在制定IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的過程中， 美、德、荷蘭等國都建有示范工程， 而應(yīng)用IEC 61850 的數(shù)字化變電站技術(shù)是我國十一五重點研究課題， 目的在標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)品研發(fā)方面追趕國際先進(jìn)水平。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的正在我國電力系統(tǒng)普及發(fā)展， 而符合IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的開發(fā)， 需要對標(biāo)準(zhǔn)的深刻理解與掌握， 本文對IEC61850 的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究與討論。

　　1 IEC 61850 的內(nèi)涵分析

　　1. 1 IEC61850 技術(shù)特點分析

　　IEC 61850 規(guī)約體系完善， 相對于基于報文結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)規(guī)約， 應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的IEC 61850 有明顯的技術(shù)特點和優(yōu)勢。

　　( 1)系統(tǒng)分層技術(shù): IEC 61850 明確了變電站自動化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu): 變電站層、間隔層和過程層以及各層之間的接口意義。將由一次設(shè)備組成的過程層納入統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中， 這是基于一次設(shè)備如傳感器、執(zhí)行器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 。

　　( 2) 面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù): 為了實現(xiàn)互操作性， IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)， 建立統(tǒng)一的設(shè)備和系統(tǒng)模型， 采用基于XML 的SCL 變電站設(shè)備通信配置語言來全面的描述設(shè)備和系統(tǒng)， 提出設(shè)備必須具有自描述功能。自描述、自診斷和即插即用的特性， 極大方便了系統(tǒng)的集成， 降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費用。

　　( 3) 抽象服務(wù)通信接口技術(shù): IEC 61850 為實現(xiàn)無縫的通信網(wǎng)絡(luò)， 提出抽象通信服務(wù)接口( ACSI) [ 4] ， 接口技術(shù)獨立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議， 與采用何種網(wǎng)絡(luò)無關(guān)， 可充分適應(yīng)TCP/ IP 以及現(xiàn)場總線等各類通信體系， 而且客戶只需改動特定通信服務(wù)映射( SCSM) ， 即可完成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換， 從而適應(yīng)了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多樣的特點。

　　1. 2 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)內(nèi)涵

　　作為下一代變電站的無縫通信標(biāo)準(zhǔn)， IEC 61850 充分借鑒了變電站通信、計算機(jī)、工業(yè)控制等領(lǐng)域的長期經(jīng)驗[ 5] 。在IEC 61850 鮮明技術(shù)特點的背后， 是IEC61850 與以往變電站通信標(biāo)準(zhǔn)的實質(zhì)性差別， 而理解IEC 61850 的本質(zhì)是應(yīng)用IEC 61850 的基礎(chǔ)。

　　IEC 61850 是變電站自動化通信標(biāo)準(zhǔn)， 通信標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)目標(biāo)是實現(xiàn)雙方快速準(zhǔn)確的理解相互傳達(dá)與接收到的邏輯信息命令， 并正確執(zhí)行命令。由于各設(shè)備生產(chǎn)商生產(chǎn)的智能電子設(shè)備， 可能采用不同的芯片、不同的硬件架構(gòu)、不同的嵌入式系統(tǒng)， 它們組成了一個復(fù)雜的異構(gòu)環(huán)境系統(tǒng)， 所以變電站中設(shè)備之間的通信是一個復(fù)雜的分布式信息交互問題。變電站設(shè)備要實現(xiàn)互操作實際就是解決如何在異構(gòu)環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的問題。

　　IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)制定的思路與以往IEC 60870 等標(biāo)準(zhǔn)在解決信息表達(dá)與傳輸問題方面相比上存在著根本的區(qū)別， 主要是借鑒了近些年來計算機(jī)解決異構(gòu)環(huán)境領(lǐng)域的常用的ASN. 1， XML 等技術(shù)來解決變電站中的信息交互問題， 因此IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)可以理解為是解決變電站中異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)交換問題的一個實現(xiàn)方案。

