IEC61850與MMS的映射在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用研究

康 怡 宋金澮 張 旭 郭力潔

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003）

變電站自動化系統(tǒng)（Substation Automation System，SAS）是在計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的。傳統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)，由于缺乏統(tǒng)一的通信模型，功能獨(dú)立重疊，缺乏高級應(yīng)用、設(shè)備之間缺乏充分的通用和兼容，給設(shè)備變更和擴(kuò)展造成很大的困難，實(shí)現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備的互操作非常困難。

因此，隨著變電站的數(shù)字化、信息化，滿足不同廠商設(shè)備集成，避免兩個標(biāo)準(zhǔn)（EIC60870一5和UCA2.0）的沖突，提出一個國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)就迫在眉睫。國際電工委員會基于上述原因提出了一個新的國際標(biāo)準(zhǔn)——IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)具有真正意義上的互操作、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述與信息建模、功能與通信解耦等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，同時也促進(jìn)了電力系統(tǒng)信息化和數(shù)據(jù)集成。在世界的相關(guān)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

IEC61850在技術(shù)上使用了制造報文規(guī)范（Manufacturing Message Specification，MMS）。MMS可運(yùn)行于多種通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議棧，而且MMS的應(yīng)用目前來說很成功，所以在電力系統(tǒng)中TASE.2/UCA和IEC61850均選擇MMS作為應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范。在IEC61850中，數(shù)字化變電站通信體系從邏輯上和物理上分為3層：變電站層、間隔層和過程層，其中，變電站層和間隔層之間的通信采用抽象通信服務(wù)接口（Abstract：Communication Service Interface，ACSI）映射到 MMS的方法實(shí)現(xiàn)。因此實(shí)現(xiàn)協(xié)議中規(guī)范的 ACSI到 MMS的映射是實(shí)現(xiàn)IEC61850協(xié)議的關(guān)鍵[1]。

1 ACSI與MMS

1.1 抽象通信服務(wù)接口ACSI

抽象通信服務(wù)接口（Abstract：Communication Service Interface，ACSI）是 IEC61850提供的客戶端與服務(wù)器進(jìn)行通信的接口，用信息模型的功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息模型的數(shù)據(jù)交換。ACSI規(guī)范的功能服務(wù)獨(dú)立于具體網(wǎng)絡(luò)。ACSI使用抽象的建模技術(shù)，為變電站定義了14類模型：服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)屬性模型、應(yīng)用關(guān)聯(lián)模型、替換模型、報告及記錄控制塊模型、通用變電站事件模型（Generic Substation Event，GSE）、采樣值傳輸模型等，每類模型都包含若干種通信控制塊。這些模型為各種通信服務(wù)提供了途徑。ACSI從信息模型中分離出應(yīng)用過程層并對功能服務(wù)進(jìn)行映射實(shí)現(xiàn)通信[2]。

ACSI 模型有兩個含義：①實(shí)際設(shè)備或功能建模，這類模型是通過通信網(wǎng)絡(luò)建立并且是可視、可訪問的；②ACSI 從設(shè)備交換信息的具體定義當(dāng)中抽象出來，這類模型只是定義了概念上的互操作。ACSI定義的是描述通信服務(wù)的具體原理，而沒有定義設(shè)備間交換的具體報文及編碼，這些交換信息在SCSM 中定義[3]。

1.2 制造報文規(guī)范MMS

制造報文規(guī)范（MMS）即 ISO/IEC9506是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的一套用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。他最早用于計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。之所以定義MMS，其目的主要是為了規(guī)范具有通信能力的智能傳感器、智能電子設(shè)備（IED）、智能控制設(shè)備等的通信行為，使出自不同制造商的設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)互操作，同時也便于系統(tǒng)集成。MMS不規(guī)定具體的實(shí)施方法或具體產(chǎn)品也不約束具體的實(shí)體和接口的實(shí)施。MMS協(xié)議由兩個核心標(biāo)準(zhǔn)和多個伙伴標(biāo)準(zhǔn)組成。它們包含的定義有：①虛擬制造設(shè)備（VMD）；②網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的報文交互；③與VMD和服務(wù)相關(guān)的屬性和參數(shù)；④信息格式；⑤通過網(wǎng)絡(luò)的信息順序；⑥MMS層與ISO/OSI開放模型的其他層的交互[4]。

2 ACSI與MMS的關(guān)系

ACSI采用抽象的建模技術(shù)和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，為變電站的智能電子設(shè)備（IED）定義了信息、服務(wù)模型。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的第 7-2、7-3、7-4部分為變電站應(yīng)用領(lǐng)域定義了需要的信息、服務(wù)模型實(shí)例。特定通信服務(wù)映射（SCSM）將已經(jīng)定義好的模型的通信服務(wù)、對象及參數(shù)映射到特定的應(yīng)用層協(xié)議MMS中（除通用面向?qū)ο笞冸娬臼录℅OOSE）和采樣值傳輸）。

