变电站通信网络互操作视窗研究

变电站通信网络互操作视窗研究

项洪印

项洪印（华北电力大学河北保定071003）

［摘要］以IEC61850标准对系统互操作性的内容支持和一致性规范为基础，分析了该标准的体系结构及其特点，并结合变电站自动化通信网络的七类报文的性能需求，提出了语义、数据和服务各层次的“互操作视窗”概念，说明了影响系统互操作性的主要因素。

［关键词］IEC61850互操作视窗变电站自动化通信

引言：

互操作性作为IEC61850标准的主要目标是主要的产品标准化程度指标。文献1~4说明了互操作的实现目标和语义信息模型形式语义理论基础，但互操作性涉及内容多，影响因素多，分类描述繁杂，有必要借助“视窗”概念来简洁展现网络的外部可见资源。

1IEC61850网络中互操作的内涵

IEC61850这样定义互操作性：一个制造厂，或者不同制造厂提供的两个或多个IED（IntelligentElectronicDevice智能电子设备）交换信息和使用这些信息执行特定功能的能力。文献2提出了互操作的两个实现目标，即功能模块和设备之间的互操作。由定义可以看出互操作性有设备和功能两个内涵，其中功能内涵是核心和基础，设备是表现形式，二者的完美结合才是互操作的完整定义。

2通信网络的互操作视窗

所谓“视窗”就是基于特定角度去观察特定内容的研究方法。这里主要从内容上对IEC61850网络的互操作性做出分析：语义视窗、数据视窗和服务视窗。

2.1语义视窗

语义视窗是指信息模型结构，这是所有IEC61850网络产品开发设计的基础。

IEC61850信息模型以逻辑节点为中心单元，上行对应逻辑设备、服务器和应用程序，下行对应数据对象、报告控制和设置组，叶节点对象属性和方法。此模型的语义空间与现实世界具有形式语义学的“完备偏序集”特性，基于IEC61850网络产品的语义空间必须是此完备偏序集的同构集，详细论述见文献3，不再赘述。

2.2数据视窗

数据视窗是指语义视窗的信息载体，它必须满足两个条件：一是数据量能够完整确切表达语义，二是具备面向对象的设计结构，完成语义完备偏序集的同构迁移。数据视窗包含存储和传输两个方面。

数据传输体现不同的报文性能，数据存储依据性能要求有三种形式。数据存储可以选择功能强大、安全可靠的关系型数据库如SQLSERVER、OROCAL等，也可以选择XML文件传输和实时数据库的构建，也可选择RTPS实时发布/订阅模型［1］。对于原始数据报文，数据量大，实时性要求不高可以选择关系数据库，对于快速报文，数据量小，但更新频繁，实时性要求高，必须构建实时数据库；其余类报文就可以选择XML文件传输来实现，如系统配置和IED配置等。需要特别指出的是XML在IEC61850通信网络中的应用应给予充分的重视，不仅仅因为它具有良好的数据存储格式、可扩展性强、高度结构化和适合网络传输的四大优点，更重要的是IEC61850标准定义的网络配置语言SCL就是基于XML1.0的。

2.3服务视窗

灵活的服务定制模式给予了IEC61850网络高度自由的功能扩充和升级空间。ACSI定义抽象服务，由SCSM（SpecificCommunicationServiceMapping特殊通信服务映射）完成到MMS（ManufacturingMessageSpecification制造报文规范）［2］、过程层单向多路点对点和ISO88002-3上的模拟采样值映射。IEC61850网络的服务视窗

服务视窗中的一切服务都建立在ACSI上，在IEC61850通信网络的设计中ACSI提供的服务接口必须设置到位，它虽然没有直接提供协议数据单元，但却提供了多种服务模型如SERVER模型和数据集模型来支持各类服务接口。

在变电站层与间隔层，SCSM把ACSI映射到MMS［3］，此时产生PDU协议数据单元。MMS是基于OSI的一个应用层协议，最早应用于计算机集成制造系统，完成各类可编程设备的信息交互，集成多个厂家的多种设备入网实现信息互通和资源共享。MMS标准包含协议和服务，定义了C/S服务模型，提供了以VMD主要对象的映射环境，可以方便地描述实际设备的资源和外部可视行为。在过程层，SCSM则把ACSI映射到单向多路点对点或ISO88002-3的模拟采样值。

3影响互操作性能的主要因素

IEC61850标准从规范上给予了互操作强大的支持能力，但产品化的网络开发应该考虑到诸多可能对互操作性能产生影响的因素，主要内容如下：

（1）功能裁减的科学性和合理性，实现最高效率和最小成本的平衡

（2）以应用为标准选择协议栈，如OSI七层协议栈或TCP/IP

（3）结合多类数据处理机制，实现数据传输具备高度的安全性、可靠性和实时性

（4）优化嵌入式系统，更高效支持IED运行

当然，网络的物理设计、拓扑结构、微机处理速度和内存分布等都会对互操作性产生影响，应根据需要优化。

4结束语

我国对IEC61850的应用研究尚需下大力气，在互操作性的理论和实践方面尤其需要加强，因为只有支持实现高度的互操作性才能真正体现该网络的优势。产品研发涉及到很多具体问题，起点和研究方法有一定差别，许多影响互操作性能的因素必须统筹考虑，拓宽思路，不断优化实现方案。

参考文献：

［1］谭文恕.变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍［J］.电网技术.2001,25.

［2］张结.应用IEC61850实现产品互操作性的思考［J］.电力系统自动化.2005,29.

［3］常弘,茹锋,薛钧义.IEC61850标准语义信息模型的互操作性能分析及系统实现［J］.电工电能新技术.2005,24.