电力系统的远动通讯规约

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1、电力系统的远动通讯规约IEC 61850电气 班摘要：IEC-61850标准是IECTC一57技术委员会在新时代制定出具有开放性和互操作性的新一代变电站通信网络和系统协议。本文在介绍电力系统远动规约的基础上进一步介绍了电力系统的IEC-61850标准。通过介绍IEC-61850标准的结构体系，同IEC60870-5-103/104规约，进一步突出了IEC-61850标准的优点和特点。最后举了一个IEC-61850标准在变电站应用的例子来说明它的应用。关键词：IEC-61850标准、IEC60870-5-103/104规约、变电站通信1、电力系统远动通信规约 通信规约（协议）是指通信双方必须共同

2、遵守的题中约定，也称为通信控制规程或传输控制规程。通信规约的内容包括两个方面：一个是信息传送格式，它包括信息收发方式、传送速率、帧结构、帧同步字、位同步方式、干扰措施等；一个是信息传送的具体步骤，它是指将信息分类、分循环周期传送，系统对时数据收集方式和设备状态监视方式。通行规约按传输模式可以分为循环传输规约（CDT）、问答式传输规约（Polling），按传输的基本单位可以分为面向字符的通信规约和面向比特的通信规约。（1）循环传输规约（CDT） CDT属于同步通信方式，其以厂站RTU为主动方，以固定速率循环地向调度端上传数据。数据依规定的帧格式连续循环，周而复始地传送。一个循环传送的信息字越多，

3、其传输延时越长，传输内容出错剔除后，在下个循环可得以补传。CDT采用可变帧长度，多种帧类别按不同循环周期传送，变位遥信优先传送重要遥测量平均循环时间较短，区分循环量、随机和插入量采用不同形式传送信息。（2）问答式传输规约 Polling属于异步通信方式，其以调度端主动向厂站端RTU发送查询命令报文，子站响应后才上传信息。调度端收到所需信息后，才开始新一轮询问，否则继续向子站询问召唤此类信息。RTU对遥信变为信息优先传送，模拟量超范围时传送。主站可请求子站发送某一远动信息，也可请求发送某些类型的信息，工作方式灵活，适用于点对点、一点对多点、多点共多点环形或多点星形的远动通信系统，但须全双工或半双

4、工信道。（3）面向字符的通信规约 将数据和控制信息都编成字符，并以字符作为信息传输基本单位的通信规约。由于字符有独立的完整信息传输结构，传输中允许字符之间有间隔，故异步通信规约属面向字符的。二进制同步通信（BSC）规程也属面向字符的规程，其与异步通信不同的是，其将若干字符组成数据块一块一块地传输。（4）面向比特（位）的通信规约 面向比特的链路控制协议为高级数据链路控制协议（HDLC）。HDLC一般帧格式如图1所示：图1F：“01111110”同步符号、 帧之间的填充字符。 A：地址字段：通信对方的地址C：控制字段：用于区分帧的类型（数据帧、监控帧、无编号帧）I：信息字段：携带高层用户数据，可以

5、是任意的二进制位串；FCS：校验码：对A、C、I字段进行循环校验。 g(x)=x16+x12+x5+1 （CCITT和ISO使用）； g(x)=x16+x15+x2+1 （IBM的SDLC使用）。 由于帧中至少含有A（地址）、C（控制）和FCS（帧校验序列）字段，因此，整个帧长度应大于32位。2. IEC61850规约简介IEC 61850系列标准的全称是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统要求。IEC 61850系列标准是由国际电工委员会第5

6、7技术委员会(IEC TC57)从1995年开始制订的,目前，IEC61850共14个部份已经全部通过为国际标准。我国的标准化委员会对61850系列标准进行了同步的跟踪和翻译工作。IEC 61850系列标准吸收了多种国际最先进的新技术，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，而不仅仅是一个通信协议标准。IEC 61850看起来很像又一新的协议。其实它不是。确切地说，它是一种新的变电站自动化的方法，一种影响工程、维护、运行和电力行业组织的新方法。它采用面向对象的建模技术，面向未来通讯的可扩展架构，来实现“一个世界，一种技

7、术，一个标准”的目标。 发展历程： A.1995年(IEC)TC57成立了3个工作组来制定IEC61850的标准。 B.参考IEC101,IEC103,UCA2.0,ISO/IEC9506等标准。 C.1999年3月IEC61850草案出台。 D.2000年6月(IEC)TC57工作组决定以IEC61850作为电力系统无缝通讯体系的基础。 E.2003年出版了IEC正式颁布。国内各大厂家在2001开始关注IEC61850，2004年进入IEC61850实质性研发，2005年开始有IEC61850的变电站突入运行。 F.规范还在进一步完善中，以TISSUE形式在网站上发布。IEC61850标准通

8、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。2.1 IEC61850规约的结构体系 IEC61850是至今为止最为完善的变电站自动化标准。规范二次智能装置的通信模型、通信接口，而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备的通信模型、通信接口。并采用IEC61850国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发、验收、维护的人力物力，实现完全互操作。 传统通信规约具有如下缺点： a. 通信栈结构是固定的，不能适应多种通信接口。 b. 面向数据包

