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1、Ol研究背景控制模型是IEC 61850标准中提供的一个重要服务，允许客户端远程设置服务器的数据 属性，并且根据设置实现对软压板、开关刀闸等实际对象的操作。这个过程不仅仅是通过一 条简单的命令直接完成，而是通过客户端、服务器以及设备之间多次交互的过程来完成。因 此，针对控制模型的一致性测试是通信协议一致性测试中重要的测试项目。02定义VS实现控制对象和控制环境的友杂性以及各厂家对标准理解的不同，导致了控制的实际应用与 标准定义不完全相同。不同控制对象所采用的行为与应用密切相关，为此标准定义了4种模 型对应不同的状态机，分别为常规安全的直接控制、常规安全的操作前选择控制、增强安全 的直接控制和增
2、强安全的操作前选择控制。实际应用中大多采用常规安全的直接控制和增强 安全的操作前选择控制。常规安全的直接控制一般仅用于装置信号灯复归和故障录波功能。 增强安全的操作前选择控制一般用于软压板和开关刀闸。控制模型中定义了 4种服务，分别为选择/带值选择、取消、操作/时间激活操作、命令 中止。时间激活操作是控制模型的扩充，用于代替操作，实际应用中尚无厂家采用。选择服 务具体映射到制造报文规范（MMS）读服务，而常规安全的操作前选择控制鲜有厂家实现 并应用，因此选择服务基本停留在定义上，没有实际应用。03第1版VS第2版IEC 61850标准在多个部分对控制模型的各个方面分别进行了描述，其中IEC 6
3、1850-7-2 和IEC 61850-8-1定义了控制模型及其相关服务的内容与具体映射实现，IEC 61850-7-3和 IEC 61850-7-4部分定义了控制模型相关的数据结构。IEC 61850-7-2第2版中服务定义新增时间激活操作终止服务，状态机新增5种状态， 详细描述了在各种状态下收到各种请求时服务器端应返回的响应内容，枚举量Addcause定 义新增多个枚举值，详细定义了发生应用差错时控制模型的行为。IEC 61850-8-1第2版中常规安全的直接控制的控制模型新增CanCeI的数据属性，操作 和取消服务否定响应中的信息报告（变量表）在常规安全的控制服务中被备注为可选，控制 对
4、象的映射是具有结构的可视串类型的有名组件，第1版中规定最大不能超过65个8位位 组，第2版调整为129个8位位组。IEC 61850-10第2版新增客户端的一致性测试、采样值设备的一致性测试、工具相关的 一致性测试等内容。对于服务器端的控制模型，第2版标准在所有预期返回否定响应的测试 用例中明确了响应报文中应包含的AddCaUse。部分测试用例延续使用了第1版的内容，而 部分测试用例添加了第1版应用和测试过程中可能遇到的情况，旨在消除第1版使用过程中 出现的争议，使得第2版的一致性测试更加全面细致。04典型问题IEC 61850-10第2版总结第I版的应用经验，综合tissues修改了很多错误
5、，完善和优 化一致性测试流程和案例，对标准进行了大量的修订，因此出现了不少新的问题。1）标准定义不一致IEC 61850-7-2第2版表47注释一栏中说明，在直接控制过程中对选择请求或带值选择 请求返回的否定响应中附加原因应为class-not-supported,然而附录B枚举量Addcause 定义中并没有class-notsupported这一属性值。IEC 61850-10第2版中测试用例SCuI 3和sCt127 中规定选择或带值选择一个直接操作的控制对象应被附加原因“Unknown”拒绝。标准不同 部分出现的定义不一致直接影响了对标准的理解和协议一致性的实现。2）标准定义有歧义IE
6、C 61850-7-2第2版表51中给出Check的定义如表1所示。表I海上风电场黑启动过程的风柴协同控制原理Service Parameter nameParameter typeCheckPACKET LISTSynchrocheckBOOLEANInterlock-checkBOOLEANIEC 61850-8-1第2版表80中定义Check的ACSI类型为PACKET LIST即包列表，映 射为可变长度的MMS Bitstring即位串类型。标准中不同部分对同一属性对象的定义使用了 不同的方式，因此产生的歧义影响了对相关数据的理解和实现。在长期的工程应用中发现不 少厂家对CheCk的理
7、解实现有偏差，部分厂家类型定义错误，定义成可视字符串(VISIBLE STRINOo关于CheCk位串的长度，大部分厂家定义为2位，个别厂家定义成8位。虽然 标准仅规定包列表映射位串的最小长度由编码包列表的成员所需的位数决定，即Check位 串的最小长度应为2位，定义成8位也满足标准要求，但是客户端和服务器对位串的长度定 义不一致有可能导致写服务失败即控制失败，影响互操作。另外由国际测试和认证的权威机 构DNVGL(KEMA)自主开发的IEC 61850 一致性测试软件检测到CheCk为8位位串时提 示错误。这些定义不一致均会影响一致性测试的结果，本文建议CheCk统一定义为2位位 串。05结
