辛耀中
摘 要 分析了國際電工委員會(huì)IEC第57技術(shù)委員會(huì)TC57的遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約IEC 60870—5系列、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信協(xié)議IEC 60870—6系列、變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議IEC 61850—7系列等的體系結(jié)構(gòu)和其間的關(guān)系，從整體性和系統(tǒng)性角度描述了這些國際標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 數(shù)據(jù)通信 協(xié)議
分類號 TM 73
DATA COMMUNICATION PROTOCOL SERIES FOR POWER SYSTEMS
Xin Yaozhong(The National Electric Power Dispatching and Communication Center of China, 100761, Beijing, China)
Abstract IEC 60870-5 series telecontrol communication protocols, IEC 60870-6 series microcomputer-based data communication protocols and IEC 61850-7 series data communication protocols for substations were promulgated by IEC TC57. Their architectures and relations are analyzed. From the viewpoints of integrity and system, the development tend of these international standards is described.
Keywords power systems data communication protocol
0 引言
國際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)(簡稱IEC TC57) 這幾年頒布的標(biāo)準(zhǔn)很多，尤其是各系列之間的專業(yè)相互滲透，互相影響，很難從整體上理解和把握，這對IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的普及、開發(fā)、應(yīng)用和實(shí)施帶來一定的影響。本文作者于1998年4月在瑞士魯薩恩參加了IEC TC57 1998年會(huì)議［1］，參與了關(guān)于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系的討論，受益匪淺，現(xiàn)介紹給各位同行。
1 遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議體系（IEC 60870—5系列）
傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約一般不分層，IEC WG03定義的遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議分為以下兩層：鏈路層，由IEC 60870—5—1和IEC 60870—5—2描述；應(yīng)用層，基礎(chǔ)部分由IEC 60870—5—3，IEC 60870—5—4，IEC 60870—5—5描述。網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層都為空層，應(yīng)用層直接映射到鏈路層。其應(yīng)用層采用無連接方式，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域定義了一系列“伙伴標(biāo)準(zhǔn)”(見圖1)：IEC 60870—5—101用于常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)；IEC 60870—5—102用于電能計(jì)量信息的接入；IEC 60870—5—103用于繼電保護(hù)信號接入；IEC 60870—5—104將IEC 60870—5—101用在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上。到目前為止，IEC 60870—5系列標(biāo)準(zhǔn)除IEC 60870—5—104正在表決外，其它都已經(jīng)成為正式標(biāo)準(zhǔn)，我國已將IEC 60870—5—101定為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（非等同采用）。表1列出了IEC 60870—5—101和IEC 60870—5—104提供的數(shù)據(jù)對象格式。
值得注意的發(fā)展動(dòng)向是關(guān)于遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的問題，WG03進(jìn)行了一定的研究，ABB公司和SIEMENS公司也進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。隨著我國電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（CEDnet）的迅速發(fā)展，在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國調(diào)中心、規(guī)劃院、華東網(wǎng)調(diào)、華東設(shè)計(jì)院、江蘇省調(diào)聯(lián)合在華東黃渡電廠進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，取得了較好的結(jié)果，詳見實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系（IEC 60870—6系列）