9、的结构使数据类型的定义是固定的，无法灵活设置。 c. 没有点号对照表是无法理解的。 d. 对通信的级联和转发不作要求，在每个转发点需要重复组织点表。而IEC 61850与传统规约的区别在于：IEC61850将变电站通信体系分为3层(变电站层、间隔层、过程层). 与IEC60870-5-103/10相比, 在技术上IEC61850有如下显著特点:a. 用面向对象建模技术;b. 采用分布分层的结构体系; c. 使用抽象通信服务接口ACSI和特殊通信服务映射SCSM技术; d. 实现智能电子设备间的互操作性; e. 提供自我描述的数据对象及其服务; f. 具有面向未来的开放的体系结构。正是这种突出的

10、优点使得IEC61850规约势必在不久的将来成为电力系统中从变电站到调度中心之间的主流通信规约。IEC60870-5-103/10的结构如图2所示图2IEC61850的结构体系如图3所示.图3按照变电站自动化系统所要完成的监视、控制和继电保护三大功能, IEC61850提出了信息分层的概念，从逻辑上、物理概念上将变电站的通信体系分为三层: 变电站层、间隔层和过程层, 并且定义了层与层之间的通信接口; 采用了面向对象的建模技术和高层抽象映射到低层的MMS技术, 解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换的问题. 此外, 采用IEC61850标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即

11、用的特性, 极大地方便了系统的集成, 降低了变电站自动化系统的工程费用. 由于该标准采用了开放性的通信模型, 可用于远程信息的网络传输, 进一步扩展了其通信能力. 因此, IEC60870-5-103/104通信规约现今仍然被广泛应用, 但是采用面向对象建模技术和分层分布技术, 具有互操作性的IEC61850标准以其不可取代的优势, 势必成为今后变电站自动化系统的统一标准, 并被广泛使用。2.2 IEC61850标准的本质内涵作为下一代变电站的无缝通信标准, IEC61850充分借鉴了变电站通信、计算机、工业控制等领域的长期经验。在IEC61850鲜明技术特点的背后, 是IEC61850与以往

12、变电站通信标准的实质性差别, 而理解IEC61850的本质是应用IEC61850的基础。IEC61850是变电站自动化通信标准, 通信标准的本质目标是实现双方快速准确的理解相互传达与接收到的逻辑信息命令, 并正确执行命令。由于各设备生产商生产的智能电子设备, 可能采用不同的芯片、不同的硬件架构、不同的嵌入式系统, 它们组成了一个复杂的异构环境系统, 所以变电站中设备之间的通信是一个复杂的分布式信息交互问题。变电站设备要实现互操作实际就是解决如何在异构环境下实现数据交换的问题。IEC61850标准制定的思路与以往IEC60870等标准在解决信息表达与传输问题方面相比上存在着根本的区别, 主要是借

13、鉴了近些年来计算机解决异构环境领域的常用的ASN. 1, XML等技术来解决变电站中的信息交互问题, 因此IEC61850标准的本质可以理解为是解决变电站中异构环境下数据交换问题的一个实现方案。IEC61850标准充分综合了ASN. 1与XML两种技术的各自优势, 利用ASN. 1的二进制编码信息传输效率优势, 用它作为主要的实时信息交互通信方式, 利用XML直观与带自描述特性在XML1. 0版本的基础上推出了变电站配置语言SCL, 用于描述变电站系统的结构与智能电子设备的能力及定义通信参数等。W2G组织提出了要将MMS映射到XML,采用XML技术来代替MMS协议中的ASN. 1编码,所以AS

14、N. 1与XML两者正在不断的相互借鉴发展。2.3 IEC61850标准应用于变电站IEC61850标准的目的既不是对在变电站运行的功能进行标准化, 也不是对变电站自动化系统的映射分配进行标准化, 而是尽最大可能地去使用现有的标准和被广泛接受的通信原理, 通过对变电站运行功能进行识别和描述, 分析运行功能对通信协议要求的影响(被交换的数据总量、交换时间约束等), 将应用功能和通信分开, 对应用功能和通信之间的中性接口进行标准化, 允许在变电站自动化系统的组件之间进行兼容的数据交换。IEC61850标准的变电站系统结构如图4所示。图43、结论IEC61850是变电站通信网络和系统的标准，由于该标

15、准建立了完备的变电站通信模型，并很好地支持设备之间的互操作性。许多国际电气设备制造商采用该标准体系进行互联试验，取得了很好的效果。采用 IEC61850 作为变电站自动化通信标准逐渐成为现实。全面采用IEC61850是变电站自动化通信的趋势。4、 感言通过本次对电力系统IEC61850标准的深入研究，使我明白了在电力系统中通信规约的重要性。变电站自动化系统的通信规约是实现变电站系统可靠、快速通信的重要保证。而随着计算机技术、网络通信技术、大规模集成电路技术的飞速发展, 现代电网结构日趋复杂, 电网容量不断扩大, 实时信息传送量快速增加, 人们对变电站自动化系统的通信提出了越来越高的要求。这时为了解决不同厂家设备通讯问题，便有了IEC60870-5-103/104规约。随着经济社会进一步发展，当这种规约已不能满足要求时，便出现了哲学中的扬弃新事物的产生，即IEC61850标准。科学技术的发展永无止境，知识更新也永无止境，这就启示我要跟得上时代的潮流，要树立终生学习的观念，勇于接受新理念、新方法，这样才不会落伍于时代。5、 参考文献1 王葵，孙莹. 电力系统自动化. 3版. 北京：中国电力出版社，2012.2 韩祯祥. 电力系统分析. 4版. 杭州：浙江大学出版社，2009.3 陈特放，曾秋芬. 列车微机与网络控制技术及应用. 北京：科学出版社，2012.