电力技术论文发表：目标内涵分析
ABSTRACT:TheconnotativeintensionsimPliedinIEC61850areindueedandthesuPPorttothesefaetorsfromIEC61850arehteeture15analyzed.Afterresearchingtherelationamongtheseintensionsit15PointedoutthatinIEC61850theinteroPerabilitydoesnotexistinanisolatesitoationthroughthebalaneeamongtheinteroPerabilityandotherobjeetiveintensionsinIEC61850anannotationofinteroPerabilityinIEC6185015formedthustheneeessityandgeneriePrineiPleofapplyingIEC61850totheProductsareincarnated.
KEYWORDS:IEC61850;Interoperability;Flexibility;Funetionfreealloeation;Extensibility;Substationautomation
摘要:对蕴涵在IEC61850目标中的各个内涵要素进行了归纳，分析了正C61850技术体系对它们的支持。通过研究各目标内涵之间的关系，指出互操作性目标在IEC61850中并非孤立存在。正c61850中其它目标内涵通过与互操作性目标的平衡，形成了对IEC6186so互操作性的一种注释，也体现了产品应用IEC61850的必要性和一般原则。关键词:IEc61850;互操作性:适应性;功能自由分布;可扩充性;变电站自动化，引言IEC61850是迄今为止最为完善的关于变电站自动化的通信标准，也是TC57近年来发布的最重要的一个国际标准[]。它总结了变电站自动化发展的历史和未来趋势，在传统变电站自动化通信协议及通信技术发展所形成的基础上，与以往的通信协议相比，IEC61850技术体系庞大而且复杂。国内已经发表了许多关于IEC61850技术体系的研究结果〔2一5]，它们大多总结了IEc61850的技术体系特征，例如面向对象建模、自解释机制、信息模型与通信协议栈的分离等，这些特征能够说明IEC61850优于传统通信协议的理由，也在一定程度上解释了IEC61850技术体系之所以庞大的原因。但是从产品研制的角度来看，实现变电站自动化产品的互操作性(interoperability)显然是应用IEc61850的主要目的12一5]，而实现产品互操作性是否一定需要IEC61850这样庞大的技术体系呢?为了回答这个问题，笔者认为仅仅注意到IEC6185O技术体系的特征是不够的，还需要挖掘IEc61850技术体系特征背后的目的性，即挖掘IEC61850目标中的各种内涵(intension)要素，分析它们与互操作性的关系。作出这种分析的意义不仅在于对IEC61850技术体系庞大的原因作出解释，更重要的是完整、准确地理解IEC61850中互操作性的概念，从而探讨产品应用IEC61850的原则，解决产品应用IEC61850时可能存在的疑惑，例如:
(l)针对IEC6185O信息建模t匕较复杂，所规定的逻辑节点(LogicalNode，LN)与目前产品的常规设计存在差距的情况，是否可以重新建立LN体系，来实现产品之间的信息交换?