在向MMS的映射中，IEC61850的信息模型和各種控制塊分別映射到 MMS的虛擬制造設(shè)備（VMD）、域（Domain）、有名變量 （Named Variable）、日志（Journal）和文件管理（File Management）等模型，服務(wù)則對應(yīng)的映射到 MMS類的服務(wù)。ACSI到MMS的映射關(guān)系如圖1所示。

圖1 ACSI到MMS的映射關(guān)系

由圖可以看出信息模型、服務(wù)模型到 MMS服務(wù)的過程，具體的映射函數(shù)在IEC61850-8-1標(biāo)準(zhǔn)中給出了詳細(xì)的描述。如表1所示。

表1 服務(wù)的MMS映射

由表1可以看出，ACSl服務(wù)到MMS的映射可以是一對一、一對多、多對一這3種情況。映射方式的不同根據(jù)不同的ACSI服務(wù)來確定。

3 基于IEC61850和MMS的模型設(shè)計

隨著電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字化變電站中出現(xiàn)了許多的自動化設(shè)備，其中大多數(shù)采用面向點(diǎn)的專用的通信協(xié)議，很難實(shí)現(xiàn)不同制造商設(shè)備的互操作和系統(tǒng)集成。基于上述原因，國際電工委員會提出的IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，它是面向?qū)ο蟮耐ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不同廠商IED設(shè)備之間信息的開放，實(shí)現(xiàn)IED間的互操作。本文在認(rèn)真理解IEC 61850規(guī)約和ISO 9506制造報文規(guī)范（MMS）標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了一個基于IEC 61850和MMS的模型結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 基于IEC61850和MMS的模型結(jié)構(gòu)

用于存儲的設(shè)備接口模塊使用的通信協(xié)議與常規(guī)變電站設(shè)備相同，并將收到的點(diǎn)表信息存放到邏輯設(shè)備（LD）中的點(diǎn)信息表中。不同的設(shè)備接口模塊可以根據(jù)通信協(xié)議的不同進(jìn)行設(shè)計，但是他們最終完成的功能相同。

MMS服務(wù)器配置器模塊主要是在系統(tǒng)啟動時完成實(shí)際設(shè)備和虛擬制造設(shè)備（VMD）的映射。配置器初始化有關(guān)的屬性是根據(jù)配置文檔信息創(chuàng)建各MMS對象類的實(shí)例建立。在完成所有配置工作后，就實(shí)現(xiàn)了實(shí)際設(shè)備和VMD之間的映射，VMD代表實(shí)際設(shè)備同客戶端溝通。

事務(wù)處理器是 MMS服務(wù)器的基本組成部分，它接收 MMS服務(wù)請求，并將請求發(fā)送到適當(dāng)?shù)膶ο螅詥酉鄳?yīng)的服務(wù)；反之將服務(wù)響應(yīng)發(fā)送到相關(guān)的MMS客戶端。

底層網(wǎng)絡(luò)支持模塊主要提供OSI傳輸層及以下各層的服務(wù)功能。

4 結(jié)論

IEC61850對于現(xiàn)在和將來數(shù)字化變電站的自動化技術(shù)的發(fā)展將產(chǎn)生重大的影響。對于怎樣在既保留了原有資源，保護(hù)原始投資的情況下，又能實(shí)現(xiàn)信息資源的共享和不同制造商設(shè)備之間的互操作，是目前數(shù)字化變電站研究方向的重點(diǎn)，也有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價值[5]。本文主要介紹了IEC6185協(xié)議中的ACSI與MMS的基本概念，進(jìn)一步討論了它們之間的映射關(guān)系。根據(jù)上述內(nèi)容提出了一種簡單的模型，本文所提出的模型結(jié)構(gòu)只是對這類工作的一種嘗試。這個系統(tǒng)的重點(diǎn)是 MMS服務(wù)器的設(shè)計和通信模型的實(shí)現(xiàn)，這將是我們下一步工作的主要內(nèi)容。

[1]董科,關(guān)彬,王巍. IEC61850與MMS的映射的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010(10):92-95.

[2]竇曉波.基于 IEC61850的新型數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)踐[D].東南大學(xué)電機(jī)與電器系,2006.

[3]殷志良.基于IEC 61850的變電站過程總線通信的研究[D]:[博士學(xué)位論文].北京:華北電力大學(xué)(北京)電氣工程系,2005.

[4]吳佳毅. 基于IEC61850的MMS通用服務(wù)器的研究[J].中國電力系統(tǒng)保護(hù)與控制學(xué)術(shù)研討會論文集，2008:370-373.

[5]張長明. 基于IEC 61850和MMS的變電站監(jiān)控設(shè)備網(wǎng)關(guān)研究[J].福建電腦,2008(6):157-158.

[6]IEC61850-72 Communication networks and systems in substations.Part7-2:Basic communication structure for substation and feeder equipment Abstract：communication service interfaces. 2006.