电力系统常用通信规约简介.doc

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电力系统常用通信规约简介

1.电力系统通信规约产生的背景

为了满足经济社会发展的新需求和实现电网的升级换代，以欧美为代表的各个国家和组织提出了“智能电网”概念，各国政府部门、电网企业、装备制造商也纷纷响应。

智能电网被认为是当今世界电力系统发展变革的新的制高点，也是未来电网发展的大趋势。

2.研究智能电网标准体系的国际主要标准组织与机构

（1）国际电工委员会（IEC），IEC的标准化管理委员会（SMB）组织成立了“智能电网国际战略工作组（SG3）”，由该工作组牵头开展智能电网技术标准体系的研究；

（2）美国国家标准及技术研究所（NIST），研究智能电网的标准体系和制定智能电网标准。

NIST的前身是美国国家标准（NationalBureauofStandards，NBS），隶属美国商务部，负责美国全国计量、标准的研究、开发和管理工作。

（3）电气和电子工程师协会（IEEE），于2009年发布了“P2030指南”，标志着IEEE正式启动了智能电网标准化工作。

3.IEC对智能电网标准的认识

IEC认为智能电网包括电力系统从发电、输变电到用户的所有领域，要求在电网的各个建设阶段以及在系统的各个组成单元之间以及子系统间实现高度的信息共享，因而标准化工作对于智能电网的成功建设非常关键。

1.应该对必要的接口和产品标准化，并避免对具体应用和商业案例进行标准化，否则将严重阻碍智能电网的创新和发展。

应为智能电网的进一步提升提供先决条件。

2.描述通用需求，避免对细节标准化

4.IEC相关标准体系工作组织

IEC组织成立了第三战略工作组—智能电网国际战略工作组（IECSG3）

1.对涉及智能电网的标准进行系统性分析，建立智能电网标准体系框架

2.提出原有标准修订、新标准制定、设备和系统互操作的规约和模型等方面的标准化建议,逐步提供一套更加完整、一致的支持智能电网需求的全球标准。

5.三项主要任务

1.系统描述标准体系整体框架：

描述电网及电力系统的专业概念和关联模型，相关标准全面综述,定义IEC标准整体框架，是智能电网协调的基础

2.确定核心标准：

选择在智能电网实际应用中的重要标准,对这些标准的提升和改进是IEC为智能电网解决方案提供技术支持的关键，是IEC智能电网标准化路线图中的核心部分。

3.制定行动路线图，确定优选增补标准：

填补近期急需制定的标准，中长期行动路线图，以实现智能电网的远景制定行动路线图。

由于智能电网的投资是长期的，有必要为投资者提供一套标准体系，为将来可持续投资提供坚实基础。

6.IECSG3确定的5个核心标准

1.IEC/TR62357电力系统控制和相关通信.目标模型、服务设施和协议用参考体系结构；

2.IEC61850-变电站自动化；

3.IEC61970-电力管理系统-公共信息模型（CIM）和通用接口定义（GID）的定义；

4.IEC61968-配电管理系统-公共信息模型（CIM）和用户信息系统（CIS）的定义；

5.IEC62351-安全性。

IEC61850

1.概述

IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准，它是国际电工委员会（IEC）TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。

此标准参考和吸收了已有的许多相关标准，其中主要有:

IEC870-5-101远动通信协议标准;IEC870-5-103继电保护信息接口标准;UCA2.0（UtilityCommunicationArchitecture2.0）（由美国电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系）;ISO/IEC9506制造商信息规范MMS（ManufacturingMessageSpecification）。

2.IEC61850对UCA2.0作了以下四个方面的改进：

（1）使用配置描述语言

首次在电力系统通信协议中运用XML技术在IEC61850的第6部分提出了变电站配置描述语言SCL,SCL就是以XML为基础的。

SCL能描述变电站内各个智能电子设备,并能描述智能电子设备之间的关系。

目前各行业都采用XML技术来统一本行业的数据交换格式,IEC61850采用XML来描述变电站的设备和功能,统一变电站数据交换的格式,对变电站自动化工程的设计、规划、实施、信息交换都有极大的好处。

