IEC61850与MMS的映射在数字化变电站中的应用研究

康 怡 宋金浍 张 旭 郭力洁

（华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003）

变电站自动化系统（Substation Automation System，SAS）是在计算机技术和网络通信技术的基础上开发的。传统的变电站自动化系统，由于缺乏统一的通信模型，功能独立重叠，缺乏高级应用、设备之间缺乏充分的通用和兼容，给设备变更和扩展造成很大的困难，实现信息标准化和设备的互操作非常困难。

因此，随着变电站的数字化、信息化，满足不同厂商设备集成，避免两个标准（EIC60870一5和UCA2.0）的冲突，提出一个国际统一的标准就迫在眉睫。国际电工委员会基于上述原因提出了一个新的国际标准——IEC61850标准。IEC61850标准具有真正意义上的互操作、面向对象的数据自描述与信息建模、功能与通信解耦等特点，能够适应通信技术的快速发展，同时也促进了电力系统信息化和数据集成。在世界的相关领域受到广泛关注。

IEC61850在技术上使用了制造报文规范（Manufacturing Message Specification，MMS）。MMS可运行于多种通信网络和协议栈，而且MMS的应用目前来说很成功，所以在电力系统中TASE.2/UCA和IEC61850均选择MMS作为应用层协议规范。在IEC61850中，数字化变电站通信体系从逻辑上和物理上分为3层：变电站层、间隔层和过程层，其中，变电站层和间隔层之间的通信采用抽象通信服务接口（Abstract：Communication Service Interface，ACSI）映射到 MMS的方法实现。因此实现协议中规范的 ACSI到 MMS的映射是实现IEC61850协议的关键[1]。

1 ACSI与MMS

1.1 抽象通信服务接口ACSI

抽象通信服务接口（Abstract：Communication Service Interface，ACSI）是 IEC61850提供的客户端与服务器进行通信的接口，用信息模型的功能服务实现信息模型的数据交换。ACSI规范的功能服务独立于具体网络。ACSI使用抽象的建模技术，为变电站定义了14类模型：服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型、数据属性模型、应用关联模型、替换模型、报告及记录控制块模型、通用变电站事件模型（Generic Substation Event，GSE）、采样值传输模型等，每类模型都包含若干种通信控制块。这些模型为各种通信服务提供了途径。ACSI从信息模型中分离出应用过程层并对功能服务进行映射实现通信[2]。

ACSI 模型有两个含义：①实际设备或功能建模，这类模型是通过通信网络建立并且是可视、可访问的；②ACSI 从设备交换信息的具体定义当中抽象出来，这类模型只是定义了概念上的互操作。ACSI定义的是描述通信服务的具体原理，而没有定义设备间交换的具体报文及编码，这些交换信息在SCSM 中定义[3]。

1.2 制造报文规范MMS

制造报文规范（MMS）即 ISO/IEC9506是国际标准化组织定义的一套用于工业控制系统的通信协议。他最早用于计算机集成制造系统。之所以定义MMS，其目的主要是为了规范具有通信能力的智能传感器、智能电子设备（IED）、智能控制设备等的通信行为，使出自不同制造商的设备之间可以实现互操作，同时也便于系统集成。MMS不规定具体的实施方法或具体产品也不约束具体的实体和接口的实施。MMS协议由两个核心标准和多个伙伴标准组成。它们包含的定义有：①虚拟制造设备（VMD）；②网络节点间的报文交互；③与VMD和服务相关的属性和参数；④信息格式；⑤通过网络的信息顺序；⑥MMS层与ISO/OSI开放模型的其他层的交互[4]。

2 ACSI与MMS的关系

ACSI采用抽象的建模技术和面向对象的技术，为变电站的智能电子设备（IED）定义了信息、服务模型。IEC61850标准中的第 7-2、7-3、7-4部分为变电站应用领域定义了需要的信息、服务模型实例。特定通信服务映射（SCSM）将已经定义好的模型的通信服务、对象及参数映射到特定的应用层协议MMS中（除通用面向对象变电站事件（GOOSE）和采样值传输）。

在向MMS的映射中，IEC61850的信息模型和各种控制块分别映射到 MMS的虚拟制造设备（VMD）、域（Domain）、有名变量 （Named Variable）、日志（Journal）和文件管理（File Management）等模型，服务则对应的映射到 MMS类的服务。ACSI到MMS的映射关系如图1所示。

图1 ACSI到MMS的映射关系

由图可以看出信息模型、服务模型到 MMS服务的过程，具体的映射函数在IEC61850-8-1标准中给出了详细的描述。如表1所示。

表1 服务的MMS映射

由表1可以看出，ACSl服务到MMS的映射可以是一对一、一对多、多对一这3种情况。映射方式的不同根据不同的ACSI服务来确定。

3 基于IEC61850和MMS的模型设计

随着电力系统自动化技术的发展，在数字化变电站中出现了许多的自动化设备，其中大多数采用面向点的专用的通信协议，很难实现不同制造商设备的互操作和系统集成。基于上述原因，国际电工委员会提出的IEC 61850标准，它是面向对象的通信标准，主要目标是实现不同厂商IED设备之间信息的开放，实现IED间的互操作。本文在认真理解IEC 61850规约和ISO 9506制造报文规范（MMS）标准的基础上，提出了一个基于IEC 61850和MMS的模型结构，如图2所示。

图2 基于IEC61850和MMS的模型结构

用于存储的设备接口模块使用的通信协议与常规变电站设备相同，并将收到的点表信息存放到逻辑设备（LD）中的点信息表中。不同的设备接口模块可以根据通信协议的不同进行设计，但是他们最终完成的功能相同。

MMS服务器配置器模块主要是在系统启动时完成实际设备和虚拟制造设备（VMD）的映射。配置器初始化有关的属性是根据配置文档信息创建各MMS对象类的实例建立。在完成所有配置工作后，就实现了实际设备和VMD之间的映射，VMD代表实际设备同客户端沟通。

事务处理器是 MMS服务器的基本组成部分，它接收 MMS服务请求，并将请求发送到适当的对象，以启动相应的服务；反之将服务响应发送到相关的MMS客户端。

底层网络支持模块主要提供OSI传输层及以下各层的服务功能。

4 结论

IEC61850对于现在和将来数字化变电站的自动化技术的发展将产生重大的影响。对于怎样在既保留了原有资源，保护原始投资的情况下，又能实现信息资源的共享和不同制造商设备之间的互操作，是目前数字化变电站研究方向的重点，也有着重要的现实意义和经济价值[5]。本文主要介绍了IEC6185协议中的ACSI与MMS的基本概念，进一步讨论了它们之间的映射关系。根据上述内容提出了一种简单的模型，本文所提出的模型结构只是对这类工作的一种尝试。这个系统的重点是 MMS服务器的设计和通信模型的实现，这将是我们下一步工作的主要内容。

[1]董科,关彬,王巍. IEC61850与MMS的映射的研究[J].电力系统保护与控制,2010(10):92-95.

[2]窦晓波.基于 IEC61850的新型数字化变电站通信网络的研究与实践[D].东南大学电机与电器系,2006.

[3]殷志良.基于IEC 61850的变电站过程总线通信的研究[D]:[博士学位论文].北京:华北电力大学(北京)电气工程系,2005.

[4]吴佳毅. 基于IEC61850的MMS通用服务器的研究[J].中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集，2008:370-373.

[5]张长明. 基于IEC 61850和MMS的变电站监控设备网关研究[J].福建电脑,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.