第二章规约分析 此模型中变电站常规设备与变电站智能ED设备并存，导致常规远动规约和 IEC61850规约应用于此变电站的不同部分。但是调度中心主站是通过IEC61850 规约与变电站进行通信的，这就要求常规远动中的TU通过规约转换器纳入到 IEC61850无缝通信体系中。 此模型是本文研究工作的应用环境。此应用环境中常规远动规约CDT、101、 104向IEC61850转换的规约转换器是本文的研究对象。 2.1.2规约转换器模型 规约转换器的转换过程一般有两种方式，如图2-2所示。它们各有适用范围。 规约1 规约1 规约2 规约2 (a) 规约1 规约 实时 规约2 公共 规约2 数据库 规约n 规约n (b) 图2-2规约转换的两种过程 Fig.2-2 Two kinds of Processes of Protocol Converter 第一种适合规约数量少且规约种类固定的变电站自动化系统，这时用第一种 转换方式开发简单、实时性好。但是当规约数量多或规约种类可能需要增添或更 改时，采用第二种转换方法就比较经济。过渡期宜采用第二种转换方式。 由图21可知本文采用了第二种方式，但是根据工程实际作了如下更改。本文 的规约转换过程如图2-3所示。 山
第二章规约分析 此模型中变电站常规设备与变电站智能IED设备并存，导致常规远动规约和 IEC61850规约应用于此变电站的不同部分。但是调度中心主站是通过IEC61850 规约与变电站进行通信的，这就要求常规远动中的RTU通过规约转换器纳入到 IEC61850无缝通信体系中。 此模型是本文研究工作的应用环境。此应用环境中常规远动规约CDT、101、 104向IEC61850转换的规约转换器是本文的研究对象。 2．1．2规约转换器模型 规约转换器的转换过程一般有两种方式，如图2．2所示。它们各有适用范围。 (b) 图2．2规约转换的两种过程 Fig．2—2 Two kinds of Processes of Protocol Converter 第一种适合规约数量少且规约种类固定的变电站自动化系统，这时用第一种 转换方式开发简单、实时性好。但是当规约数量多或规约种类可能需要增添或更 改时，采用第二种转换方法就比较经济。过渡期宜采用第二种转换方式。 由图2．1可知本文采用了第二种方式，但是根据工程实际作了如下更改。本文 的规约转换过程如图2．3所示
广东工业大学硕十学位论文 CDT 规约 101 规约 61850 模型 61850 规约 104 数据库 规约 61850 规约 图2-3本文的规约转换过程 Fig.2-3 This Paper's process of Protocol Converter 这里的传输是双向的，其中上行的是采集到的数据，下行的是下发的命令。 数据库左边各规约接不同的变电站自动化设备，数据库右边的61850规接调度 中心主站。规约之间通讯都要经由61850模型数据库，61850模型数据库覆盖了 各规约传输数据的合集。接下来通过从功能分解、数据建模、物理层、链路层、 应用层等方面仔细比较各规约的异同，建立规约之间的映射关系。 2.2IEC61850规约分析 下面从功能分解、信息建模、物理层（数据流）、链路层和应用层这三方面概 述IEC61850规约。分析的内容主要参考IEC61850标准规约文本（文献[12~22]）。 2.2.1功能分解和逻辑节点 制定IEC61850标准的目的是规定要求和提供一个框架以实现由不同供应商 提供的智能电子设备(IED)的互操作性。 IED和控制级的功能分配随可用性要求、性能要求、价格约束、技术水平、 公司策略等的不同而有不同的分配方法。因此标准应支持功能的自由分配。功能 分成由不同IED实现并彼此通信（分布式功能）的若干个逻辑节点(LN),其通信行 为必需具有所请求的IED的互操作性。 变电站自动化系统的功能是控制和监视，以及一次设备和电网的继电保护和 12
