动化系统的全局层面上描述了ＩＥＤ的配置管理过程，最后对变电站ＩＥＤ“即插即用”监控系统的具体实现做了细致的介绍。变电站自动化系统中可以增加自动识别和远程配置模块，在间隔层设备安装之后，厂站端和调度端系统可以自动更新，加入新设备的信息，并由调度端直接得到保护定值等参数并进行在线远程配置。ＩＥＣ６１８５０定义了专门的基于ＸＭＬ的变电站配置语言ＳＣＬ，用来描述ＩＥＤ配置信息，我们可以借助ＸＭＬ技术在网上远程传输，然后解析出该ｌＥＤ信息，即刻纳入到调度管理系统中，并在调度系统中运行，在监控系统中实现ｌＥＤ设备的“即插即用”。

关键词智能电子设备：ＳＣＬ：ＳＡＳ：ＩＥＣ６１８５０；即插即用

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌ｜页

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｓｖｅｒｙｆａｓｔ，ｎａｔｉｏｎａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｈａｖｅｐｒｏｄｕｃｅｄｍａｎｙｋｉｎｄｓｏｆＩＥＤｓｏｆＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ（ＳＡＳ）．Ｂｕｔ

ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎａｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｎｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｕｓｅｄｎｅｔｗｏｒｋｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｔｈｅｗｈｉｃｈａｎｄａｒｅＰｒｏｔｏｃｏｌｓ，ＴｈｅＩＥＤｓｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ

ａｎｄｓｙｓｔｅｍｎｅｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｉｌｌｔｈｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，Ｔｈｅｓｅｃａｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｓｔｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｄｕｃｅ

ｕｓｅｒｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓａｎｄ

ａｕｔｈｏｒｉｔｙｉｍｍｉｎｅｎｔｌｙｈｏｐｅｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｔｏｄｒａｗａｌｌｕｎｉｆｏＩＴａｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅＩＥＤｓ

ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｃａｌｌｈａｖｅｔｈｅｉｕｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ．

Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ＩＥＣ６１８５０ｉｓｔｈｅｎｅｗｅｓｔｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄａｂｏｕｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｙｓｔｅｍｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．ＩＥＣ６１８５０ＷａｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔｂｙＩＥＣＴＣ５７，ｉｔｗａｓｐｕｂｌｉｓｈｅｄｉｎｄｕｅｆｏｒｍ２００５，ａｆｔｅｒｓｅｖｅｒａｌｙｅａｒｓ’ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ

ａｍａｉｎａｉｍｈａｖｅａｂｏｕｔｗｏｒｋｉｎｇｏｕｔＩＥＣ６１８５０ｉＳｌｅｔｔｉｎｇｔｈｅＩＥＤｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｉｅｓ，ｔｈｅＩＥＤｓＣａｎｂｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏｓｙｓｔｅｍｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ．Ｆｉｒｓｔ，

ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆＩＥＣ６１８５０，ｔｈｅｎａｎａｌｙｓｅｓ

ａｎｄｔｈｅＳＣＬｏｂｊｅｃｔｍｏｄｅｌ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅＩＥＤ’Ｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｔｈｒｅｅｌａｙｓｏｆｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅ“ｐｌｕｇ

ａｄｄ

ａｌｅａｕｔｏｐｌａｙ＇’ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｔａｉｌ．ＳＡＳＣａｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄｒｅｍｏｔｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ａｆｔｅｒｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｐａｒｔｉｔｉｏｎｌａｙ，ｔｈｅｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｕｔｏｕｐｄａｔｅ，ｅｎｔｅｒｔｈｅｎｅｗｄｅｖｉｃｅ’Ｓ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｇｅｔｓｙｓｔｅｍｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｅｔｔｉｎｇｖａｌｕｅａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｎｆｉｇｕｒｅｉｔｒｅｍｏｔｅｌｙｏｎｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｄｉｒｅｃｔｌｙ，ａｎｄ

ｌａｎｇｕａｇｅ

ｔｏｌｉｎｅ．ＩＥＣ６１８５０ｄｅｆｉｎｅｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｏｎＳＣＬ（ＳｕｂｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ）ｂａｓｅｄ

ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｅ

ＩＥＤＸＭＬ，ＳＣＬｉＳｕｓｅｄｔｒａｎｓｆｅｒｉｔｉｎｔｈｅｉｔｉｎｔｏｎｅｔｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅＩＥＤｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｃａｎｂｙｔｈｅＸＭＬｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｎｐａｒｓｅｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｂｒｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ，

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文

ｒｕｎｎｉｎｇｉｎｔｈｅｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆ

ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．第１ｌｌ页ＩＥＤ…ｓｐｌｕｇａｎｄｐｌａｙ’’

ＫｅｙｗｏｒｄｓｌＥＤ；ＳＣＬ：ＳＡＳ；１ＥＣ６１８５０；ＰｌｕｇａｎｄＰｌａｙ

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１页

第１章绪论

１．１课题研究背景

变电站综合自动化是在计算机技术、现代电子技术、信号处理技术和网络通信技术的基础上发展起来的。变电站自动化技术有着二十多年的发展历史。国外在八十年代已有分散式变电站自动化系统问世。我国起步较晚，从九十年代才开始研制和生产集中式的变电站自动化系统。