8、语控制模型是IEC 61850标准中极其重要而更杂的模型之一，涉及一次设备开关刀闸的控 制，各个应用和测试细节都值得推敲和讨论。IEC 61850-10第2版已于2012年12月14日 实施，国内等同采用的行业标准DUT 860.10也于2018年12月25日发布且于2019年5月 1日起实施。为顺利过渡到IEC 61850第2版，首先必须打好坚实的理论基础，对标准更新 进行全面的研究。结合工程应用对控制模型一致性测试的探讨仅仅是一个开始，后续还有大 量的内容需要进一步深入研究。1EC61850在电能量管理系统通信中的应用调度（调控）中心W智能变电站一体化监控系统计量装置检控装置3 F装置防备
9、色明 洞没绿照环境 监测 W 设备输变电状态监测辅助应用图1智能变电站一体化监控系模型X cn RSubstit.enab IcSubsti t.valuejiT I yti/ 二Control value ctlVal , Opcraitc t imc Originutor Control numberStatus value st Val * Quality q ” Time stamp lS8图3电能量管理系统拓扑图-LDeve nst= METER des-DataSetnafne=Meteratatdesc= tfI FCDA W!nst=METER prefix= lnOassMM
10、TR, InInst=T doName=TotVArh, daName=actVal fc=,ST* /；FCDA HnS:=，ETER1 prefix=-nass=MMTR llns=5, doName=7otWh, daName=actVa fc=*STFCOA Mlnst=1METERr prefix= lnOass=MMTR InInst=V doName=TotVArh, daName=,actVal fc=ST? LNInass=MMTR Type=MMTR.tpe nst=T prefix= (JeSg 的费率总+ LN lnOass=MMTR, lnTye,MMTR.type,
11、 nst=2 PrefiX=desc=说髀 LN lOass=,MMTR, lnTpe,MMTR-tpe nst=4, prefix= ia LN InOass=wMMTR lnType,MMTR.type nst=6 prefix=0 desc=顾普率总)+ LN lnass=,MMTR, lnType=MMTR.type, St=g LN lass=MMTR, lnTypeMMTR.type nst,9 PrefiX= d*颐髀 3、 PrefiX= des:=庵ItHiWi 图4 由能量然端由多物据横型【摘要】IEC61850标准是未来数字化变电站通信网络与系统的唯一国际标准，面向对 象
12、的信息模型和建模方法是IEC61850标准的核心，本文先总体阐述了 IEC6I850的建模过 程，进而结合电能量管理终端的应用进行电能量管理终端的建模介绍。【关键词】数字化变电站；IEC61850；智能电子设备；面向对象；信息模型Abstract IEC61850 standard is the digital substation communication network and system of the international standard. Object-oriented information model and modeling method is the core of
13、 1EC6185O standard. This article overall expounds the modeling process of IEC61850 first, and then combined with the application of electric energy management terminal of electric energy management terminal modeling is introduced.Key words Digital substation； IEC61850； Intelligent electronic equipme
14、nt； Object oriented； The information model0引言在智能变电站一体化监控系统中，需要接入大量的来自不同生产厂家的监控设备。采用 传统的通信规约如IEC60870-5-102, Q/GDW376.1-2009, DNP3.0等，难以做到互联互通、 即插即用，接入和维护的工作量都十分大。图I是智能变电站一体化监控系模型。IEC61850为变电站自动化提供了统一的标准，实现了不同智能设备之间的无缝接入。 随着IEC61850的逐渐成熟和广泛应用，其技术和方法逐渐推广至变电站自动化以外的其它 应用领域，包括变电站与EMS主站之间的通信、水力发电（IEC61850
