電力系統(tǒng)常用通信規(guī)約簡介

1、電力系統(tǒng)常用通信規(guī)約簡介1.電力系統(tǒng)通信規(guī)約產(chǎn)生的背景為了滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的新需求和實現(xiàn)電網(wǎng)的升級換代，以歐美為代表的各個國家和組織提出了“智能電網(wǎng)”概念，各國政府部門、電網(wǎng)企業(yè)、裝備制造商也紛紛響應(yīng)。智能電網(wǎng)被認(rèn)為是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的新的制高點，也是未來電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢。2.研究智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的國際主要標(biāo)準(zhǔn)組織與機構(gòu) （1）國際電工委員會(IEC)，IEC的標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會（SMB）組織成立了“智能電網(wǎng)國際戰(zhàn)略工作組（SG3）”，由該工作組牽頭開展智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究； （2）美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所(NIST)，研究智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系和制定智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。NIST的前身是美國

2、國家標(biāo)準(zhǔn)（National Bureau of Standards，NBS），隸屬美國商務(wù)部，負(fù)責(zé)美國全國計量、標(biāo)準(zhǔn)的研究、開發(fā)和管理工作。 （3）電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)，于2009年發(fā)布了“P2030指南”，標(biāo)志著IEEE正式啟動了智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作。3.IEC對智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識 IEC認(rèn)為智能電網(wǎng)包括電力系統(tǒng)從發(fā)電、輸變電到用戶的所有領(lǐng)域，要求在電網(wǎng)的各個建設(shè)階段以及在系統(tǒng)的各個組成單元之間以及子系統(tǒng)間實現(xiàn)高度的信息共享，因而標(biāo)準(zhǔn)化工作對于智能電網(wǎng)的成功建設(shè)非常關(guān)鍵。 1.應(yīng)該對必要的接口和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，并避免對具體應(yīng)用和商業(yè)案例進行標(biāo)準(zhǔn)化，否則將嚴(yán)重阻礙智能電網(wǎng)的創(chuàng)新和發(fā)展。應(yīng)

3、為智能電網(wǎng)的進一步提升提供先決條件。 2.描述通用需求，避免對細(xì)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化4.IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系工作組織IEC組織成立了第三戰(zhàn)略工作組智能電網(wǎng)國際戰(zhàn)略工作組（IECSG3）1.對涉及智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進行系統(tǒng)性分析，建立智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架2.提出原有標(biāo)準(zhǔn)修訂、新標(biāo)準(zhǔn)制定、設(shè)備和系統(tǒng)互操作的規(guī)約和模型等方面的標(biāo)準(zhǔn)化建議,逐步提供一套更加完整、一致的支持智能電網(wǎng)需求的全球標(biāo)準(zhǔn)。5.三項主要任務(wù)1. 系統(tǒng)描述標(biāo)準(zhǔn)體系整體框架：描述電網(wǎng)及電力系統(tǒng)的專業(yè)概念和關(guān)聯(lián)模型，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)全面綜述,定義IEC標(biāo)準(zhǔn)整體框架，是智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)2. 確定核心標(biāo)準(zhǔn)：選擇在智能電網(wǎng)實際應(yīng)用中的重要標(biāo)準(zhǔn),對這些標(biāo)準(zhǔn)的提升和改進

4、是IEC為智能電網(wǎng)解決方案提供技術(shù)支持的關(guān)鍵，是IEC智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化路線圖中的核心部分。3. 制定行動路線圖，確定優(yōu)選增補標(biāo)準(zhǔn)：填補近期急需制定的標(biāo)準(zhǔn)，中長期行動路線圖，以實現(xiàn)智能電網(wǎng)的遠(yuǎn)景制定行動路線圖。由于智能電網(wǎng)的投資是長期的，有必要為投資者提供一套標(biāo)準(zhǔn)體系，為將來可持續(xù)投資提供堅實基礎(chǔ)。6.IEC SG3確定的5個核心標(biāo)準(zhǔn)1.IEC/TR 62357 電力系統(tǒng)控制和相關(guān)通信.目標(biāo)模型、服務(wù)設(shè)施和協(xié)議用參考體系結(jié)構(gòu)；2.IEC 61850 - 變電站自動化；3.IEC 61970 - 電力管理系統(tǒng)- 公共信息模型（CIM）和通用接口定義（GID）的定義；4.IEC 61968 - 配電管

