３．３基于ＩＥＣ６１８５０标准的测控装置
今后的测控装置除了要完成传统的“四遥”功能、 定值组操作功能以外．还必须在问隔层实现全站的五 防联闭锁功能。在ＩＥＣ６１８５０标准中，开关联闭锁功能 直接在（一般性面向对象的变电站事件）机制中实现， 其报文可以根据优先级别在间隔控制单元间传送。支 持由数据集组织的公共数据的交换，每次由数据集引 用的一个或多个成员值改变，就发送报文。抽象的报 文格式规定了包含在报文的信息。 ３．４过程层 过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说 是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功 ［１］Ｈａｕｄ 上述变电站内通信网络模型中物理层和数据链 路层功能由以太网收发器和集成在ＣＰＵ中的以太网控 制器实现。网络层ＴＣＰ／ＩＰ协议的实现则须调用Ｖｘｗｏｒｋｓ 中的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。
电力系统自动化 麓溆懒僦。瓣豳黼揪倒础豳觏黼黔＿矧
基于ＩＥＣ６ １ ８５０标准变电站的通信网络和系统协议
苏志明
（深圳市地铁集团有限公司，深圳５１８０００） 摘 要：介绍变电站使用ＩＥＣ６１８５０标准的必要性，对变电站内智能电子设备（ＩＥＤ）统一硬件平台设计和软件系统
的实现方法以及应注意的相关问题进行详细讨论。 关键词：变电站自动化；通信网络；ＩＥＣ６１８５０标准；智能电子设备
万方数据
基于IEC61850标准变电站的通信网络和系统协议
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 苏志明， SU Zhi-ming 深圳市地铁集团有限公司,深圳,518000 自动化应用 AUTOMATION APPLICATION 2011(5)
３
６１８５０对象名称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。 （２）ＩＥＣ ６１８５０通信服务标准采用面向对象的方
法，定义了对象之间的通信服务，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。
１．４抽象通信服务接口心ＣＳＩ）
ＩＥＣ
保护实时显示、各故障显示及实时记录、手动及维护 实时状态。 参考文献
［１】陆耀庆．实用供热空调设计手册（第二版）［Ｍ】．北京：中 国建筑工业出版社
［２】徐邦裕Biblioteka 等．热泵（第一版）嗍．北京：中国建筑出版社，１９８８
【３】马最良，等．水源热泵空调系统设计【Ｍ】．北京：化学工 业出版社．２００４
６６｛ＷＷＷ．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｍ ｌ自动化应用
作者简介：苏志明（１９８２．），研究方向为电力系统自动化。 收稿日期：２０１１－０２．１６
６４
万方数据
ＷＷＷ．ａｕｔｏ－ａｐｐｌｙ．ｔｏｍ ｌ自动化应用
电力系统自动化
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１．３数据自描述
（１）ＩＥＣ
２．２网络层／传输层
选择事实标准的ＴＣＰ ＩＰ协议作为站内ｌＥＤ的高层 接口．实现站内ｌＥＤ的Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｍｅｔ化，使得站内ＩＥＤ 的数据收发都能以ＴＣＰ／ＩＰ方式进行。这样，监控主站 或远方调度中心采用ＴＣＰ／ＩＰ协议就可以通过广域网 （ＷＡＮ）甚至Ｉｎｔｅｍｅｔ获得变电站内的数据。同时．采用 标准的数据访问方式可以保证站内ｌＥＤ具有良好的互 操作性。 ２．３应用层 选择制造报文规范（ＭＭＳ）作为应用层协议与变 电站控制系统通信。所有ｌＥＤ中基于ＩＥＣ ６１８５０建立的 对象和服务模型都被映射成ＭＭＳ中通用的对象和服 务，如数据对象的读、写、定义和创建以及文件操作 等。ＭＭＳ对面向对象数据定义的支持，使该数据白描 述成为可能，改变了传统的面向点的数据描述方法。 因数据本身带有说明，故传输町不受预先定义的限 制，简化了数据管理和维护工作。以太网通信标准和 ＭＭＳ结合．加之ＩＥＣ ６１８５０的应用描述。是将变电站自 动化系统变成开放系统的一可能实现的途径。
功能单元。在ＩＥＣ６１８５０中，保护整定值及其相关的动 作信息是建模在各相关的逻辑节点中的。而逻辑节点 包含着大量的数据信息和数据属性。过去传统的以单 片机或小型微处理器为主的板硬件平台已经难以满 足规约应用的需求。 因此必须为ＩＥＣ６１８５０装置提供高端的硬件支撑平 台．包括扩展高性能的微处理芯片，并为其提供大量的 存储ＦＬＡＳＨ和其他外围辅助设备。同时软件系统框架 结构应该清晰，并具有较强的兼容性和町扩展性。
ｌ制造报文规范（ＭＭｓ）
ＴＣＰ／ＩＰ
ＩＥＤ软件系统设计
ＩＥＤ功能模块的实现
实现ＩＥＣ ６１８５０的重点、难点在于软件设计。它主
３．１
要涉及两个方面的内容：在变电站层的监控主站系统 上实现与ＩＥＣ ６１８５０相关的功能；在问隔层ＩＥＤ上实现 保护、控制，尤其是在间隔层的ＩＥＤ的通信模块中实现 ＴＣＰ，ＩＰ、ＭＭＳ、ＸＭＬ等技术。 ｌＥＤ软件设计也是按功能划分进行模块化设计 的，使得软件具有可裁剪性，也便于功能扩充。按功能 划分主要可分为：数字信号处理、数据处理、继电保
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６１８５０标准的主要特点
高压设备