15、-7-410）、分布式电源 （IEC61850-7-420）风力发电（IEC61400-25）等等。引入IEC61850采用统一的模型、统 一的接口，实现主站与DRTU以及不同DRTU之间的互操作，从而解决大量DRTU的有效 接入问题，减少维护工作量，是智能变电站通信的发展方向“。1 IEC61850 简介IEC61850标准是IEC、IEEE与美国电科院（EPRI）合作的结果，其目的是建立一个真 正的全球性标准，解决变电站自动化系统的互通互联问题。下面介绍IEC61850的采用的关 键技术。1.1 面向对象的数据模型常规的通信协议（如IEC60870-5系列、SC180K MOdBUS等）从
16、各种自动装置接收数 据需要三个处理过程。首先，装置把实际数据映射成适当的协议消息；将数据传递到请求者 那里，并写入数据库中；最后，将数据以图形符号的方式显示给用户。存在的问题是，在协 议消息传输过程中，其中一个数据与其他数据的关系丢失了，因此，必须映射协议消息与其 他数据的关系（一般叫作交叉关系表映射）。在安装调试变电站自动化系统，处理所有的数 据点时，（映射）配置工作非常耗费时间并且容易发生错误。IEC61850采用面向对象的新方法，单一的数据是没有意义的，IEC61850将信息分为可 以访问的逻辑信息组，例如保护信息、开关设备信息、测量信息组等。逻辑信息组被进一步 划分为不同的逻辑节点。逻
17、辑节点是组成变电站自动化应用功能，能够互相交换信息的最小 实体，是变电站最基本的虚拟表示单元。每一个逻辑节点由代表一些特定应用功能的数据组 成。按照定义好的通信方法与服务，包含在逻辑节点中的信息能够同其他逻辑节点交换。用 户可以比较容易地研究和浏览这些逻辑节点，提取出所需要的信息。图2给出了一个叫XCBR的逻辑节点的例子。这个逻辑节点代表一个IED模型中的断 路器对象。XCBR包含一个数据类Pos,表示断路器的位置。这个数据类被赋予不同的属性。 例如，状态值StVal表示断路器的分合位置。这样，断路器的信息可以通过访问具体的逻辑 节点XCBR获得。假设己知一个包含断路器的IED模型,数据类XC
18、BR的实例叫做XCBRl, 则访问XCBRLPos即可获得断路器所有的位置属性信息，而访问XCBRLPos.StVal就可以 获得断路器的分合位置信息。一组逻辑节点组合在一起，完成一个具体的应用功能，它们可能分布在变电站内若干个 实际物理设备中。图2所示的保护功能为例，它包含三个逻辑节点（HMI：人机界面、P： 保护、XCBR：断路器）和一个独立的逻辑节点（TCTR：电流传感器），它们分布在断路器、 电流互感器、保护装置三个具体的物理设备中。需要指出，在其他一些应用场合，这些逻辑 节点有可能都集中在一个物理设备中。一个物理设备可能包含多个逻辑节点。使用逻辑节点可以为一个具体的IED （例如单元
19、 层保护装置)建模，这些IED与变电站内的其他物理设备相互作用，完成具体的功能。一 些逻辑节点可以认为是代表变电站内物理设备(例如断路器或电流互感器)的逻辑对象。其 他一些逻辑节点只完成一部分功能。以开关或断路器控制为例，控制逻辑节点和断路器逻辑 节点相互作用完成断路器的操作。如此，一组逻辑节点可逐步地建立起描述单元层装置控制 行为的模块。1.2 抽象通信服务接口IEC61850总结了电力生产过程的特点和要求，归纳出电力系统所必需的信息传输的网 络服务，设计出抽象通信服务接口(AbStraCtCommUniCalionSerViCeInterface： ACSI) 其应 用功能、对象、服务与具
20、体的技术及实现方法(通信协议)无关。ACSl提供6种服务模型： 连接服务模型、变量访问服务模型、数据传输服务模型、设备控制服务模型、文件传输服务 模型、时钟同步服务模型。它所定义的服务、对象、参数通过特殊通信服务映射(SPeCifiC Communication SerViCe Mapping： SCSM)绑定到底层的应用程序(协议)中，例如绑定到 MMS或IEC60870-5等应用层协议上。这使得1EC61850的应用可以适应各种网络。在底层 网络发生变化的情况下，只需要改变相应的特殊通信服务映射即可。1.3 面向对象的数据模型面向设备的自描述IEC61850提供的模型覆盖了变电站自动化领域