5、理系統(tǒng)- 公共信息模型（CIM）和用戶信息系統(tǒng)（CIS）的定義；5.IEC 62351 - 安全性。IEC 618501. 概述IEC61850是新一代的變電站自動化系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，它是國際電工委員會(IEC)TC57工作組制定的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)參考和吸收了已有的許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中主要有:IEC870-5-101遠(yuǎn)動通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);IEC870-5-103繼電保護信息接口標(biāo)準(zhǔn);UCA2.0(Utility Communication Architecture2.0)(由美國電科院制定的變電站和饋線設(shè)備通信協(xié)議體系); ISO

6、/IEC9506制造商信息規(guī)范MMS(Manufacturing Message Specification)。2.IEC 61850對UCA2.0作了以下四個方面的改進：(1)使用配置描述語言 首次在電力系統(tǒng)通信協(xié)議中運用XML技術(shù)在IEC 61850 的第6 部分提出了變電站配置描述語言SCL,SCL 就是以XML 為基礎(chǔ)的。SCL 能描述變電站內(nèi)各個智能電子設(shè)備,并能描述智能電子設(shè)備之間的關(guān)系。目前各行業(yè)都采用XML 技術(shù)來統(tǒng)一本行業(yè)的數(shù)據(jù)交換格式,IEC 61850 采用XML來描述變電站的設(shè)備和功能,統(tǒng)一變電站數(shù)據(jù)交換的格式,對變電站自動化工程的設(shè)計、規(guī)劃、實施、信息交換都有極大的好

7、處。(2)分層目錄服務(wù) IEC 61850 中的目錄服務(wù)共有5 層,分別是服務(wù)器目錄、邏輯設(shè)備目錄、邏輯節(jié)點目錄、數(shù)據(jù)對象目錄、讀數(shù)據(jù)定義?？蛻敉ㄟ^服務(wù)器目錄服務(wù),就可獲得各個服務(wù)器的各個邏輯設(shè)備名;按照各個邏輯設(shè)備名依次利用邏輯設(shè)備目錄服務(wù),就可獲得相應(yīng)邏輯設(shè)備的各個邏輯節(jié)點名;按照各個邏輯節(jié)點名依次利用邏輯節(jié)點目錄服務(wù),就可獲得相應(yīng)邏輯節(jié)點的各個數(shù)據(jù)名;按照各個數(shù)據(jù)名依次利用數(shù)據(jù)目錄服務(wù),就可獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)的各個數(shù)據(jù)屬性名;利用讀數(shù)據(jù)定義服務(wù)就可獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)的全部數(shù)據(jù)屬性定義。這樣,在線情況下客戶可以通過這些服務(wù)在客戶數(shù)據(jù)庫中建立對方全部的鏡像。這些服務(wù)用于檢索設(shè)備中整個分層的定義及全部可訪

8、問的信息定義、全部類的實例定義。在正常運行階段,利用這些服務(wù)可監(jiān)視各個服務(wù)器的變動和投運情況,實現(xiàn)配置管理。(3)服務(wù)與映射分開 在IEC 61850 中,提出了抽象服務(wù)通信接口(AS2CI) 和具體通信服務(wù)映射(SCSM) ,這樣,就把通信服務(wù)要求跟具體的通信協(xié)議分離開,有利于適應(yīng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展,在IEC 618502821中采用了MMS ,以后還可能采用其他協(xié)議,對于ASCI 就有SCSM1 ,SCSM2 等與它對應(yīng)。(4)增加了過程層在UCA 2. 0 中沒有覆蓋過程層, IEC 61850 提出了變電站自動化的3 層模型:變電站層、間隔層、過程層。隨著電子式電流互感器和電子式電壓互