最初的变电站自动化系统中采用ＲＴＵ（ＲｃｍｏｔｃＴｅｒｍｉｎａｌＵｎｉｔ）完成“四遥”功能，即以数据点名方式收集站内的模拟量和状态量并传送给主站，同时接受主站发下来的控制命令，输出到相应的监控对象。接入ＲＴＵ的模拟量信号是经电流或电压互感器变换得到的；数字量信号来自线路开关或保护继电器等监控对象的相应触点。这些信号通过大量的并行电缆接入到Ｒ１ｕ，经采样处理形成数据向主站传送。最初的变电站自动化通信主要指经ＲＴＵ与调度主站间的通信。通信方式分为：有线和无线两种，通信规约也较为简单，并以传输监控信息为主ｆＩＪ。

变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电站的运行具有电力系统中电能快速变化和电气过程快速传播的特点，因此，当系统运行出现异常情况时，变电站必须做出快速反应，及时处理，这是人工手动操作力所不能及的，而必须采用自动化技术。当前变电站自动化是将变电站中的微机保护、微机监控等设备通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。因此，通信技术的实现是变电站自动化技术的关键。

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增多，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。变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。然而，对于变电站自动化技术的高速发展，国内外厂商推出的多种变电站自动化系统产品在给用户带来更多选择的同时，也带来了互操作性的问题。所谓“互操作性”１２】，是指同一厂家或不同厂商的多个智能电子设备ＩＥＤ

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文

（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ第２页Ｄｅｖｉｃｅ）具有交换信息并使用这些信息进行正确协同

Ｓｙｓｔｅｍ））操作的能力。在变电站自动化系统（ＳＡＳ（ＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ

中，ＩＥＤ是基本单元。ＩＥＤ自身的配置，以及ＩＥＤ在ＳＡＳ中的配置是非常重要的。ＩＥＤ出厂时的初始配置，根据ＳＡＳ要求对ＩＥＤ进行具体配置，根据系统配置的变化更新ＳＡＳ系统（如一次接线图、定值整定、装置信息管理等），在整个ＳＡＳ系统的运行和维护中都是相当重要的环节。这些工作可以由工作人员人工完成（如手工输入配置信息表或在现场对ＩＥＤ进行设置）【３】；或者，在保证系统安全性的前提下，ＩＥＤ配置管理也可以通过网络远程进行。一个普通变电站使用的产品可能出自国内外各大公司，如南瑞、东方电子、许继、ＡＢＢ、ＳＩＥＭＥＮＳ等，也可能出自其它小公司，它们采用的标准也不尽相同，如ＣＤＴ、ＩＥＣ６０８７０、ＭＯＤＢＵＳ、ＳＰＡ以及种类繁多的自定义标准。由于电力系统功能的实现需要使用不同通信协议的众多制造厂商的设备以及采用不同接口的子系统共同参与配合完成，多种通信协议的采用使得不同厂家的设备间通信必须通过大量的协议转换来完成，从而浪费了大量的人力物力，并且必然影响系统的可靠性和实时性。因而采用统一的通信协议，实现变电站自动化系统无缝通信以及变电站与电力系统其它子系统接口的协调和一致成为了业界极为关注的问题。

１．２课题研究意义及国内外现状分析

１．２．１课题研究意义

随着计算机技术、微处理器技术、网络通信技术的飞速发展，在变电站自动化领域出现了大量的智能电子设备（ＩＥＤ）。ＩＥＤ在变电站中普及应用，形成了许多单项自动化系统，例如：微机监控、微机保护、电压无功控制器和开关控制器等。这些系统间相对独立，没有直接的电气联系，通常由电力企业的不同部门来管理、维护。单项自动化系统所用的ＩＥＤ种类繁多，提供的接口和功能各不相同，数据格式也多种多样。设备间不能共享信息，数据的一致性难以保证。这就是“自动化孤岛”问题。这种现象不仅造成了软、硬件设备的重复投资，还增加了变电站的运行维护成本【４】。

早在八十年代末期，国际上就提出采用系统集成的方法解决“自动化孤岛”问题，也就是建立一个标准化的、开放的系统平台，以期达到互操作性的

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第３页

目的。互操作性是指同一制造厂或不同制造厂的两个或多个ＩＥＤ间相互交换信息并使用这些信息进行协调工作的能力。如果ＩＥＤ之间能够进行互操作，进而由ＩＥＤ组成的自动化子系统之间、以及子系统与调度中心之间的互操作就可能实现。互操作性是以信息共享和系统集成为基础的１５ｌ。开放式系统平台需要一般标准化的、先进的通信网络作支撑。

基于大规模集成电路技术强劲的发展，导致了先进的、快速的、功能强的微型处理器的出现，使变电站自动化系统ＳＡＳ的实现成为可能，并且借助一些智能电子装置ＩＥＤ去实现继电保护、当地和远方监视与控制等功能。因此，提出了在ＩＥＤ与监控系统之间高效通信、自动识别、即插即用的要求，特别是规约标准化的要求。国际电工委员会（ＩＥＣ（ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＥｌｅｅｔｒｏｔｅｃｌｍｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ））ＴＣ５７制定了《变电站通信网络和系统》系列标准，该标准为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一标准【６ｌ。在变电站自动化系统中，ｌＥＤ的配置（自描述、功能和参数的设定）起着至关重要的作用，对变电站安全、可靠运行有着重要影响，实时获取ＳＡＳ中的ＩＥＤ设备信息就有着非常重要的意义。

ＳＡＳ需要突破原有的体系结构和传输模式，在充分利用快速可靠的光纤网络基础上结合最新网络化规约，才能实现广域网环境下调度主机、各厂站主机或ＩＥＤ之间直接、快速、准确、自由的信息交换。国际电工委员会５７技术委员会制定的ＩＥＣ６１８５０作为国际最新的变电站通信网络和系统标准，国际上若干生产变电站自动化设备的厂商正在积极地研发基于该标准的产品。在此形势下，未来供电调度自动化系统的通信标准肯定是要基于ＩＥＣ６１８５０的，这样才能实现整个系统无缝连接。目前，国内外关于这种数据通信的较深层次研究还很少。