广东一r业大学硕十学位论文 图2．3本文的规约转换过程 Fig．2—3 This Paper’S process of Protocol Converter 这里的传输是双向的，其中上行的是采集到的数据，下行的是下发的命令。 数据库左边各规约接不同的变电站自动化设备，数据库右边的61850规约接调度 中心主站。规约之间通讯都要经由61 850模型数据库，61 850模型数据库覆盖了 各规约传输数据的合集。接下来通过从功能分解、数据建模、物理层、链路层、 应用层等方面仔细比较各规约的异同，建立规约之间的映射关系。 2．2 lEC61 850规约分析 下面从功能分解、信息建模、物理层(数据流)、链路层和应用层这三方面概 述IEC61850规约。分析的内容主要参考IEC 61850标准规约文本(文献[12-22】)。 2．2．1功能分解和逻辑节点 制定IEC 61850标准的目的是规定要求和提供一个框架以实现由不同供应商 提供的智能电子设备(IED)的互操作性。 lED和控制级的功能分配随可用性要求、性能要求、价格约束、技术水平、 公司策略等的不同而有不同的分配方法。因此标准应支持功能的自由分配。功能 分成由不同lED实现并彼此通信(分布式功能)的若干个逻辑节点(LN)，其通信行 为必需具有所请求的lED的互操作性。 变电站自动化系统的功能是控制和监视，以及一次设备和电网的继电保护和 12
第二章规约分析 监视。其他（系统）功能是和系统本身有关的，例如通信的监视。 变电站自动化系统的功能可以分为三级：变电站级、间隔级和过程级。图24 为IEC61850标准系列逻辑接口结构的基本框图。 远程控制 技术服务 变电站层 功能A 功能B 9 1,6 1,6 ⑧ 间隔单元 3 间隔层 继电保护 控制 继电保护 控制 ② 4,5 ② 4,5 远端保护 远端保护 高压设备 高压设备 图24变电站自动化系统逻辑接口模型 Fig.2-4 Logical Interface Model of Substation Automation System 为了达到标准化的目的，所有变电站自动化系统的已知功能被标识并分成为 许多子功能，即逻辑节点。逻辑节点可常驻在不同设备内和不同层内。图2-5说 明功能、逻辑节点和物理节点（设备）之间关系的示例。 位于不同物理设备的两个或多个逻辑节点所完成的功能称为分布式功能。功 能通过某种方式进行通信。 13
第二章规约分析 监视。其他(系统)功能是和系统本身有关的，例如通信的监视。 变电站自动化系统的功能可以分为三级：变电站级、间隔级和过程级。图2．4 为IEC 61850标准系列逻辑接口结构的基本框图。 远程控制 技术服务 变电站层 间隔层 远端保护—_∈弓卜／—— 高压设备 远端保护—<三卜—L 高压设备 图2．4变电站自动化系统逻辑接口模型 Fig．2—4 Logical Interface Model of Substation Automation System 为了达到标准化的目的，所有变电站自动化系统的已知功能被标识并分成为 许多子功能，即逻辑节点。逻辑节点可常驻在不同设备内和不同层内。图2．5说 明功能、逻辑节点和物理节点(设备)之间关系的示例。 位于不同物理设备的两个或多个逻辑节点所完成的功能称为分布式功能。功 能通过某种方式进行通信。 13
广东工业大学硕士学位论文 功能 逻辑节点 同期的断路器开合 距离保护 过流保护 HMI 1 SY,SWITCH DIST PROT 3 O/C PROT 物理节点/设备 BREAKER BAY CT 5 BAY VT 6 BB VT 图25功能、逻辑节点和物理节点（设备）之间的关系 Fig.2-5 the Relationship between Functions and Logical Nodes and Physical Nodes 各个逻辑节点间的通信可用上千个PICOM(通信信息片)来描述。 按照变电站自动化系统要求，PICOM按不同的报文类型分为7类（表2-1）。 表2-1报文的类型 Table2-1 the Type of Message 类型 名称 例子 1a 快速报文：跳闸 跳闸 1b 快速报文：其它 命令，简单报文 2 中速报文 测量值 3 低速报文 参数 4 生数据报文 从变压器和仪用变压器输出的数据 5 文件传输功能 大型文件 6a 时间同步报文a 时间同步，站总线 6b 时间同步报文b 时间同步，过程总线 具有访问控制的命令报文 由变电站HMI输出的命令 14