（2）分层目录服务

IEC61850中的目录服务共有5层,分别是服务器目录、逻辑设备目录、逻辑节点目录、数据对象目录、读数据定义。

客户通过服务器目录服务,就可获得各个服务器的各个逻辑设备名;按照各个逻辑设备名依次利用逻辑设备目录服务,就可获得相应逻辑设备的各个逻辑节点名;按照各个逻辑节点名依次利用逻辑节点目录服务,就可获得相应逻辑节点的各个数据名;按照各个数据名依次利用数据目录服务,就可获得相应数据的各个数据属性名;利用读数据定义服务就可获得相应数据的全部数据属性定义。

这样,在线情况下客户可以通过这些服务在客户数据库中建立对方全部的镜像。

这些服务用于检索设备中整个分层的定义及全部可访问的信息定义、全部类的实例定义。

在正常运行阶段,利用这些服务可监视各个服务器的变动和投运情况,实现配置管理。

（3）服务与映射分开

在IEC61850中,提出了抽象服务通信接口（AS2CI）和具体通信服务映射（SCSM）,这样,就把通信服务要求跟具体的通信协议分离开,有利于适应通信技术的不断发展,在IEC618502821中采用了MMS,以后还可能采用其他协议,对于ASCI就有SCSM1,SCSM2等与它对应。

（4）增加了过程层

在UCA2.0中没有覆盖过程层,IEC61850提出了变电站自动化的3层模型:

变电站层、间隔层、过程层。

随着电子式电流互感器和电子式电压互感器在电力系统的使用,变电站自动化的结构又会发生变化,原来变电站自动化只是2层结构,现在提出了3层结构,增加了过程层。

IEC618502921和IEC618502922就是针对过程层的电流电压采样服务的,其中,IEC618502921是针对串行单向多支路点对点链路通信方式,IEC618502922是针对过程总线的。

2.IEC61850标准体系

章节

名称

第一部分

介绍和概述

第二部分

术语

第三部分

总体要求

第四部分

系统和项目管理

第五部分

功能通信需求和装置模型

第六部分

变电站自动化系统配置

第七部分

基本通信结构

第八部分

映射到MMS和以太网

第九部分

模拟采样数据

第十部分

一致性测试

3.与传统变电站的比较：

（1）智能化变电站把设备划分在3个功能层上:

变电站层、间隔层、过程层；

一次设备实现智能化。

电子式互感器代替了原来的电磁式互感器；一次设备采用微处理器设计，通过数字网络跟二次设备交换数据，取消了原来的电缆连接

二次设备网络化。

继电保护、故障录波和电压无功控制装置等通过数字网络连接，取消原来的电缆连接。

不仅能传送I/O量，还能传送模拟量

（2）站层与间隔层通信

传统：

规约：

IEC60870-103等物理连接：

串口485，以太网络等

IEC61850：

规约：

工业制造报文（MMS）物理连接：

以太网络

（3）间隔之间通信

传统：

电缆接开关量

IEC61850：

规约：

GOOSE物理连接：

光纤以太网

特点：

除传输开关外，还可传输模拟量

（4）间隔与过程层通信

传统:

电缆连接

IEC61850模拟量:

规约：

规约9-1、9-2、60044-8

物理连接：

光缆

IEC61850智能开关等设备：

规约：

GOOSE物理连接：

光纤以太网

4.IEC61850的特点

①．定义了变电站的信息分层结构

变电站通信网络和系统协议IEC61850标准草案提出了变电站内信息分层的概念，将变电站的通信体系分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层和层之间的通信接口。

在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范（MMS）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）以太网或光纤网。

在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。

变电站内的智能电子设备（IED,测控单元和继电保护）均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。

②．采用了面向对象的数据建模技术

IEC61850标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。

每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。

逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。

数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。

从通信而言，IED同时也扮演客户的角色。

任何一个客户可通过抽象通信服务接口（ACSI）和服务器通信可访问数据对象。

③．数据自描述

该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则；采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如，获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。

面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，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。

由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作。

④.网络独立性

IEC61850标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务，设计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口（ASCI）。

在IEC61850-7-2中，建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。

客户通过ACSI，由专用通信服务映射（SCSM）映射到所采用的具体协议栈，例如制造报文规范（MMS）等。

IEC61850标准使用ACSI和SCSM技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动SCSM，而不需要修改ACSI。