本课题以基于ＩＥＣ６１８５０供电调度自动化为研究背景，主要研究ＳＡＳ中ｌＥＤ设备与调度中心之间利用ＸＭＬ（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅＭａｒｋｕｐ

（／ＳＣＬ（ＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ）Ｌａｎｇｕａｇｅ））技术生成和传输ＩＥＤ信息、在监控系统中实现即插即用的方式和途径，具有较强的理论意义和实用价值。

ＩＥＣ６１８５０的目标是形成一个标准的开放式变电站自动化通信体系，使得来自不同制造商的ＩＥＤ之间实现良好的互操作性，并适应通信技术的快速发展，从而满足用户对提高系统可靠性、减少重复投资和降低维护成本的需求。微处理器技术、网络通信技术的发展，面向对象建模、ＵＭＬ（ＵｎｉｆｉｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇ

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

Ｌａｎｇｕａｇｅ）及ＸＭＬ等先进的技术思想和支撑工具的出现为目标的实现提供了条件和基础。

１．２．２国内外现状分析

１．ＩＥＣ６１８５０标准的现状

八十年代末期，国际上提出建立一个标准化、开放的系统平台以解决“自动化孤岛”的问题，进而实现互操作性。近年来，国际电工委员会（ＩＥＣ）为将当前无序的通信协议规范化，提出了“Ｏｎｅｗｂｒｌｄ，ＯｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＯｎｅＳｔａｎｄａｒｄ＇’的倡议，新一代变电站通信系列标准ＩＥＣ６１８５０呼之欲出。由于ＩＥＣ的影响，北美大的厂家也开始放弃自己原来的规约，转而支持和致力于ＩＥＣ６１８５０的开发‘７１。

’最初的变电站自动化通信主要指变电站经ＲＴＵ与调度主站间的通信。通信方式分为有线（如载波或电话线）和无线（微波或无线扩频）两种，通信规约以传输监控信息为主。在通信技术飞速发展的情况下，变电站自动化领域中出现了大量智能电子设备（１ＥＤ）。ｌＥＤ在变电站的普及应用，形成了许多相对独立，没有直接电气联系的单项自动化系统。因为ＩＥＤ种类繁多，提供的接ＩＺｌ和功能各不相同，数据格式也多种多样，使得设备闻不能共享信息，数据的一致性也难以保证，这不仅造成软、硬件设备的重复投资，还增加了变电站的运行维护成本。在这种情况下，已经定义好的协议可能无法传输ｌＥＤ之间这些新的信息，而只有采用面向对象自我描述方法才可以适应形势发展的要求，不受预先约定的限制，传输任意性质的信息。同时，采用面向对象自我描述的方法，使得传输到调度控制中心的数据都有说明，可立即建立数据库．使得现场验收的验证工作大为简化，数据库的维护工作量也大为减少。ＩＥＣ６１８５０迎合这种新的变电站自动化的方法，各个ＩＥＤ和各变电站的数据都是可以进行自我描述的，并规定了模板式重复使用数据类，满足简化数据维护、无缝命名规则、对数据统一建模、容易集成到ＷＥＢ技术等要求，具有灵活可扩充性，并定义有大量数据属性和元数据。

ＩＥＣ６１８５０是迄今为止最为完善的关于变电站自动化的通信标准，它不仅能够适应日新月异的通信技术的变化发展，适应复杂多变的变电站自动化应用功能，能够科学地评估变电站自动化系统的通信性能，更重要的是，它适应了变电站应用功能的分布式（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）实现和组合（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

应用，真正意义上支持了变电站自动化相关设备的互操作性（Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）。与以往的通信标准相比，ＩＥＣ６１８５０为了实现互操作性，建立了完整的支持体系，对该体系做出了严格的规定，不再仅仅是一个传统的通信协议【８ｌ。与传统的变电站自动化系统的工程设计和通信实现相比，ＩＥＣ６１８５０更加侧重于一个统一环境即系统平台的建立，这个平台包括通信平台，管理平台以及测试平台，在这个平台上可以实现一致性要求。

据相关资料，国外的许多大公司如ＡＢＢ、ＳＩＥＭＥＮＳ、Ａｌｓｔｏｍ等公司都已看到了该标准的应用前景，已经开发或宣布了符合ＩＥＣ６１８５０的变电站自动化的相关产品，并且已经有项目在实施，符合ＩＥＣ６１８５０系列标准的ＩＥＤ设备及站控单元也有文献介绍。

国内开展ＩＥＣ６１８５０系列标准研究的主要有四方、南瑞、电科院、东方电子、许继、上海申瑞等科研单位及公司。一些大专院校的科研工作者也在进行研究。因为涉及到商业竞争及保密等因素的影响，其研究的进展及成果鲜有文献可查。在２００４年ｌＯ月举行的中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十界学术会上，涉及到ＩＥＣ６１８５０的文章有３篇，２００４年在《电力系统自动化》上发表的关于ＩＥＣ６１８５０标准的文章共计“篇。《电网技术》上发表的关于１ＥＣ６１８５０标准的文章共计５篇。２００５年也有近３０篇相关文章ｐＩ。国内许多大的电力企业，如上海电力局、浙江省局等也在多方面调研，希望能在将来采用ＩＥＣ６１８５０标准，以达到降低系统集成费用和维护成本、充分利用系统资源、提高系统可靠性的目的。

ＩＥＣ６１８５０的发展势不可挡。积极投入此类新颖完善的新兴标准的学习和研究，对发展我国电力事业，尽快与国际接轨有着良好的促进作用。２．变电站综合自动化系统及其发展

