變電站傳統規約裝置與61850站控層無縫通信解決方案

戴曉輝 劉平香

（國網寧夏電力公司檢修公司，寧夏 銀川 750001）

0 引言

隨著智能技術進一步實用化、模塊化、標準化，智能變電站的信息采集、傳輸和處理技術更加規范，為了有效支撐了“調控一體、運維一體”，需要對常規變電站進行綜自改造和對老綜自站進行升級改造。根據國家智能電網“十二五”規劃，到2015年，新建智能變電站達5182座左右，需要改造64座500千伏、18座330千伏、320座220千伏、630座110（66）千伏變電站。綜自變電站的升級改造成智能站，主要改造站控層和間隔層的測控單元，在站控層采用IEC 61850規約，間隔層采用常規規約的保護裝置、直流系統、五防系統等在接入站控層前，必須進行規約轉換。

目前常規規約呈現“百花齊放”的局面。不同的廠家不同的裝置通信規約不相同，南瑞、東方電子、許繼、四方、ABB、GE、60870-5-103…，幾乎每個產品供應商都具有一套自己的標準。目前廣泛應用的變電站通信協議主要是IEC 60870-5-103（下文簡稱為103規約），因此如何從該協議逐步過渡到IEC 61850是一個現實的課題。

1 IEC 61850標準簡介

IEC 61850標準是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準，它是由國際電工委員會第57技術委員會負責制定的。IEC 61850將變電站通信體系分為3層:變電站層、間隔層、過程層。在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到制造報文規范(MMS)、傳輸控制協議/網際協議(TCP/IP)以太網或光纖網。在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸以太網。變電站內的智能電子設備(IED,測控單元和繼電保護)均采用統一的協議,通過網絡進行信息交換。相比較傳統規約，IEC61850標準有如下幾個特點：

（1）面向對象建模；

（2）抽象通信服務接口；

（3）面向實時的服務；

（4）配置語言；

（5）整個電力系統統一建模。

IEC61850標準對大多數公共實際設備和設備組件的模型有詳細的規定。這些模型定義了公共數據格式、標識符、行為和控制。自我描述能顯著降低數據管理費用、簡化數據維護、減少由于配置錯誤而引起的系統停用的時間。

2 IEC 61850和原有的通信協議之間的差異

103規約是繼電保護設備信息接口配套標準。在這個標準制定出來之后，在變電站內部的繼電保護設備（或者間隔單元）與控制系統之間的信息交換主要采用103規約。IEC 61850和原有的標準（主要指103規約）之間存在許多差異，較重要的是以下幾個方面：

2.1 體系結構不同

IEC 61850為SA應用定義了ACSI（抽象通信服務接口），然后將該接口映射到特定應用層標準（SCSM：特定通信服務映射），從而將SA應用與具體通信方式加以隔離，可以適應通信網絡技術的快速發展變化，而不影響到變電站自動化應用。目前IEC 61850以通信協議制造業報文規范（MMS）作為應用層標準，但并不排除制訂新的應用層標準，而SA應用可以保持不變。

103規約雖然可采用光纖傳輸，但也考慮了傳統的串行通信技術（如EIA RS-485），為保證快速的通信響應時間采用了EPA（增強性能結構），即采用在數據鏈路層之上直接建立應用的方式。

2.2 建模方法不同

IEC 61850采用了面向變電站對象建模的方法，對變電站自動化通信系統及相關設備、功能和數據進行建模，并用統一建模語言XML進行了描述。所建立的模型主要有變電站模型、IED產品模型、通信系統模型及相關的建模冗余。其中，IED產品的建模又逐級分解為IED—訪問點—服務器—邏輯裝置—邏輯節點—數據—數據屬性。

IEC 60870系列標準是遠動系統數據傳輸的通用標準，適用于電力系統自動化各種應用，不是專門為變電站制訂的。103規約協議是該系列標準針對變電站的特定信息的伴隨標準，因此并未對變電站的對象和功能詳細建模，主要針對繼電保護設備（或間隔單元）應傳輸的信息定義了接口規范。