IEC TC57 WG07工作組負(fù)責(zé)制訂與ISO和ITU—T兼容的用于電力系統(tǒng)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信協(xié)議，即IEC 60870—6系列標(biāo)準(zhǔn)(參見表2、圖2)。該項(xiàng)工作始于1993年，當(dāng)時(shí)從已廣泛應(yīng)用的協(xié)議（如挪威的ELCOM90、美國西部電網(wǎng)的WSCC等）中選擇了ELCOM90作為藍(lán)本，開始制訂IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為遠(yuǎn)方控制應(yīng)用服務(wù)元素TASE（Tele-control Application Service Element,后改為TASE1，參見表3），后來發(fā)現(xiàn)該協(xié)議適應(yīng)性較差，與ISO/ITU—T的兼容性不好，美國和德國堅(jiān)決反對，強(qiáng)烈要求制訂一套與ISO和ITU—T兼容性好的協(xié)議，于是美國電科院（EPRI）急忙開發(fā)了ICCP（Inter Control-Center Communication Protocol），于1996年納入IEC體系，稱為TASE2(參見表4)，與TASE1并列為國際標(biāo)準(zhǔn),但互不兼容，形成了歐洲與美國兩個(gè)系列相爭不下的局面。其中TASE1基于ISO 9072—1/2 ROSE， TASE2基于ISO 9506 MMS。由于MMS已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),所以TASE2比TASE1適應(yīng)性更強(qiáng),更容易實(shí)現(xiàn)。
歐洲UCPTE采用IEC TASE2實(shí)時(shí)應(yīng)用層通信協(xié)議，結(jié)束了IEC TASE1與IEC TASE2持續(xù)了數(shù)年的爭論，使IEC TASE2成為全球統(tǒng)一的通信協(xié)議，這對中國非常有利。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議DL476—92》已頒布6年，當(dāng)時(shí)還沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議為我國電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的建設(shè)發(fā)揮了重要作用，但隨著IEC TASE1和IEC TASE2國際標(biāo)準(zhǔn)的逐步形成，我們面臨DL476—92修訂及與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的問題�，F(xiàn)在國際上都統(tǒng)一于TASE2，且IEC 60870—6系列的十幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本出齊，建議等同采用作為我國國家標(biāo)準(zhǔn)，并列入1999年工作計(jì)劃，成立相應(yīng)工作組，預(yù)計(jì)2000年完成。
3 變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系（IEC 61850—7系列）
隨著變電站自動(dòng)化的快速發(fā)展，急需制訂相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，IEC TC57為此成立了3個(gè)工作組，這在歷史上是很少見的。第10工作組負(fù)責(zé)變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議的整體描述和總體功能要求，第11工作組負(fù)責(zé)站級數(shù)據(jù)通信總線的定義，第12工作組負(fù)責(zé)控制柜級數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義。圖3列出了3層模型和7層模型的協(xié)議體系，應(yīng)該注意到，這幾種模型都是基于ISO 9506 MMS的，而且變電站的數(shù)據(jù)通信總線可直接訪問控制中心，不需要另加網(wǎng)關(guān)（gateway），是一種將變電站內(nèi)數(shù)據(jù)通信協(xié)議與廣域網(wǎng)協(xié)議組合在一起的體系結(jié)構(gòu)。
4 協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)對象映射
遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議各有其適應(yīng)范圍，也可以交叉使用(參見圖4)。
前面已經(jīng)提到IEC 60870—6系列中的TASE2和IEC 61850—7系列都是以MMS為基礎(chǔ)的，MMS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)的過程控制系統(tǒng)，有很多家公司可以提供MMS支持，對不同計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)有不同版本，比較容易實(shí)現(xiàn)。從協(xié)議角度看，TASE1及IEC 60870—5系列，都可以映射到TASE2(見表5、表6)。從數(shù)據(jù)角度看，TASE1的數(shù)據(jù)對象相對比較簡單，TASE2的數(shù)據(jù)對象可以完全覆蓋TASE1，但反之不然；IEC 60870—5系列的數(shù)據(jù)對象可以全部映射到TASE2上，但反之不然。這種協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)對象映射會(huì)損失一些效率，僅可在某些情況下使用，可以在網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)(見圖5)。
5 結(jié)語
這里僅分析了IEC 60870—5系列、IEC 60870—6系列、IEC 61850—7系列標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)和其間的關(guān)系，還不是全部標(biāo)準(zhǔn)，分析也是初步的，但從中可以看出兩點(diǎn)趨勢：
a. ISO 9506 MMS 是過程控制數(shù)據(jù)通信協(xié)議的基礎(chǔ)，要加大研究開發(fā)力度；
b. TASE2作為計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信協(xié)議優(yōu)于TASE1，應(yīng)該加快開發(fā)，逐步普及。
作者單位：國家電力調(diào)度通信中心 100761 北京
作者簡介：辛耀中，男，1956年生，高級工程師，副總工程師，長期從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化建設(shè)與管理工作，對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議、信息傳輸規(guī)約等技術(shù)有研究。
參考文獻(xiàn)
［1］辛耀中，李 澤，趙祖康.國際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)1998年會(huì)議概述.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998，22(10)