变电站自动化和无人值班是当今变电站综合自动化领域的热门话题，其发展势头蒸蒸日上。国外对发展变电站综合自动化系统方面极为重视，国外的所有电力系统设备均具有数字化通信功能，而且从国外发表的论文也可以看出在国外变电站综合自动化系统软件的研究开发也方兴未艾。

国外从７０年代末、８０年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。如由美国西屋电气公司和美国电力科学研究院（ＥＰＲＩ）联合研制的ＳＰＣＳ变电站保护和控制综合自动化系统，由日本关西电力公司与三菱电气公司共同研制的ＳＤＳ２ｑｒ保护和控制综合自动化系统从

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

１９７７－－１９７９年进行了现场试验及试运行，８０年代初已交付商业应用。目前，日本日立、三菱、东芝公司，德国西门子公司（ｓＩＥＭＥＮｓ）、ＡＥＧ公司，瑞士ＡＢＢ公司，美国通用电气公司（ＧＥ）、西屋电气公司（Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ），法国阿尔斯通公司（ＡＬｓＴＯＭ）等国际著名大型电气公司均开发和生产了变电站综合自动化系统，并取得了较为成熟的运行经验【ｌ叭。

而我国综合自动化技术的研究比较晚，虽然也取得了很大的进步。但是和国外先进技术相比，无论在硬件还是软件上都存在较大的差距。我国目前变电站自动化水平有高有低，参差不齐，选用的设备质量也有不同，数据共享能力差，以致软件和硬件重复投资，施工量增大，操作复杂，因此如何提高我国变电站综合自动化的水平，．是一个非常有意义的课题。随着计算机通讯技术的飞速发展及其在变电站自动化领域的应用日益推广，我国变电站二次设备的整体自动化水平发生着深刻的变化。在国内设各解决了数字化和数字通信的基础上，设计开发融测量、控制、信号、保护和远动等功能于一体，并能融合多种设备的综合自动化系统必将成为变电站综合自动化的发展方向。

３．变电站监控的现状

经济的持续快速发展必然促使对电力能源的需求增加，为了缓和电力供需的矛盾，世界各国都大力投资增加电力建设的规模。我国在近一段时期内，由于经济快速、持续、稳定的发展，国家在电力建设上，进行了大规模的投资，在投资建设的过程中也提出了两个方面的要求：如何减少投资，提高效益，提高电力系统的经济运行水平；如何提高电力系统的安全运行水平。变电站是电力输配电系统中非常重要的一环，涉及到许多安全运行、经济效益方面的问题【¨】。随着电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展和不断成熟，为解决这些问题提供了途径，计算机监控系统便应运而生。八十年代之后，以计算机技术为基础的变电站自动化系统成为趋势，世界许多发达国家已有大量非常成熟的产品投运于现场。

变电站自动化技术是在计算机监控、远方调度控制等技术的应用基础上发展起来的，对变电站运行自动进行监视、管理、协调和控制，提高了变电站的安全管理水平。提高了运行的可靠性，改善和提高了电网的控制水平，更为重要的是变电站自动化的发展，为电网综合自动化的发展和深入提供了广阔的前景。计算机、网络通信等高新技术的飞速发展和广泛应用使得变电

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

站监控方式从过去的有人值班过渡到无人值守，由过去的单纯调度运行转变为调度运行、生产、经营管理等多种应用。特别随着Ｉｎｔｅｍｅｔ技术的发展，实现了数据共享，并能提供给领导部门进行决策和管理［１２１。

国外变电站电力控制系统已经经历了三代变革。第一代产品为独立结构，不同功能如闭锁、保护、当地控制和远方控制等均由独立的部件完成。因而造成多重数据采集和分配，由于信息和资源不能共享，以致额外开销相当昂贵。第二代产品是部分综合结构，在变电站的ＲＴＵ实现了部分综合，然后邋过控制中心再进行综合。第三代产品为完全综合化结构，整个系统均为总线拓扑的分布式网络控制，这代产品代表着当前变电站监控的方向。西门子公司三代产品的结构图，在国外具有一定的代表性，从中可以看出变电站监控技术的进展情况。

随着我国电力工业的不断发展，电力网络规模不断扩大，网络结构的复杂性与日俱增。而作为电网枢纽的变电站，更是在电力系统中发挥重要的作用。它具有重大经济价值，且安全防范要求高，但由于变电站所处地理位置分散和偏僻的特点，为电力网络的管理造成了诸多不便，因此采用先进技术的研究成果对目前的变电站管理进行改进，逐步实现变电站的无人值守，进而提高电网的管理水平具有重要的意义。伴随电力网建设的同时，目前大多数电力企业，都已经建立了较具规模的电力通信网络，形成数字微波、光纤干线和电力载波线等混合型网络架构，通信带宽和信道质量有了明显提高，这些为变电站远程视频监控提供了必要的通信传输条件。

目前，国内变电站使用的监控系统的结构主要是星形结构和采用ＢＩＴＢＵＳ的单主机结构。星形结构在功能上是分散的，但在管理上是集中的，优点是结构简单、易实现、技术成熟，但是它可靠性低、难于采用余度技术、主机负担过重，调度困难，容易形成系统的瓶颈口，也使系统的扩充性和灵活性受到限制，由此可以看出，星形结构的监控系统不能满足变电站综合自动化的需要：ＢＩＴＢｕＳ网络是目前工业测控领域应用很广的网络之一，但由于它是集中式的多点网络，一主多从，不支持多主设备，没有广播功能，也很难胜任变电站综合自动化的需要”ｌ。

国内生产计算机监控系统的制造厂还是比较多的，有采用西门子（ＳＩＥＭＥＮＳ）技术的南京中德、杭州能基等公司，有采用ＡＢＢ技术的浙江创维，维奥机电（ＶＡＴＥＣＨ）及ＡＬＳＴＯＭ等制造厂，纯国产的有四方、南瑞、