2.3 內容涵蓋范圍不同

IEC 61850是包括了變電站自動化系統的有關系統需求、系統建模與設計、配置描述、工程和管理等整個系統生命周期要求的完整標準。而IEC 60870不是專門針對變電站自動化系統的，內容遠沒有IEC 61850全面，103規約主要是一種信息接口標準。

3 IEC 60870-5-103到IEC 61850的轉換示例

接下來主要討論通過中間網關實現103規約過渡到IEC61850。實現過渡的網關代理應該包括以下內容：

根據IEC61850-7-2，將103規約中定義的服務對應到IEC 61850-7-2中定義的ACSI。

根據IEC 61850-7-3和IEC 61850-7-4，將103規約中定義的應用服務數據單元中的數據，對應為邏輯節點和數據對象。

103規約定義了兩種信息交換方法：一是基于嚴格規定的應用服務數據單元（ASDU）和標準化的報文傳輸應用過程；另一種方法是采用通用分類服務，可以傳輸幾乎所有可能的信息。在電力行業標準DL/T 667-1999中，明確定義了繼電保護信息的交換必須盡可能采用基于嚴格規定的應用服務，如果不能完全滿足要求，應采用通用分類服務來實現。所以雖然各個IED生產廠商都采用103規約，但對某些具體應用各有不同處理方式。由于兩種標準差異很大，且103規約的實現差異也很大，103規約到IEC 61850的轉換無法做到只用一個模式，除了針對共同的部分給出一個對應規范，其它部分則需要具體的問題具體分析。

103規約中，控制系統對保護信息的需求主要集中在保護設備的動作信息、定值、保護測量值、遙信、遙測、遙控、擾動數據等上，也就是說控制系統對保護設備的訪問基本上是以數據和控制操作為基礎的，而這些服務對應于IEC 61850-7-2的ACSI則可以對應于數據類模型、數據集模型、控制模型以及文件傳輸的信息模型。

在繼電保護中，保護設備主要實現的任務就是數據的采集和邏輯判斷，因此，在實際中，可以把一個保護設備建模成一個邏輯設備。在每一個邏輯設備中都有兩個基本的邏輯節點LLN0和LPHD，在每一個邏輯設備中它們都是唯一的。在IEC 61850中，保護和保護相關功能是建模在各個相關的邏輯節點中的，因此可以分為以下幾個方面來建模：

（1）距離保護：采用距離保護節點PDIS來建模；

（2）過流保護：采用瞬時過電流保護節點PIOC和定時過電流保護節點PTOC來建模；

（3）變壓器差動保護和線路差動保護：采用差動保護節點PDIF來建模；

（4）遙測：在103規約的一個ASDU中，保護設備上傳的遙測量可以有多個模擬值，對應于IEC 61850中的MMXU邏輯節點或者GGIO邏輯節點；

（5）遙信：遙信（狀態量）采用通用I/O節點GGIO來建模；

（6）遙控：在103規約中，遙控的功能是由斷路器控制命令來完成的，對應于IEC 61850中定義的開關控制CSWI邏輯節點來建模；

（7）擾動數據：在保護擾動數據傳輸過程中，擾動數據包括擾動值（模擬量）和二進制值 （信號狀態）兩部分，對應于IEC 61850中的RADR和RBDR兩個邏輯節點，RADR邏輯節點建模模擬通道，而RBDR則建模二進制通道。

4 結論

在相當一段時間內，將有很多采用傳統規約的IED與采用IEC 61850的IED在一個變電站監控系統內共存的情況，探討它們之間無縫鏈接是一個非常現實問題。本文通過一種方案為解決該項工作提出了思路，但由于不同廠家對該協議的實現千差萬別，無法保證一致性，在工作中還需要因地制宜，靈活使用各種方法，才能確保采用IEC 61850站控層設備穩定運行。

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