广东工业大学硕士学位论文 逻辑节点 ÷…………功能……——……………一I 同期的断路器开合 距离保护 过流保护 物理节点／设备 田l 困i 田| 田| 图2-5功能、逻辑节点和物理节点(设备)之间的关系 Fig．2—5 the Relationship between Functions and Logical Nodes and Physical Nodes 各个逻辑节点间的通信可用上千个PICOM(通信信息片)来描述。 按照变电站自动化系统要求，PICOM按不同的报文类型分为7类(表2—1)。 表2一l报文的类型 Table2—1 the Type of Message 类型 名称 例子 la 快速报文：跳闸 跳闸 1b 快速报文：其它 命令，简单报文 2 中速报文 测量值 3 低速报文 参数 4 生数据报文 从变压器和仪用变压器输出的数据 5 文件传输功能 大型文件 6a 时间同步报文a 时间同步，站总线 6b 时间同步报文b 时间同步，过程总线 7 具有访问控制的命令报文 由变电站HMI输出的命令 14 田团曰 卫圃圊圊圊至亘夏
第二章规约分析 2.2.2数据建模和服务 逻辑节点必须能够解释并处理接收的数据（语法和语义）和采用的通信服务，这 样它们才能够彼此进行互操作。 为此，首先要对逻辑节点的数据对象和这些数据对象的标识进行标准化。 逻辑节点的数据和服务可按三个层次建模（见图2-6），第1层描述抽象模型以 及在逻辑节点间交换信息的通信服务模型，第2、3层定义应用域特定对象模型。 第1层抽象通信服务接口(ACSI),规定了模型和访问域（变电站自动化）特定对 象模型单元的服务。 第2层公共数据类(CDC),定义了由一个或多个属性组成的结构信息。属性的 数据类型可为基本类型，多数数据类型为公共数据属性类型。 第3层兼容逻辑节点类和数据类，定义了兼容对象模型，它规定了逻辑节点 类和数据类。它是公共数据类CDC的特例。 兼容数据对象 带工程的数据对象 通用 Level 3 兼容逻辑节点类和数据类 Level2 公共数据类 Level 1 服务 抽象数据模型 抽象通信服务接口 图2-6IEC61850建模途径 Fig.2-6 IEC 61850 Modeling Method 2.2.3物理通信系统和数据流 功能要求和变电站规模无关，但是数据流的大小对总线的通信能力提出要求。 因此有必要对性能要求的全部范围，确定不同类型和规模变电站的最大数据流， 即总线负载。 为此分析了有代表性的典型变电站的类型（如图2-7)，得到了数据流的结果。 15
第二章规约分析 2．2．2数据建模和服务 逻辑节点必须能够解释并处理接收的数据(语法和语义)和采用的通信服务，这 样它们才能够彼此进行互操作。 为此，首先要对逻辑节点的数据对象和这些数据对象的标识进行标准化。 逻辑节点的数据和服务可按三个层次建模(见图2．6)，第1层描述抽象模型以 及在逻辑节点间交换信息的通信服务模型，第2、3层定义应用域特定对象模型。 第l层抽象通信服务接口(ACSI)，规定了模型和访问域(变电站自动化)特定对 象模型单元的服务。 第2层公共数据类(CDC)，定义了由一个或多个属性组成的结构信息。属性的 数据类型可为基本类型，多数数据类型为公共数据属性类型。 第3层兼容逻辑节点类和数据类，定义了兼容对象模型，它规定了逻辑节点 类和数据类。它是公共数据类CDC的特例。 兼容数据对象 带工程的数据对象 通用 兼容逻辑节点类和数据类 公共数据类 抽象通信服务接口 图2．6 IEC 61 850建模途径 Fig．2—6 IEC 6 1 850 Modeling Method 2．2．3物理通信系统和数据流 功能要求和变电站规模无关，但是数据流的大小对总线的通信能力提出要求。 因此有必要对性能要求的全部范围，确定不同类型和规模变电站的最大数据流， 即总线负载。 为此分析了有代表性的典型变电站的类型(如图2．7)，得到了数据流的结果