9、感器在電力系統(tǒng)的使用,變電站自動化的結(jié)構(gòu)又會發(fā)生變化,原來變電站自動化只是2 層結(jié)構(gòu),現(xiàn)在提出了3 層結(jié)構(gòu), 增加了過程層。IEC 618502921 和IEC618502922 就是針對過程層的電流電壓采樣服務(wù)的,其中,IEC 618502921 是針對串行單向多支路點對點鏈路通信方式,IEC 618502922 是針對過程總線的。2. IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)體系章節(jié)名稱第一部分介紹和概述第二部分術(shù)語第三部分總體要求第四部分系統(tǒng)和項目管理第五部分功能通信需求和裝置模型第六部分變電站自動化系統(tǒng)配置第七部分基本通信結(jié)構(gòu)第八部分映射到MMS和以太網(wǎng)第九部分模擬采樣數(shù)據(jù)第十部分一致性測試3. 與傳統(tǒng)

10、變電站的比較：（1）智能化變電站把設(shè)備劃分在3個功能層上:變電站層、間隔層、過程層； 一次設(shè)備實現(xiàn)智能化。電子式互感器代替了原來的電磁式互感器；一次設(shè)備采用微處理器設(shè)計，通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)跟二次設(shè)備交換數(shù)據(jù)，取消了原來的電纜連接 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。繼電保護、故障錄波和電壓無功控制裝置等通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接，取消原來的電纜連接。不僅能傳送I/O量，還能傳送模擬量（2）站層與間隔層通信傳統(tǒng)： 規(guī)約：IEC60870-103等 物理連接：串口485，以太網(wǎng)絡(luò)等IEC61850：規(guī)約：工業(yè)制造報文（MMS） 物理連接：以太網(wǎng)絡(luò)（3）間隔之間通信 傳統(tǒng)：電纜接開關(guān)量 IEC61850：規(guī)約：GOOSE 物理連接：光

11、纖以太網(wǎng) 特點：除傳輸開關(guān)外，還可傳輸模擬量（4）間隔與過程層通信 傳統(tǒng):電纜連接 IEC61850模擬量: 規(guī)約：規(guī)約9-1、9-2、60044-8 物理連接：光纜IEC61850智能開關(guān)等設(shè)備： 規(guī)約： GOOSE 物理連接：光纖以太網(wǎng)4.IEC 61850的特點定義了變電站的信息分層結(jié)構(gòu)變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)草案提出了變電站內(nèi)信息分層的概念，將變電站的通信體系分為 3 個層次，即變電站層、間隔層和過程層，并且定義了層和層之間的通信接口。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)

12、。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點向多點的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED,測控單元和繼電保護)均采用統(tǒng)一的協(xié)議,通過網(wǎng)絡(luò)進行信息交換。采用了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模技術(shù)IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。每個IED包含一個或多個服務(wù)器，每個服務(wù)器本身又包含一個或多個邏輯設(shè)備。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點，邏輯節(jié)點包含數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)對象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命名實例。從通信而言，IED同時也扮演客戶的角色。任何一個客戶可通過抽象通信服務(wù)接口（ACSI）和服務(wù)器通信可訪問數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)自描述該標(biāo)準(zhǔn)定義了采用設(shè)備名、邏輯節(jié)點名、實例編號

13、和數(shù)據(jù)類名建立對象名的命名規(guī)則；采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了對象之間的通信服務(wù)，比如，獲取和設(shè)定對象值的通信服務(wù)，取得對象名列表的通信服務(wù)，獲得數(shù)據(jù)對象值列表的服務(wù)等。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述在數(shù)據(jù)源就對數(shù)據(jù)本身進行自我描述，傳輸?shù)浇邮辗降臄?shù)據(jù)都帶有自我說明，不需要再對數(shù)據(jù)進行工程物理量對應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。由于數(shù)據(jù)本身帶有說明，所以傳輸時可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對數(shù)據(jù)的管理和維護工作。. 網(wǎng)絡(luò)獨立性IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計了獨立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口（ASCI）。在 IEC61850-7-2中，建立了標(biāo)準(zhǔn)兼容服務(wù)器所必須提供的通信服

14、務(wù)的模型，包括服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型。客戶通過 ACSI，由專用通信服務(wù)映射（SCSM）映射到所采用的具體協(xié)議棧，例如制造報文規(guī)范（MMS）等。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)使用ACSI和SCSM技術(shù)，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展時只要改動SCSM，而不需要修改ACSI。IEC 61970背景：隨著電力企業(yè)信息化的完善，建設(shè)了大批綜合性的、分布式應(yīng)用系統(tǒng)，這些應(yīng)用系統(tǒng)可能是在不同時期開發(fā)的，采用的硬件、軟件可能分別來自不同的廠商，數(shù)據(jù)、報表格式可能互不兼容，用戶界面也是五花八門。在業(yè)務(wù)運作過程中，用戶常常需要在不同的系統(tǒng)間進行切