21、几乎所有功能和数据对象，并提供了扩 展机制。因而在传输数据时，通过附带数据自我描述信息的方法，实现信息的自描述，数据 在传到调度系统后，可以直接通过软件解析，简化现场验收工作，数据库维护工作量大为减 少。1.4 系统配置因为1EC61850建立了统一的模型体系和统一的ACSI接口，并且支持现场设备的直接 访问，因而在设备配置发生变化的情况下，调度系统可以很方便地得知配置改变情况，并据 此进行更改。IEC61850包含了十个部分的内容。电力系统工程师和用户可能需要一些时间 认识了解它。然而，随着对电力系统数据的需求越来越多，信息新技术的不断应用，IEC61850 最终会成为处理变电站配置、模型和
22、通信的主要标准。2 IEC61850在电能量管理系统通信中的应用由图3可知，一区和二区之间的防火墙开放相应的路由，使计量采集终端可以访问。常 规普通电表通过RS485接入常规终端，多合一装置由于挂在I区，需要通过防火墙开发路 由接口，终端通过以太网接口的IEC61850-8-1访问多合一装置中的电量信息。2.1 电能量管理终端设备模型图4定义的模型中基本上都是采用了 IEC61850-8-1中定义的LN,本文采用的是Xml 语言进行描述的。2.2 信息交换模型IEC61850-7-2 定义了比较完备的抽象服务接口( Abstract Communication Service Interfac
23、e, ASCI),包括基本模型规范和信息交换服务模型，信息交换服务模型包括核心服 务、通用变电站事件(Generic Substation Event, GSE)模型、采样值(Sample Value, SV) 传输模型、时间同步等。1.核心服务。核心服务采用CIient/Server模式,支持ServerAssociation 等模型，能够实现数据的获取和检索；设备控制；事项报告和日志；发布/订阅；设备的自 描述等。核心服务是配网自动化通信的基础，主站与终端、终端与终端之间的通信都需要支 持核心服务。2.GSE模型。通用变电站事件GSE包括面向通用对象的变电站事件(GeneriC Objec
24、t Oriented Substation Events, GOOSE)和通用变电站状态事件(GeneriC Substation Status Event, GSSE) GSE采用广播方式，对传输的延时有严格的限制。GoC)SE是IEC61850定义的一种通信机制，用于快速传输变电站事件(如命令、告警 等)。Ge)OSE利用了 VLAN和优先等级等以太网特性，能够实现传输时间4ms0配网自动 化对于通信的实时性要求相对较低，并且终端设备的数量比较大，为避免出现大量的广播信 息造成网络的堵塞，建议不采用GooSE模型。2.3 通信服务映射ACSl的具体报文及编码需要通过特定通信服务映射(SPe
25、CifiC Communication Service M叩ping, SCSM)映射到具体的实现方式上。对于核心服务的实现方式，目前比较可行的 映射方式有映射到制造业报文规范(ManUfaCtUring Message Specification, MMS)和映射到 IEC 60870-5-101104o 1.映射到MMS： IEC61850-8-1中详细定义了用户/服务器模型映射到 MMS的实现方式。MMS底层采用TCP/IP,编码格式采用ASN.1。在配网自动化中采用以 太网，以MMS+TCP/IP来实现网络通信是一种比较可行的实现方式。2.映射到 IEC60870-5-101/I04：
26、 IECTC57 制订了 IEC6I850 与 IEC60870-5-101/104 之间信息交换的导 则 IEC61850-80-1。通过 IEC61850-80-1 可以完成 IEC6I850 向 IEC60870-5-101/I04 的数据模 型的映射，用于变电站与控制中心的通信。IEC61850-80-1对于信息模型能够很好的进行映射，但对服务模型支持的不够好，比如 Server 的 Get SerVer Directory Logical Device 的 Get Logical-Device Directory 等偏重于信息 模型自描述的部分在IEC60870-5-I01/104中
27、没有相应的实现。这主要由于两种标准所采用 模型不一致造成的，对于这些不能映射的部分可以采用Web Services文件传输，或者对 IEC60870进行扩展，添加相关的应用来实现。3结语本文对IEC61850在电能量管理系统通信中的应用背景进行描述，介绍了 IEC61850面 向对象的数据模型、抽象通信服务接口及系统配置及面向对象的数据模型面向设备的自描 述，举例说明了【EC61850在电能量管理系统通信中的应用，详细阐述了电能量管理终端设 备模型、信息交换模型及通信服务映射。【参考文献】I国家电网公司.QGDW 383-2009智能变电站技术导则M.中国水利水电出版社， 2009, 12.2罗四倍，等.基于IEC61850标准面向对象思想的IED建模J.电力系统保护与控制， 2009, 17： 88-91.
