IEC61850与IEC61970无缝通信技术的研究

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摘要：IEC委员会TC57工作组根据电网发展的新要求，分别针对变电站自动化系统（SAS）和能量管理系统（EMS）制定了iec61850和iec61970标识。由于两种标准各自定义了数据模型和通信接口，造成变电站与调度中心之间无法进行无缝通信。针对此问题，该文设计了一种无缝通信体系，并在实验中取得很好的效果。

关键词：SAS； EMS；IEC61850；IEC61970；无缝通信

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）31-7123-02

智能变电站和智能调度是智能电网的两大关键环节[1]。目前国内的智能变电站系统基本遵循IEC61850标准，采用统一的变电站配置描述模型，即通过SCD文件的形式体现出来；而智能调度系统通常遵循IEC61970标准，采用CIM/E电网物理模型。由于IEC61850和IEC61970分别由TC57工作组下属的不同小组制定，导致SCD与CIM/E模型不光在语法、语义表达上有区别，在描述侧重点上也有一些差别：SCD模型与CIM/E模型均包含一、二次设备信息，但SCD模型主要是针对二次设备信息进行了描述；而CIM/E模型重点描述一次设备信息。由于差异性较大，两者信息不能共享，因此目前在国内通常是借助IEC 60870-5-101/104通信规约来实现系统间数据值和命令的交互和传输。但是这种做法使得主站和子站端两侧都需要建模、维护，不仅没有充分发挥两大标准的优势，还大大增加了运维人员日常的工作量。而以信息化、自动化、互动化等为特征的智能电网则是要求子站与主站实现无缝连接，取代传统的信息传输方式[2]。

针对上述问题和要求并结合工程实际经验，笔者提出了一种子站到主站无缝信息交换的方法。

1 IEC61850标准概述

IEC61850标准是由国际电工委员会第57技术委员会制定的，该标准主要内容是关于变电站通信网络和系统的，其目的是让各厂商在此框架标准内进行生产，使得生产出的产品之间具有良好的互操作性。

该标准将变电站通信体系划分为3层：变电站层、间隔层和过程层。针对不同层之间的交互，在标准中也给出了相关的接口。为了应对各接口之间的数据的频繁交换，该标准也针对各种对象给出了统一的逻辑模型。

2 IEC61970标准概述

IEC61970也是由国际电工委员会制定的。在该标准中，对能量管理系统（EMS）的应用程序接口进行了较为清晰的定义，这么做的目的是为了使出自不同厂商的各种应用能方便的集成到能量管理系统中，与调度中心内部其它应用子系统实现互联，也便于各级调度中心EMS之间的模型交换。

3 无缝通信体系研究

在主子站间关于IEC61850到IEC61970的转换工作已有一些研究成果，如在文献[3]中提出了一种子站到主站的模型转换方法，在实际中得到了应用，但由于子站SCD文件内容的灵活性、对象标识的差异性及模型转换的复杂性等原因，在实际使用中需要主、子站间多次修改、核对对象模型。因此在实际应用中此转换方法仍有待改进。该文在此基础上提出了一种新的从IEC61850到IEC61970信息无缝交换流程，如图1所示。

首先在子站端根据变电站自身的实际情况生成相应的SCD文件，此文件在子站端经过校验工具的审核，确保语法、层次结构、对象模型无误。在主站端，定期或人工主动召唤子站的SCD文件到主站，然后通过SCD文件解析工具对SCD文件中的模型信息进行解析，解析完成后借助主站端提供的对数据库操作的动态库及相应头文件，完成对主站端EMS系统数据库中相关记录的增删改操作，从而实现对主站系统的免维护。

3.1 校验SCD文件

根据IEC61850标准的规定，子站生成的SCD模型文件必须符合IEC61850-6中定义的Schema语法规则，在校验过程中如发现不符合该规则则需要人工修改配置或重新生成。这为后续在主站端对模型文件的正确解析打下了坚实的基础。

3.2 解析工具

相较与主站厂家，子站厂家更熟悉IEC61850标准，对由子站模型生成SCD文件及其逆过程——通过SCD文件内容解析出模型信息——十分熟悉并易于开发出相应的转换工具。如果在主站系统中嵌入此转换工具，一方面减轻了主站端对SCD文件解析的难度；另一方面由对生成、解析SCD文件更熟悉的子站端工具完成解析工作，这样做不仅能提高SCD文件解析的正确性，还能充分发挥和利用系统的性能。

3.3 在主站数据库中建模

3.3.1 主站数据库建模方式的选择

在主站端得到子站的模型文件后通常采用的做法是：主站侧根据IEC61850和IEC61970之间对设备、对象描述的异同，将子站上送的模型文件转换为主站系统可识别的模型信息，主站系统取得信息后在本系统数据库中建模。这种做法处理流程清晰，但仍然给主站侧运维人员带来了较大的维护工作量。为了减轻运维的工作量，采用了如下新的思路：在主站侧采用子站提供的解析工具解析出模型信息后借助主站系统提供的动态库及头文件直接对主站数据库进行增删改操作，从而完成对主站的建模。这种做法简单明了，减少了对主站的维护操作，降低了由于人工误操作带来的系统风险，增加了对主站操作的透明性。

3.3.2 实施细节

为了提高SCD文件中模型信息的使用效率，采用共享内存的方式存放这些信息：首先通过解析工具读取出SCD文件中的模型信息，然后将这些信息分为对象名称、类型、数值等各字段写入共享内存中，修改数据库的程序将此共享内存中的信息读出与数据库中已有信息比较，做增量修改。

在测试系统中，事先编辑好一个脚本，此脚本主要包含两个程序的调用：一是召唤子站的SCD文件，在主站系统固定目录下通过解析工具解析该模型文件，将得到的模型信息存入共享内存中；二是将共享内存中的模型信息与主站数据库做比较，进行增量式修改。

主站运维人员只需定期执行一个事先编辑好的脚本或通过画面操作调用该脚本，就可以实现主站数据库的模型维护。

4 结束语

IEC61850和IEC61970是目前最新的、在子/主站系统中使用最广泛的标准，该文研究的无缝通信技术正是在基于此两种通信标准，提出了一种全新的无缝通信思路，并通过实验验证了该方案的可行性，对其他厂商的相关设计有较大的参考价值。

参考文献：

[1] 肖世杰.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化，2009，33（9）：1-4.

[2] 陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网综述[J].电网技术，2009，33（8）：1-7.

[3] 张海东，张鸿，宋鑫，等.SCD模型到CIM/E模型的转换方法[J].电力系统自动化，2012，36（15）：91-95.