15、換，同一組數(shù)據(jù)難免需要重復(fù)錄入。結(jié)果造成工作效率低下、數(shù)據(jù)一致性差等一系列問題。這些系統(tǒng)的設(shè)計重點通常放在了對某類特定問題提供完善的解決方案，而忽略了與其它系統(tǒng)的接口。這些系統(tǒng)的部署，使企業(yè)陷入了"信息孤島"的困惑。1.概述IEC 61970是由IEC TC57 WG13制定的用于控制中心應(yīng)用程序接口（API）的系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)以EPRI的CCAPI為基礎(chǔ)，采用計算機領(lǐng)域的新技術(shù),結(jié)合其他標(biāo)準(zhǔn)化組織的成果，提出了一套規(guī)范化的公共模型和軟件接口即CIM和CIS，以達(dá)到減少向系統(tǒng)增加新應(yīng)用時所需要的費用和時間，保護正在有效運行的現(xiàn)有應(yīng)用的投資。IEC 61970是國際電工委員會

16、制定的能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）系列國際標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)國內(nèi)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL890。IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)定義了能量管理系統(tǒng)（EMS）的應(yīng)用程序接口（API），目的在于便于集成來自不同廠家的EMS內(nèi)部的各種應(yīng)用，便于將EMS與調(diào)度中心內(nèi)部其它系統(tǒng)互聯(lián)，以及便于實現(xiàn)不同調(diào)度中心EMS之間的模型交換。IEC 61970主要由接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）三部分組成。接口參考模型說明了系統(tǒng)集成的方式，公共信息模型定義了信息交換的語義，組件接口規(guī)范明確了信息交換的語法。 雖然IEC 61970稱為“能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口”，但實際上，IEC 61970的

17、思路可適用于電力自動化、信息化乃至其他行業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)集成。2.其標(biāo)準(zhǔn)的組成Part 1:導(dǎo)則與一般要求Part 2: 詞匯表Part 3xx:公共信息模型（CIM）Part 4xx:組件接口規(guī)范（CIS）Part 5xx:特定實現(xiàn)技術(shù)的映射3.IEC61970目的及核心問題 制定標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)方針，使得容易在EMS中插入新的應(yīng)用，也容易實現(xiàn)控制中心內(nèi)/外各個應(yīng)用系統(tǒng)的集成。共享網(wǎng)架模型數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)能夠繼續(xù)使用能夠正常工作的原有應(yīng)用，保護投資。IEC61970核心問題是信息交換，它要打破各個、EMS廠家數(shù)據(jù)庫的壁壘，而且也有專用的信息模型和專用的數(shù)據(jù)訪問方法。4.IEC61970三個模型的介紹（1

18、） 公共信息模型CIM CIM是電力系統(tǒng)領(lǐng)域公共信息的面向?qū)ο蟮某橄竽Ｐ?，它定義了電力系統(tǒng)領(lǐng)域所有主要的實體對象。電力系統(tǒng)中物理存在的實體對象在CIM中都是電力系統(tǒng)資源。EMS問題域的現(xiàn)實世界對象不僅包括電力系統(tǒng)中物理存在的實體對象，而且包括EMS軟件在處理EMS問題域時所涉及實體對象。CIM模型是標(biāo)準(zhǔn)化的，同時也是可擴充的，它只包含了公共信息，與特定應(yīng)用相關(guān)的信息仍需擴展。面向?qū)ο蠼y(tǒng)一建模語言UML來描繪CIM。電力系統(tǒng)各種資源表示為對象的類和屬性及類間關(guān)系。CIM的三種類間關(guān)系：一般化/具體化（繼承關(guān)系）、簡單關(guān)聯(lián)、聚集（部分/整體關(guān)系）。（2） 組件接口規(guī)范(CIS) 組件接口規(guī)范（CIS）詳細(xì)描述了組件/應(yīng)用應(yīng)實現(xiàn)的，能夠以標(biāo)準(zhǔn)方式與其它組件/應(yīng)用進行信息交