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第８页

许继等。变电站计算机监控系统的引入，大大降低了变电站值班人员的工作强度，使得值班人员可以在控制楼内直接在计算机监控系统人机界面上读取变电站内各设备运行状态，并且可以通过计算机监控系统对设备进行操作，同时由于计算机监控系统软件中引入的电气闭锁逻辑，使得变电站的防误功能又加上了一道安全屏障，大大提高了变电站的安全运行系数。但是问题也接踵而来，由于目前系统中的计算机监控系统均为分散独立的产品，各厂家的前台数据采集装置的数据通讯是封闭的，后台的监控软件也是各个厂家都有自己的通信分析软件，通讯规约和数据格式也不同（甚至是同一厂家，同一型号的设备，在不同时期也是有差别的。）带来的结果是，在一个变电站内计算机监控系统的应用，在间隔层一般都需要采用同一厂家的同一型号的测控装置，在后台也必须采用同一厂家的监控软件。不同厂家的设备之间必须进行规约转换（而由于监控系统制造厂之间相互的技术壁垒，在实际的工程建设中，一个变电站的计算机监控系统是不可能采用两家以上制造厂的产品的），这样就带来了两个直接的后果，首先，保护和计算机监控系统的通讯需要一系列的规约转换，有多少不同类型的保护和计算机监控系统通讯就需要多少个规约转换器，大大降低了数据处理的实时性和可靠性：其次，不同厂家多样的规约，给工程的调试工作也带来了不必要的巨大的工作量；另外，若一个厂站一期建设时采用了某个制造厂的计算机监控系统，则在以后的扩建工程中必须采用同一厂商的同样类型的计算机监控系统，否则扩建的设备无法与一期的设备进行通讯。由于目前监控系统通讯规约的不统一，不但造成了硬件设备投资的重复和浪费，而且无法实现对各种保护信息及录波数据的共享与综合分析处理。

为了有效的利用计算机监控系统，确保工程投资的最大有效性，有必要统一各计算机监控系统制造厂的通讯规约，这样可以减少通信接口和通信线路，提高可用信息传输速率，简化操作，便于掌握，有利于变电站建设在设备选型上业主有更多的主动权和选择权，保证投资的安全性和长效性。１．３ＩＥＣ６１８５０系列国际标准的体系结构

ＩＥＣ６１８５０是目前国际最新流行并可能被国内引用为新的行业标准的变电站通信网络和系统标准，是关于变电站计算机监控的第一个比较完成的通

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文

讯标准体系。

１．３．１第９页ｌＥＣ６１８５０的发展背景

９０年代初期，两个标准化活动在欧洲和美国同时展开。当时由于微处理器技术的发展，基于微处理器的新型继电保护设备ＩＥＤ不断涌现，为了实现各ｌＥＤ之间的互操作，ＩＥＣ认识到有必要制定信息接口标准。ＩＥＣＴＣ５７和［ＥＣＴＣ９５成立了一个联合工作组，制定了标准ＩＥＣ６０８７０．５．１０３（继电保护设备接口配套标准）。在美国，电力科学研究院（ＥＰＲｊ）则着眼于它的试验项目“公共事业通信体系结构（ＵｔｉｌｉｔｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）”的结果，认识到有需要制定ＵＣＡ，增加详述现场设备模型和通信行为定义的规范，这就促成了ＵＣＡ２．０的发布【ｌ…。

１９９５年，ＩＥＣ认识到为适应变电站自动化技术的迅速发展，有需要制定一个更通用、全面的标准，能够覆盖整个变电站的通信网络和系统，为此ＴＣ５７成立了三个新的工作组ＷＧｌ０、ＷＧｌｌ、ＷＧｌ２负责制定ＩＥＣ６ｔ８５０标准。工作组成员分别来自欧洲、北美和亚洲１０多个国家，他们有电力调度、继电保护、电厂、操作运行及电力企业的技术背景，其中还有参加过欧洲（ＩＥＣ６０８７０）和北美（ＵＣＡ）一些标准的制定工作。ＵＣＡ２．０主要关心变电站层和间隔层之间的通信，而欧洲一开始就考虑的比较广泛，把时间关键的过程层也考虑在内。

很快发现，ＩＥＣ三个工作组在研究制定ＩＥＣ６１８５０的同时，ＥＰＲＩ也正进行ＵＣＡ２．０的制定。为了获得更广泛的读者，ＥＰＲＩ计划由ＩＥＥＥ出版ＵＣＡ２．０，这意味着将同时出现两个标准，有可能会产生冲突，这对于厂家和企业实现互操作性显然是不利的。为了避免出现这种情况，１９９８年，ＩＥＣＴＣ５７、ＥＰＲＩ、ＩＥＥＥ进行接触并达成共识：为了电力工业的总体利益，避免出现关于变电站自动化不同的标准，北美将其研究起草的ＩＥＥＥ标准草案ＵＣＡ２．Ｏ（已作为ＩＥＥＥ技术报告发表ＩＥＥＥＴＲ１５５０）提交给ＩＥＣ，由ＩＥＣ负责制定ＩＥＣ６１８５０（变电站通信网络和系统）美国有关专家将积极参与变电站自动化标准的制定工作，将来ＩＥＣ制定的标准将作为世界上唯一现行标准。这样变电站自动化的标准化工作在国际上得到了很好的协调，这无疑是一件非常好的事情。变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１０页

继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能【Ｍ１。变电站综合自动化系统由微机监控、微机保护、电能质量和自动控制等多个子系统组成，子系统由能够进行功能处理和通信的智能电子设备（ＩＥＤ）组成。变电站综合自动化系统的应用使得变电站通信不只是变电站和控制中心的通信还包括变电站内ＩＥＤ间的通信Ｉｌ”。