　　IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)充分綜合了ASN. 1 與XML 兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢， 利用A SN. 1 的二進(jìn)制編碼信息傳輸效率優(yōu)勢， 用它作為主要的實時信息交互通信方式， 利用XML 直觀與帶自描述特性在XML 1. 0 版本的基礎(chǔ)上推出了變電站配置語言SCL， 用于描述變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與智能電子設(shè)備的能力及定義通信參數(shù)等。如圖1 所示。W2G 組織提出了要將MMS 映射到XML，采用XML 技術(shù)來代替MMS 協(xié)議中的ASN. 1 編碼，所以ASN. 1 與XML 兩者正在不斷的相互借鑒發(fā)展。

圖1  IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中的異構(gòu)信息集成技術(shù)

　　2 IEC 61850 中XML 配置的運用

　　2. 1 基于XML 的變電站配置

　　變電站配置描述語言( SubSTat io n CONf igurat ionDescript. ion Lang uage， SCL) 是IEC 61850 規(guī)定的基于XML 1. 0， 利用其自描述特性主要用于智能電子裝置能力描述和變電站系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述的語言。IEC 61850..6 部分規(guī)范了SCL 語言規(guī)范了裝置所含有的邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)集、報告控制塊、站內(nèi)連接方式、I P 地址等通信配置等。由于XML 技術(shù)已經(jīng)受到眾多軟件集成商如微軟、IBM， SU N 等的支持， 開發(fā)人員可以方便的處理XML 文檔， 對XML 的處理獨立于操作系統(tǒng)平臺、編程語言等等。因此采用SCL 語言描述以后使得變電站系統(tǒng)集成變得更為簡單， 各廠商一致采用IEC 61850..6 與IEC 61850..7 對變電站的抽象模型框架提供的IED 就可以通過各自的IED 配置工具和系統(tǒng)配置工具通過對XML 文檔的解析、讀取數(shù)據(jù)， 進(jìn)行配置信息的交互。各廠商對配置文件實現(xiàn)解析與處理過程可能不同， 但采用了相同的變電站描述結(jié)構(gòu)和相同的參數(shù)， 最終就能相互理解， 這是IEC 61850 互操作性體現(xiàn)之一。

　　圖2 為一個變電站系統(tǒng)配置的最基本描述情況，SCL 至少有以下幾個元素， Header， Substat io n， Communicat ion， IED， DataT ypeT emplates。Header 元素定義了SCL 配置文件的修改歷史記錄版本號、修改的時間、修改的原因、何人最終修改等
。

圖2系統(tǒng)配置文件的基本結(jié)構(gòu)圖。

　　2. 2 變電站配置的流程與技術(shù)

　　配置的主要流程如圖3 所示， 配置的過程主要分為四步， 首先是廠家提供的IED 配置器工具將產(chǎn)生IED設(shè)備的ICD 能力描述文件， 然后傳遞到系統(tǒng)的子站端，根據(jù)系統(tǒng)的集成規(guī)范SSD 以及系統(tǒng)端的配置器， 生成系統(tǒng)端的描述文件SCD， 再將SCD 發(fā)送回IED 的配置器， 最終獲得IED 的配置文件CID。配置文件主要包含如何進(jìn)行通信， 在系統(tǒng)所處的位置的描述， 相關(guān)的鏈接通信節(jié)點， 以及報告節(jié)點、數(shù)據(jù)集設(shè)置等相關(guān)約定， 同時ACSI 到MMS 映射的實現(xiàn)、MMS 通信服務(wù)過程中需要借助CID 配置文件， 解析出其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息作為參數(shù)， 比如GOOSE 報文的接收端MAC 地址。

圖3 配置流程圖。

　　通過采用XML 的配置可以實現(xiàn)裝置的功能自動組合， 裝置內(nèi)的程序可以通過直接修改配置文件而動態(tài)的改變裝置所具有的功能， 比如修改邏輯節(jié)點或者數(shù)據(jù)集等， 從而實現(xiàn)裝置側(cè)的程序通用， 對于廠家而言， 可以實現(xiàn)一個通用的通信程序， 然后根據(jù)具體特定裝置功能需求， 設(shè)計配置不同的XML 文件即可實現(xiàn)不同裝置的通信。最理想的IEC 61850 通信程序( 見圖4) 的明顯優(yōu)勢在于: 程序一次編譯完成， 可以只需要簡單的修改配置文件就可以應(yīng)用到各個裝置設(shè)備中， 綜合自動化后臺通過讀取裝置配置文件就可以自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)裝置接入與生成。