１．１信息分层
变电站通信网络和系统协议ＩＥＣ ６１８５０标准草案 提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概念上 还是从物理概念上，都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，如图１所示。
厂
图１信息分层示意图 色。任何一个客户可通过抽象通信服务接１３（ＡＣＳＩ）和 服务器通信可访问数据对象，如图２所示。
１．２面向对象的数据对象统一建模
ＩＥＣ
６１８５０标准采用面向对象的建模技术，定义
巳…翟
图２服务器中典型数据模型分层结构
了基于客户机／ｌＪＦ．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。就通信而言，ｌＥＤ同时也扮演客户的角
万方数据
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时在通信模块中实现ＴＣＰ／ＩＰ、ＭＭＳ、ＸＭＬ等技术，特别
电力系统自动化
蝴瞽岸
图５ 电流速断保护逻辑节点示意图
是在ＩＥＤ中的单片机或ＤＳＰ上实现这砦技术，是有相当 难度的。尤其是ＴＣＰ／ＩＰ协议的处理任务繁杂，并且还 要求有很高的实时性。 嵌入式实时操作系统（ＲＴＯＳ）的出现，为此类任务 的实现提供了便捷方法。因此，ＩＥＤ软件设计采用了 Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ公司的嵌入式实时操作系统ＶｘＷｏｒｋｓ，利用 ＲＴＯＳ提供的多任务机制以及任务之间的通信和互斥 等机制来进行任务的管理和调度。同时，ＶｘＷｏｒｋｓ还提 供了与ＢＳＤ ４．４版本基本兼容而实时性方面有很大提 高的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。 所以，ＩＥＤ软件设计是由嵌入式ＲＴＯＳ及其上的 ＴＣＰ／ＩＰ软件模块以及应用程序模块构成，如图６所示。
０引置 ＩＥＣ在充分考虑变电站自动化系统的功能和要 求，特别是互操作性要求的基础上，制定了变电站内 通信网络与系统的通信标准体系（ＩＥＣ６１８５０标准）。它 采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数 据对象的自描述成为町能．为不同厂商的ｌＥＤ实现互 操作和系统无缝集成提供了途径。
１ ＩＥＣ
变电站层远ｉ！！雌服务
ＩＥＤ通信模块的实现
ｌＥＤ应具有强大的网络通信功能，以实现符合ＩＥＣ
ｐＢ／ＯＬＩ．ｈｔｔｐＪ／ｗｗｗ．ｔｄｅａｌｓｔｏｍ．ｃｏｍ／ｐ—ｃ／郇／ｄｏｃｓ／ｐａｐｅｒｓ／
Ｐ０００５ＴＲＥ ｐｄｆ
６１８５０标准的通信系统框架，凶而通信模块的实现显 得尤为重要。在问隔层的ＩＥＤ中实现上节所述功能，同
［２】ＩＳＯ／ＩＥＣ ９５０６．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｍａｎｕｆａｃ—
自动化应用｝２０１１ ５期ｌ ６５
２．１物理层／数据链路层
选择以太网作为通信系统的物理层和数据链路 层的主要原因是以太网在技术和市场上已处于主流 地位。另外，随着快速以太网、Ｇ＿比特以太网技术逐步 成熟，对变电站自动化应用而言，网络带宽已不再是 制约因素，由冲撞引起的传输延时随机性问题已淡
化。
为了定性地说明这一问题，美国电力研究院 （ＥＰＲＩ）对此进行厂研究，在特定的“最恶劣”情形下对 比了以太网和１２Ｍ令牌传递Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网的性能。研究结 果表明，通过交换式ＨＵＢ连接的１０Ｍ以太网完全能够 满足变电站自动化系统网络通信“实时”性的要求，并 且以太网快于１２Ｍ令牌传递Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络。
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｌ ＥＣ６ １ ８５０ Ｓｔａｎｄａｒｄ
ＳＵ Ｚｈｉ．ｍｉｎｇ
（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｍｅｔｒｏ Ｃｏ．，ＬＴＤ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １ ８０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｕｓｉｎｇＩＥＣ６１８５０ ｓｔａｎｄａｒｄｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄｉｓｓｕｅｓｏｆｕｎｉ・
府用层 网络层 数链甚 物理层
ＩＯＭ以Ｋ嘲 （双绞线或光纤）
图３
ＩＥＣ ６１８５０变电站自动化通信系统框架
护、可编程的数字量Ｉ／Ｏ、事件捕获、人机接口和通信元 件。 不同于以往一般的微机保护监控装置，］ＥＣ６１８５０ 标准中为了实现瓦操作性和町扩展性，采用了面向对 象的建模技术．定义了数据模型和设备模型以及描述 数据对象的方法及一套面向对象的服务。所以，ＩＥＤ软 件设计除了要实现测量、保护和控制功能外．还应充 分考虑并遵循这些要求。按照ＩＥＣ ６１８５０—５定义的逻 辑节点模型，采用面向对象分层描述方法描述电流速 断保护逻辑节点，如图５所示。 ３．２基于标准的保护装置 智能电子装置ＩＥＤ是一个在一定范围内．接口限 定的条件下，能够完成一个或多个指定逻辑节点任务 的实体。逻辑节点是装置交换数据、执行任务的最小