目前比较常用的变电站通信规约有【ｌ５Ｊ：

１．ＩＥＣ６０８７０．５．１０１／１０４：基本远动任务的配套标准，定义了变电站之间以及变电站和控制中心之间的远动设备实现互操作需要的功能性要求。

２．ＩＥＣ６０８７０．５．１０２：电力系统电能计量传输规约。

３．ＩＥＣ６０８７０．５．１０３：继电保护设备信息接口配套标准，主要目的是为了在变电站或厂站中，不同继电保护设备（或间隔单元）和控制系统之间达到互换的目的。

４．ＤＮＰ３．０：是由美国ＩＥＥＥ的电力工程协会ＰＥＳ在ＩＥＣ的基础上制定的美国国家标准，它的应用领域与ＩＥＣ６０８７０．５相同，主要是为了实现远动设备和系统的互操作性。

５．ＵＣＡ２．０（ＵｔｉｌｉｔｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，公共事业通信体系结构）：在控制中心和厂站都采用ＭＭＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｏ．１＇ｅＭｅｓｓａｇｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，制造报文规范）协议，因此可以支持互操作性。ＵＣＡ２．０协议采用了设备和设备组件的对象模型，这些模型定义了公共数据格式、标识、控制等等，用于变电站和馈线设备，模型描述了大部分公共设备功能的标准行为（互操作性）。

由于变电站内功能的实现需要使用不同通信协议的众多生产厂商的设备共同参与配合完成，多种通信协议的采用使得不同厂商的设备间通信必须通过大量的协议转换来完成，从而浪费了大量的人力物力，影响变电站自动化系统的实时功能。因此采用统一的通信规约，实现变电站自动化系统无缝通信成为业内关注的问题。

ＩＥＣ６１８５０经国际电工委员会ＴＣ５７工作组在１９９９年提出，于２００３年陆续出版【ｌ６１。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准。到目前为止已成为关于变电站综合自动化系统完整的通信标准体系。ＩＥＣ６１８５０采用面向对象自描述的方法，使得传输到调度控制中心的数据带有说明，一旦符合ＩＥＣ６１８５０

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１１页

的设备被采用，则建立对应的数据库，实现了变电站的扩展和ＩＥＤ间的互操作。ＩＥＣ６１８５０制定的思路是：（１）提高互操作性，工程实现方便：（２）面向对象，而非局限于具体设备；（３）满足应用技术迅猛发展要求；（４）应对通信技术和网络技术发展的挑战。它的推广应用将使变电站内实现无缝通信，同时有利于变电站自动化系统的功能扩展，增强系统的开放性和灵活性。

１ＥＣ６１８５０是关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系，明确提出了信息分层、可实现系统的配置管理、面向对象、采用映射的方法和具体网络独立、数据对象统一建模，符合采用网络传输建立无缝通信系统的要求，已成为无缝通信系统传输协议的基础，避免了繁琐的协议转换，实现了智能电子设备ＩＥＤ间的互操作。

１．３．２ＩＥＣ６１８５０系列国际标准的体系结构

ＩＥＣ６１８５０系列国际标准（变电站通信网络和系统）共由十四个部分构成，分别是Ｉｌ叫：

●ＩＥＣ６１８５０．１介绍和概述

●ＩＥＣ６１８５０．２术语

ＩＥＣ６１８５０．３总体要求，包括质量要求，环境条件，辅助服务，其他

标准和规范。

●ＩＥＣ６１８５０．４系统和工程管理，包括工程要求，系统使用周期，质量

保证等。

●ＩＥＣ６１８５０．５功能通信要求和装置模型，主要是通过对变电站自动化

系统的功能和逻辑节点分类的描述和识别，提出变电站通信网络和系统的通信要求，包括时间要求、报文类型以及性能等等。

ＩＥＣ６１８５０．６变电站ＩＥＤ配置描述语言，在所建立模型的基础上对通

信体系的静态结构、系统参数配置进行详细规范的描述，包括装置和系统属性的形式语言描述。

ＩＥＣ６１８５０．７．１变电站和馈线设备的基本通信结构一原理和模型

ＩＥＣ６１８５０．７．２变电站和馈线设备的基本通信结构一抽象通信服务

接口（ＡＣＳＩ），包括接口描述，服务的规范，以及服务数据库模型。●ＩＥＣ６１８５０．７．３变电站和馈线设备的基本通信结构一公共数据类

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１２页

●ＩＥＣ６１８５０．７．４变电站和馈线设备的基本通信结构一兼容逻辑节点

类和数据类

●ＩＥＣ６１８５０．８．１

Ｓｅｒｖｉｃｅ

ＩＳＯ／ＩＥＣ特殊通信服务映射（ＳＣＳＭ（ＳｐｅｃｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＭａｐｐｉｎｇ））一映射到ＭＭＳ（ＩＳＯ９５０６ ｌ和ＩＳＯ９５０６ ２）和８８０１．３，即变电站和间隔层内以及站层和间隔层之间的通信映射。

