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工控产品在IEC61850中的应用

www.cechina.cn2009.01.18阅读 5356

  IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。它将变电站通信体系分成3层:变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤网。变电站内的智能电子设备(IEDwww.cechina.cn,测控单元和继电保护)均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。因此要求网络通信中的网络卡、交换机、路由器等产品也应具有相关协议功能。

工控产品在IEC61850中的应用如图

  实现不同功能对工控产品的要求
  IEC61850标准比较复杂、功能比较多,根据实现功能的不同,对产品的要求也有很大的不同:
  如果是在变电站中实现变电站层/间隔层之间的客户/服务器通信服务,只需要在测控单元和继电保护中增加符合IEC61850标准的通信功能,测控单元和继电保护本身的功能不受影响。即原有的测控单元和继电保护硬件不变,只扩展能实现IEC61850标准的硬件和软件。
  当然具体实现IEC61850标准还要考虑不同的解决方案:有可能是同一个CPU在操作系统下既要完成原有的测控和保护功能,又要完成IEC61850标准的功能。因为IEC61850标准

比较复杂、功能比较多,对CPU处理能力的要求就会比较高。这种情况下需要估计和具体测试一下CPU处理能力,是否还有能力来实现IEC61850标准的功能。如果上述方案无法实现,因为对性能要求较高或者其他原因,一个CPU根本无法实现全部功能,就需要采用一块专门的网络通信卡来实现IEC61850标准的功能。
  如果变电站自动化按变电站层、间隔层、过程层3层实现,对硬件和软件的要求变化相对复杂。
  首先要对间隔层设备进行改造。传统的间隔层设备没有A/D转换功能,不能将模拟信号转换成可以通过网络传输的数字信号。而这些间隔层设备需要通过网络从过程层的合并单元MU接受采样值、完成计算处理功能;通过网络和合并单元实现客户/服务器通信服务;同时通过网络和客户端通信。因此首先要对间隔层设备进行改造。
  在IEC61850标准的模型中,合并单元的主要功能是同步采集多路电子CI/PI的采样值,或者在合并单元内将多路电子CI/PT的交流量进行A/D转换成采样值,并按照IEC61850-9-2标准将这些采样值向间隔层单元输出。实际应用中,许多间隔层设备的算法都要求各路模拟量的采样值是同一时刻的,在合并单元内要实现高准确度的时间同步。根据不同要求,对合并单元性能的要求变化很大。除此之外www.cechina.cn,与间隔层进行客户/服务器通信,也是需要合并单元实现的服务功能。
  IEC61850对工控产品要求的扩展
  IEC61850标准定义了通用的以对象为中心的变电站事件(GOOSE)模型,提供了变电站事件(如命令、告警等)快速传输的机制。而这种模型的报文传输映射实现比较特殊:应用层专门定义了协议数据单元,经过表示层编码后控制工程网版权所有,不经TCP/IP协议,直接映射到数据链路层和物理层,即传输层和网络层均空。这种映射方式的目的是避免通信堆栈造成传输延时,从而保证报文传输的快速性。如果要实现GOOSE功能,根据对GOOSE性能要求的不同,对产品硬件和软件变化也会很大。
  考虑到有些厂商本身没有能力开发IEC61850标准的程序,又要求产品能实现IEC61850标准的功能,能够将原有标准转换为IEC61850标准的产品有了其实际意义。因此就会派生出一类协议转换产品,可以采用嵌入式设计在不浪费原有设备的基础上www.cechina.cn,提供对IEC61850标准的支持。这种思路也适用于旧站改造,同样涉及协议转换问题,类似的产品将有大量的市场需求。
  目前国内规定在变电站自动化系统中建议采用上下行传输速度在100Mbps及以上的网络,10Mbps及以下的网络建议不再采用。这样的规定也可以指导用户选择产品——只支持10Mbps及以下传输速度的网络和工控产品将不再适合长期应用。
  另外在IEC61850标准系统中应用的工控产品还应满足IEC61850标准对IED产品的总体要求,包括要适应电磁兼容性和环境条件的要求控制工程网版权所有,以及对传输延时、A/D采样准确度、实时操作系统和处理能力的要求。如果不满足IEC61850标准的要求,这些IED产品是不允许在电力企业自动化领域应用的。
  IEC61850将帮助工控系统更好地发展
  1994年制定IEC61850标准建议书时提到:制定IEC61850标准要吸取制定现场总线标准的经验教训。制定现场总线标准的问题在于把各种标准都列为国际标准,造成目前的混乱局面。因此IEC61850标准规定,在一个相当长的时期内,只采用唯一标准,以此保证标准的稳定性。IEC61850标准还专门制定了第10部分“一致性测试标准”,所有系统产品都要通过一致性测试。这也是为了实现产品的互操作,防止发生混乱局面。
  但IEC61850标准又是开放的,定义了
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