IEC61970

背景：

随着电力企业信息化的完善，建设了大批综合性的、分布式应用系统，这些应用系统可能是在不同时期开发的，采用的硬件、软件可能分别来自不同的厂商，数据、报表格式可能互不兼容，用户界面也是五花八门。

在业务运作过程中，用户常常需要在不同的系统间进行切换，同一组数据难免需要重复录入。

结果造成工作效率低下、数据一致性差等一系列问题。

这些系统的设计重点通常放在了对某类特定问题提供完善的解决方案，而忽略了与其它系统的接口。

这些系统的部署，使企业陷入了"信息孤岛"的困惑。

1.概述

IEC61970是由IECTC57WG13制定的用于控制中心应用程序接口（API）的系列标准，该标准以EPRI的CCAPI为基础，采用计算机领域的新技术,结合其他标准化组织的成果，提出了一套规范化的公共模型和软件接口即CIM和CIS，以达到减少向系统增加新应用时所需要的费用和时间，保护正在有效运行的现有应用的投资。

IEC61970是国际电工委员会制定的《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》系列国际标准，对应国内的电力行业标准DL890。

IEC61970系列标准定义了能量管理系统（EMS）的应用程序接口（API），目的在于便于集成来自不同厂家的EMS内部的各种应用，便于将EMS与调度中心内部其它系统互联，以及便于实现不同调度中心EMS之间的模型交换。

IEC61970主要由接口参考模型、公共信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）三部分组成。

接口参考模型说明了系统集成的方式，公共信息模型定义了信息交换的语义，组件接口规范明确了信息交换的语法。

虽然IEC61970称为“能量管理系统应用程序接口”，但实际上，IEC61970的思路可适用于电力自动化、信息化乃至其他行业的应用系统集成。

2.其标准的组成

Part1:

导则与一般要求

Part2:

词汇表

Part3xx:

公共信息模型（CIM）

Part4xx:

组件接口规范（CIS）

Part5xx:

特定实现技术的映射

3.IEC61970目的及核心问题

制定标准和指导方针，使得容易在EMS中插入新的应用，也容易实现控制中心内/外各个应用系统的集成。

共享网架模型数据和运行数据能够继续使用能够正常工作的原有应用，保护投资。

IEC61970核心问题是信息交换，它要打破各个、EMS厂家数据库的壁垒，而且也有专用的信息模型和专用的数据访问方法。

4.IEC61970三个模型的介绍

（1）公共信息模型CIM

CIM是电力系统领域公共信息的面向对象的抽象模型，它定义了电力系统领域所有主要的实体对象。

电力系统中物理存在的实体对象在CIM中都是电力系统资源。

EMS问题域的现实世界对象不仅包括电力系统中物理存在的实体对象，而且包括EMS软件在处理EMS问题域时所涉及实体对象。

CIM模型是标准化的，同时也是可扩充的，它只包含了公共信息，与特定应用相关的信息仍需扩展。

面向对象统一建模语言UML来描绘CIM。

电力系统各种资源表示为对象的类和属性及类间关系。

CIM的三种类间关系：

一般化/具体化（继承关系）、简单关联、聚集（部分/整体关系）。

（2）组件接口规范（CIS）

组件接口规范（CIS）详细描述了组件/应用应实现的，能够以标准方式与其它组件/应用进行信息交换和/或访问公共数据的接口。

该定义的要点有：

a.CIS描述的接口是标准的、通用的;b.CIS描述的接口最终由组件/应用负责实现接口的用途：

c.信息交换、访问公共数据。

组件接口规范的组成：

CIS402：

公共服务

CIS403：

通用数据访问服务

CIS404：

高速数据访问服务

CIS405：

通用事件和订阅服务

CIS407：

时序数据访问服务

（3）公共图形交换标准（CGE）

现有的多个系统中均有大量的图形存在，系统之间进行数据交换的同时，往往也需要进行图形交换。

需要有图形交换标准进行图形交换，避免多个系统之间的图形重复绘制。

适用对象：

EMS-EMS、EMS和其他系统。