ＩＥＣ６１８５０．９．１特殊通信服务映射（ＳＣＳＭ）一通过单向多路点对点

串行通信链路的采样值

●ＩＥＣ６１８５０．９－２特殊通信服务映射（ＳＣＳＭ）一映射到过程总线

●ＩＥＣ６１８５０．１０一致性测试

ＩＥＣ６１８５０系列标准的一般结构及ＳＣＬ在该系列标准中的相对位置如图１．１所示【＂１。

６１８５０．１０一致性测试

６１８５０．６变电站配置语言（ＳＣＬ）

６１８５０－８－ｘ６１８５０－９．ｘ

特殊通信服务映射（ＳＣＳＭ）

６１８５０．７－４兼容逻辑节点及数据类

６１８５０．７．３通用数据类和属性

６１８５０－７．２抽象通信服务接口（ＡＣＳＩ）

６１８５０．７．１通信参考模型

６１８５０．５功能通信要求和设备模型

图１－１ＳＣＬ标准在［ＥＣ６１８５０系列标准中的相对位置

最新国际标准ＩＥＣ６１８５０为变电站智能电子设备（ＩＥＤ）提供了一种无缝通信解决方案，它的应用范围包括：

１．保护和控制

２．标准建模，如断路器、变压器、距离保护等３．新型传感器和传动装置技术的集成

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文

４．数据采集和监视控制系统ＳＣＡＤＡ

５，统一的系统配置和设备在线自我描述

６．远动监视和故障诊断

７．自动调度和控制

８．资产管理

９．状态监视和诊断

１．３．３ＩＥＣ６１第１３页８５０的技术特征和目标内涵

制定ＩＥＣ６１８５０的根本目的即在于实现不同厂商制造的智能电子设备（ＩＥＤ）之间的互操作性，降低变电站自动化的通信成本，提高通信质量可靠性等。互操作性是指不同厂家生产的智能电子设备在同一个网络上或通信通道上能够工作，并实现共享信息和命令的能力。ＩＥＣ６１８５０采用自我描述面向对象的办法实现互操作性，主要通过定义如下内容Ｉｌ剐：

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的完整地描述数据对象的方法；

３．定义一套面向对象的服务。

１ＥＣ６１８５０标准是全世界唯一通用的变电站网络通信标准，是实现智能电子设备互操作性的标准，它具有面向未来的、开放的体系结构，它应用了很多最新的网络通信技术。与传统的通信体系相比，在技术上ＩＥＣ６１８５０有如下突出特点：

①使用分布、分层体系。ＩＥＣ６１８５０首先把变电站自动化系统分成变电站层、间隔层、过程层，从过程层到间隔层、间隔层到变电站层都使用工业以太网。这种分层模式与现有大多数变电站自动化系统不同，现有系统中过程层的功能都是在间隔层设备中实现的。随着光电流／电压互感器的使用，现代电力技术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能下放到过程层，这也体现了ＩＥＣ６１８５０标准具有面向未来的特点。再者，每个ＩＥＤ设备由服务器和应用组成，ＩＥＣ６１８５０标准将服务器分层为逻辑设备一逻辑节点一数据对象一数据属性，由于这种分层就得有相应的抽象服务实现数据交换，加上抽象通信服务接口提供的服务就可建立起完整的分层数据模型，这种方法可用于重构配置，很容易获得新加入的设备名称和管理设备属性。

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１４页

②应用与通信的分离。这是ＩＥＣ６１８５０标准的重要特点，应用是指数据和服务，通信是指ＩＳＯ／ＯＳＩ框架定义的协议栈。即将抽象通信服务接口ＡＣＳＩ通过特定服务映射ＳＣＳＭ把数据和服务映射到所需的应用层上，如ＭＭＳ协议。由于电力系统生产的复杂性，信息传输的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协议。ＩＥＣ６１８５０采用了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。同时，应用和通信的分离保证了变电站自动化的长期稳定性，特定领域的应用从通信栈分离出来，这样就允许ＩＥＣ６１８５０标准采用最新的通信技术，人们只需要将对象和服务映射到新的特定通信协议栈，而信息模型（即数据对象和服务）及相关规范不用变化。

③面向对象的自我描述。ＩＥＣ６１８５０标准对于信息采用面向对象的自我描述的方法，尽管这样将在传输时增加网络开销，但网络技术的发展、传输速率的提高可以克服这个缺点，使得实现自我描述成为可能。面向对象的数据自描述在数据源就对数据进行自我描述，传输到接收方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、标度转换等工作。由于新技术的不断发展，变电站内的应用功能不断涌现，如果需要传输新的信息，原有已经定义好的协议可能无法传输这些新的信息，而使得新功能的应用受到限制，现在，采用面向对象的自我描述方法可以很好地解决这个问题，在变电站的ＩＥＤ中对信息进行自我描述，在初始化阶段将全部信息的定义和描述送到控制中心，控制中心能马上建立数据库，使得现场验收的验证工作大为简化，数据库的维护工作量大大减少。

④数据对象统一建模。目前ＩＥＣＴＣ５７的各种标准都是针对各种特定应用对各种对象建模，不能做到完全一致，要将各种协议连接起来，或者和ＳＣＡＤＡ数据库连接起来就须进行转换。在采用网络技术的情况下，这种状况很难适应发展的需要。于是ＩＥＣＴＣ５７在２００４年对从ＳＣＡＤＡ数据库到过程的对象进行统一建模，将ＩＥＣ６１８５０的数据建模和ＩＥＣ６１９７０（由ＩＥＣＴＣ５７的ＷＧｌ３提出，它为能量管理系统ＥＭＳ的应用程序定义接口，其核心是ＣＩＭ即控制中心接口的公共信息模型）的数据模型协调一致。

ＩＥＣ６１８５０上述的技术体系特征正是ＩＥＣ６１８５０优于传统通信协议的原因，ＩＥＣ６１８５０技术体系也因此庞大而复杂。从产品研制的应用角度来看，实现变电站自动化产品的互操作性是ＩＥＣ６１８５０标准应用的主要目的。

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１５页

ＩＥＣ６１８５０的互操作性，是指来自同一厂家或不同厂家的ＩＥＤ产品之间交换信息和正确使用信息协同操作的能力。其中信息交换依赖于正确定义信息模型，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；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通信实体的规划。互操作性强调信息和服务语义的确定性，这种确定性是面向应用领域的，也就是面向变电站自动化应用领域，其语义的针对性。