圖4理想的IEC 61850 通信程序。

　　3 IEC 61850 應(yīng)用安全問題

　　IEC 61850 的應(yīng)用依賴于一個安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

　　因此， 當(dāng)前電力系統(tǒng)在解決了信息異構(gòu)集成問題后， 突出面臨的一個問題就是如何構(gòu)造一個安全的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)， WG15 已經(jīng)開始專注于電力數(shù)據(jù)和通信安全領(lǐng)域， 來保證電網(wǎng)的安全運行。

　　電力系統(tǒng)安全防護(hù)重點在控制系統(tǒng)， IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)在變電站分層中提出了過程層， 并在這一層也采用以太網(wǎng)通信完全替代原來傳統(tǒng)的硬接線方式。

　　由于在過程層中諸如跳閘的GOOSE 報文要求在4 ms內(nèi)到達(dá)通信接收的另一端， 與以太網(wǎng)在變電站層和間隔層相比需要保障更高的安全可靠性， 因此， 如何保障變電站內(nèi)過程層網(wǎng)絡(luò)的安全性問題比以往顯得更為突出和重要。從應(yīng)用安全的角度出發(fā)， 基于IEC 61850 的變電站通信系統(tǒng)應(yīng)具備以下防御措施:

　　( 1) 采用V PN 技術(shù)解決端到端的數(shù)據(jù)安全問題。

　　主要采用隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)、使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)等四項技術(shù)來保證安全。通過安全策略和安全規(guī)則的制定， 把網(wǎng)絡(luò)劃分成不同的安全區(qū)域， 控制VPN 通道內(nèi)不同的安全區(qū)域之間的訪問， 可以進(jìn)一步減少了內(nèi)部竊聽的風(fēng)險和不安全因素， 使網(wǎng)絡(luò)的安全性得到進(jìn)一步的提升。

　　( 2) 采用SSL/ TLS 加密技術(shù)， 對變電站通信系統(tǒng)中面向連接通信機(jī)制的服務(wù)器，連接進(jìn)行授權(quán)驗證， 在對象建模中對不同用戶加入訪問權(quán)限限制， 并報告試圖進(jìn)行未授權(quán)下的訪問操作。

　　( 3) 采用SNMP( 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議) 來管理變電站通信網(wǎng)絡(luò)， 定期建立數(shù)據(jù)備份與實施冗余機(jī)制。

　　( 4) 建立入侵監(jiān)測防御措施， 建立控制中心安全策略應(yīng)對措施， 基于IEC 61850 的變電站通信系統(tǒng)控制中心應(yīng)采取多層安全機(jī)制保證， 當(dāng)受到攻擊時可以降低使用情況而不至于系統(tǒng)癱瘓。

　　除了以上從技術(shù)的角度應(yīng)對電網(wǎng)安全問題外， 還應(yīng)注意人員的管理與安全意識、工程施工等與電網(wǎng)安全運行密切相關(guān)的因素。

　　4  結(jié) 語

　　IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)作為未來國際變電站的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在逐步走向成熟。本文為了IEC 61850 具體應(yīng)用中IED 設(shè)備開發(fā)的目的， 對IEC 61850 的技術(shù)特點進(jìn)行了總結(jié)， 首次提出IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)是對異構(gòu)信息進(jìn)行集成的實質(zhì)內(nèi)涵， 應(yīng)用XML 技術(shù)具體對IEC 61850 中變電站的配置進(jìn)行了研究和設(shè)計， 包括系統(tǒng)配置文件的結(jié)構(gòu)、配置的流程， 得到了理想的IEC 61850 通信程序模型; 針對應(yīng)用IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)通信的安全問題提出了建議和策略。研究為開發(fā)符合IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信系統(tǒng)提供了依據(jù)。在中高壓綜合自動化系統(tǒng)中， IEC 61850 的性能與優(yōu)勢能得到更多的體現(xiàn)。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)可以有效地解決變電站內(nèi)設(shè)備的互操作問題， 作為一致公推的變電站標(biāo)準(zhǔn)必將給變電站自動化系統(tǒng)帶來深遠(yuǎn)的影響。