变电站传统规约装置与61850站控层无缝通信解决方案

戴晓辉 刘平香

（国网宁夏电力公司检修公司，宁夏 银川 750001）

0 引言

随着智能技术进一步实用化、模块化、标准化，智能变电站的信息采集、传输和处理技术更加规范，为了有效支撑了“调控一体、运维一体”，需要对常规变电站进行综自改造和对老综自站进行升级改造。根据国家智能电网“十二五”规划，到2015年，新建智能变电站达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）千伏变电站。综自变电站的升级改造成智能站，主要改造站控层和间隔层的测控单元，在站控层采用IEC 61850规约，间隔层采用常规规约的保护装置、直流系统、五防系统等在接入站控层前，必须进行规约转换。

目前常规规约呈现“百花齐放”的局面。不同的厂家不同的装置通信规约不相同，南瑞、东方电子、许继、四方、ABB、GE、60870-5-103…，几乎每个产品供应商都具有一套自己的标准。目前广泛应用的变电站通信协议主要是IEC 60870-5-103（下文简称为103规约），因此如何从该协议逐步过渡到IEC 61850是一个现实的课题。

1 IEC 61850标准简介

IEC 61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会负责制定的。IEC 61850将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层。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。相比较传统规约，IEC61850标准有如下几个特点：

（1）面向对象建模；

（2）抽象通信服务接口；

（3）面向实时的服务；

（4）配置语言；

（5）整个电力系统统一建模。

IEC61850标准对大多数公共实际设备和设备组件的模型有详细的规定。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制。自我描述能显著降低数据管理费用、简化数据维护、减少由于配置错误而引起的系统停用的时间。

2 IEC 61850和原有的通信协议之间的差异

103规约是继电保护设备信息接口配套标准。在这个标准制定出来之后，在变电站内部的继电保护设备（或者间隔单元）与控制系统之间的信息交换主要采用103规约。IEC 61850和原有的标准（主要指103规约）之间存在许多差异，较重要的是以下几个方面：

2.1 体系结构不同

IEC 61850为SA应用定义了ACSI（抽象通信服务接口），然后将该接口映射到特定应用层标准（SCSM：特定通信服务映射），从而将SA应用与具体通信方式加以隔离，可以适应通信网络技术的快速发展变化，而不影响到变电站自动化应用。目前IEC 61850以通信协议制造业报文规范（MMS）作为应用层标准，但并不排除制订新的应用层标准，而SA应用可以保持不变。

103规约虽然可采用光纤传输，但也考虑了传统的串行通信技术（如EIA RS-485），为保证快速的通信响应时间采用了EPA（增强性能结构），即采用在数据链路层之上直接建立应用的方式。

2.2 建模方法不同

IEC 61850采用了面向变电站对象建模的方法，对变电站自动化通信系统及相关设备、功能和数据进行建模，并用统一建模语言XML进行了描述。所建立的模型主要有变电站模型、IED产品模型、通信系统模型及相关的建模冗余。其中，IED产品的建模又逐级分解为IED—访问点—服务器—逻辑装置—逻辑节点—数据—数据属性。

IEC 60870系列标准是远动系统数据传输的通用标准，适用于电力系统自动化各种应用，不是专门为变电站制订的。103规约协议是该系列标准针对变电站的特定信息的伴随标准，因此并未对变电站的对象和功能详细建模，主要针对继电保护设备（或间隔单元）应传输的信息定义了接口规范。

2.3 内容涵盖范围不同

IEC 61850是包括了变电站自动化系统的有关系统需求、系统建模与设计、配置描述、工程和管理等整个系统生命周期要求的完整标准。而IEC 60870不是专门针对变电站自动化系统的，内容远没有IEC 61850全面，103规约主要是一种信息接口标准。

3 IEC 60870-5-103到IEC 61850的转换示例

接下来主要讨论通过中间网关实现103规约过渡到IEC61850。实现过渡的网关代理应该包括以下内容：

根据IEC61850-7-2，将103规约中定义的服务对应到IEC 61850-7-2中定义的ACSI。

根据IEC 61850-7-3和IEC 61850-7-4，将103规约中定义的应用服务数据单元中的数据，对应为逻辑节点和数据对象。

103规约定义了两种信息交换方法：一是基于严格规定的应用服务数据单元（ASDU）和标准化的报文传输应用过程；另一种方法是采用通用分类服务，可以传输几乎所有可能的信息。在电力行业标准DL/T 667-1999中，明确定义了继电保护信息的交换必须尽可能采用基于严格规定的应用服务，如果不能完全满足要求，应采用通用分类服务来实现。所以虽然各个IED生产厂商都采用103规约，但对某些具体应用各有不同处理方式。由于两种标准差异很大，且103规约的实现差异也很大，103规约到IEC 61850的转换无法做到只用一个模式，除了针对共同的部分给出一个对应规范，其它部分则需要具体的问题具体分析。

103规约中，控制系统对保护信息的需求主要集中在保护设备的动作信息、定值、保护测量值、遥信、遥测、遥控、扰动数据等上，也就是说控制系统对保护设备的访问基本上是以数据和控制操作为基础的，而这些服务对应于IEC 61850-7-2的ACSI则可以对应于数据类模型、数据集模型、控制模型以及文件传输的信息模型。

在继电保护中，保护设备主要实现的任务就是数据的采集和逻辑判断，因此，在实际中，可以把一个保护设备建模成一个逻辑设备。在每一个逻辑设备中都有两个基本的逻辑节点LLN0和LPHD，在每一个逻辑设备中它们都是唯一的。在IEC 61850中，保护和保护相关功能是建模在各个相关的逻辑节点中的，因此可以分为以下几个方面来建模：

（1）距离保护：采用距离保护节点PDIS来建模；

（2）过流保护：采用瞬时过电流保护节点PIOC和定时过电流保护节点PTOC来建模；

（3）变压器差动保护和线路差动保护：采用差动保护节点PDIF来建模；

（4）遥测：在103规约的一个ASDU中，保护设备上传的遥测量可以有多个模拟值，对应于IEC 61850中的MMXU逻辑节点或者GGIO逻辑节点；

（5）遥信：遥信（状态量）采用通用I/O节点GGIO来建模；

（6）遥控：在103规约中，遥控的功能是由断路器控制命令来完成的，对应于IEC 61850中定义的开关控制CSWI逻辑节点来建模；

（7）扰动数据：在保护扰动数据传输过程中，扰动数据包括扰动值（模拟量）和二进制值 （信号状态）两部分，对应于IEC 61850中的RADR和RBDR两个逻辑节点，RADR逻辑节点建模模拟通道，而RBDR则建模二进制通道。

4 结论

在相当一段时间内，将有很多采用传统规约的IED与采用IEC 61850的IED在一个变电站监控系统内共存的情况，探讨它们之间无缝链接是一个非常现实问题。本文通过一种方案为解决该项工作提出了思路，但由于不同厂家对该协议的实现千差万别，无法保证一致性，在工作中还需要因地制宜，灵活使用各种方法，才能确保采用IEC 61850站控层设备稳定运行。

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