ＩＥＣ６１８５０是一个系统，而不只是协议。与传统的变电站自动化系统的工程设计和通信实现相比，ＩＥＣ６１８５０更加侧重于一个统一环境即系统平台的建立，这个平台包括通信平台（模型、接口、性能要求等）、管理平台（参数、工具、文件化等）以及测试平台（系统测试、设备测试、规约测试等），在这个平台上可以实现一致性要求。引入ＩＥＣ６１８５０对交电站自动化系统将有深远的影响：

①不同的制造厂商的设备之间能自由地交换信息

由于采用了面向对象统一的数据（设备）模型、通信数据文件采用ＸＭＬ（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅＭａｒｋｕｐＬａｎｇｕａｇｅ）文件格式、采用一致性测试方法，使得不同的制造厂商的设备之间达到互操作。

②分布、分层体系使得系统的扩展和开发更容易

由于对整个变电站的系统和数据对象进行分层，建立起一个完整的对象数据模型，这将方便设备和数据的修改和重构配置，降低这个变电站系统的维护成本。

③采用ＡＣＳＩ技术使得系统能适应网络飞速发展

抽象通信服务接口（ＡＣＳＩ（ＡｂｓｔｒａｅｔＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ）），它和具体的网络应用层协议（例如ＭＭＳ、ＴＣＰ）独立，和采用的网络（如Ｌｏｎｗｏｒｋｓ、Ｅｔｈｅｍｅｔ）无关。由于电力系统的复杂性，信息传输的响应时间要求不同，在变电站内需要采用不同的网络应用层协议和通信栈。只要改变相应特定通信服务映射（ＳＣＳＭ）便可完成。不同的网络应用层协议和通信栈，由不同的ＳＣＳＭ对应，具有很强的网络适应能力。

１．３．４ＩＥＣ国际标准协议在ＳＡＳ中的地位

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１６页

为了保证电力系统的安全稳定运行，各级调度中心都需要在自己所属的地域范围内与电厂、变电站的自动监控系统进行远距离通信。变电站系统中各智能电子设备的信息也要进行整合、共享和通信。各级调度中心之间也要通信。因此，通信协议具有至关重要的作用。

在没有统一的协议之前，各厂商都制定各自的通信规约，不同厂商的设备在不依靠规约转换的情况下难以通信，于是浪费了人力、物力，且对自动化设备的可靠性运行也造成威胁。各厂商的不同协议，成为各家形成封闭割据的壁垒。为此，必须执行ＩＥＣ相关协议，而不能随意修改。

ＩＥＣ６１８５０和目前使用协议的不同之处在于其对象模型。ＩＥＣ６１８５０的应用，使得变电站自动化系统内的预配置数据都是自我描述的，加上可重复使用数据类、无缝的命名规则、对数据统一建模、容易集成到Ｗｅｂ技术，显然影响ＳＣＡＤＡ系统主站的集成方式，势必出现新一代的实现无缝通信系统的ＳＣＡＤＡ系统。

１．４本论文的主要工作

ＩＥＣ６１８５０的核心内容就是定义完好的信息模型、通信模型和建模步骤，它的实现过程就是将功能分解并再组合的过程。ＩＥＣ６１８５０通过信息分层、面向对象自我描述、数据对象统一建模和抽象通信服务映射等技术建立无缝通信系统，实现了各ＩＥＤ间的互操作性。

国内虽然已经有成熟的符合ＩＥＣ６１８５０的产品问世，但是国内各厂家对该标准还处于研发阶段。标准化通信解决方案是变电站自动化系统中不同厂家的设备实现互操作性、达到信息共享的重要保证。本论文的主要工作包括以下内容：

１．分析标准内容，掌握ＩＥＣ６１８５０的特色、结构及在设备配置文件中的应用。

首先分析了ＩＥＣ６１８５０标准的具体内容，其建模思想与模型实现，重点介绍了如何通过ＩＥＣ６１８５０定义的ＳＣＬ来对具体的智能设备进行配置描述。

２．对ＩＥＤ设备进行ＳＣＬ描述

本部分的理论依据为ＩＥＣ６１８５０一６部分。ＳＣＬ是基于ＸＭＬ的变电站配置描述语言。它定义了统一的建模方法，对变电站内与配置相关的各种对象

基于IEC61850的数字化变电站设计,主要研究了IED智能设备的建模和监控

西南交通大学硕士研究生学位论文第１７页

的描述方法做了明确详细的规定。ＳＣＬ可以方便地搭建模型从而描述变电站和站内ＩＥＤ的配置信息。设备具有识别ＳＣＬ并进行数据生成的能力是符合ＩＥＣ６１８５０标准的产品的基本形态。它统一采用ＳＣＬ对设备的信息模型和通信服务进行描述和发布。主要对建模后的设备进行深入的分析和描述，建模后的设备可以通过逻辑节点来描述，逻辑节点下又分为数据对象和数据属性，数据对象和数据属性下又涉及到数据类型，通过逐层深入的方法可以将设备的有关配置信息按照统一的规则和格式描述出来，从而可以保证来自不同厂家的产品实现互识。

３．实现对本监控系统的部分开发

本系统使用ＢｏｒｌａｎｄＣ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ作为开发平台，用Ｃ＋＋具体实现对ＩＥＤ设备配置文件的读取修改等操作，通过ＡｌｔｏｖａＸＭＬＳｐｙ软件的ＸＳＬＴ文档为用户提供了对ＩＥＤ设备更加直观的网页形式的查看格式，使得用户掌握对ＩＥＤ设备的信息情况。在变电站接线图中，可以不同的颜色来显示设备所处的状态。同时，设备信息的传输采用ＵＤＰ（ＵｓｅｒＤａｔａｇｒａｍＰｒｏｔｏｃ０１）数据报协议，使得调度端人员可以实时可靠地对设备进行统一操作。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/shi1.html