(2)针对IEC61850信息模型不能承载所有的信息体的现象，是否可以对信息模型进行扩充，但扩充之后是否能够实现互操作性?本文认为IEC61850目标中蕴涵了多种内涵，由于各种内涵要素之间存在固有的冲突，IEc61850在追求这些目标的同时也对它们进行了一定的平衡，各目标内涵与互操作性目标的平衡结果最终体现在IEC61850技术体系中。而这种平衡法则一方面形成了对IEC61850互操作性的一种注释，另一方面也代表了产品应用IEC61850的一种原则。因此有必要就此进行深入分析。电网2IEC6，850目标的多重内涵IEC61850的名称是变电站通信网络及系统(CommunieationNetworksandSystemsinsubstations)系列标准161，与传统的变电站通信协议相比，IEC61850不仅更加强调互操作性，而且也重视通信标准的各种适应性(flexibility)，使得目标内涵更加丰富，例如:(l)互操作性(interoperability)在IEC61850中互操作性被表述为:“来自同一厂家或不同厂家的智能装置(IntelligentEleetronicDeviee，IED)之间交换信息，和正确使用信息协同操作的能力”[6]。其中信息交换需要通信协议栈的支持;信息的正确使用依赖于信息的相互理解，需要信息语义的支持;而协同操作与变电站自动化系统的功能分布相关，依赖于过程数据的共享和对通信实体的规划(见下文)。
(2)功能自由分布(functionfreealloc:ation)功能自由分布在IEC61850中虽然没有规范的定义，但是往往与互操作性的描述相继出现，从通信标准的角度来看，“自动化功能在IED和控制层次中的分布不可能唯一固定，它依赖于可用性要求、性能要求、成本限制、技术状况、应用策略等”，因此“标准应能适应各种功能分布情况”l6]。IEC61850关于功能自由分布的这种表述事实上强调了变电站自动化分布式实现中的自动化功能(或子功能)的可分布性，而不仅仅是自动化装置的分布。跨越自动化装置边界的自动化功能(或子功能)之间的协调配合代表了变电站自动化的未来发展趋势(当然需要在一定程度上共享过程数据)，因此对功能自由分布的支持是IEC61850针对自动化逻辑适应性的重要体现。
(3)可扩充性(extensibility)IEC61850面向变电站自动化的所有应用，全面地支持信息扩充是标准应用适应性的重要体现。
(4)长期稳定性(longstability)为了适应历史的、目前的和未来的通信技术，IEC61850对通信服务采用了抽象定义的方法，即抽象通信服务(ApplieationeonunonservieeInteri触ce，ACSI)，而将具体的通信协议栈应用以特定通信服务映射(SpeeineCommunieationServieeMapping，scsM)加以规定I6]，适应了通信技术的发展甚至变化。这一特征是IEC61850优于传统通信协议的主要特点之一。但是本文认为该目标主要出于标准技术77自身生命力的考虑，与本文探讨内容并无直接关系，因此不作为重点讨论。变电站自动化系统通信必须满足一定的性能指标要求，为此IEC61850对变电站通信进行了分类，提出了通信信息片(pieeeofInformationforCommunieation，PICOM)的概念，并且进行了一定程度的定量分析[6]，在此不予讨论，而重点研究IEC61850互操作性目标与功能自由分布目标、可扩充性目标之间的关系。
3不同目标之间的固有冲突可以看出IEC61850除了通信标准所强调的互操作性目标外，同时也兼顾了其它适应性目标，由于各目标内涵的出发点不同、所采用的技术不同，从一般意义上看它们之间的冲突是在所难免的，例如:互操作性强调信息和服务语义的确定性，而确定性需要面向应用领域的针对性，对于IEC6185O来说就是面向变电站自动化领域的针对性。它一方面与语义约定的层次有关，一个变电站的数据可以被赋予“模拟量’夕、“信号量”的语义;也可以被赋予“电压”、“电流”的语义;如果与保护相关还可以被赋予“距离一段出口”、“距离一段阻抗定值”的语义。依据信息语义具有偏序关系的理论[71，信息语义相对数据对象含义的逼近程度代表了信息语义的不同约定层次，也决定了互操作性所需要的信息相互理解程度，信息和服务的语义约定越有针对性，互操作性就越强，反之则越弱，早期的通信协议不能很好地支持互操作性的原因之一就是语义约定的层次较低。语义确定性另一方面还与自动化功能的应用背景有关，例如上面的“距离一段出口”显然就是针对“距离保护”，而“一段出口”本身则因为存在语义二义性，不符合互操作性所要求的语义确定性。IEC61850功能自由分布目标的出发点是自动化逻辑的适应性，因为“自动化功能在IED和控制层次中的分布不可能唯一固定”，所以要求“标准应能适应各种功能分布情况”I6]。跨越自动化装置边界的自动化功能(或子功能)如何分布是产品设计和系统建设的任务，作为通信标准不可能强行规定。而不对自动化功能作出规定就会使信息和服务语义的确定性失去基础，显然功能自由分布目标与互操作性目标存在冲突。PowerSystemTeehnology从〕1.28N023同样IEC61850可扩充性目标的出发点是标准的应用适应性，目的是全面支持信息扩充，而任何信息和服务的扩充都可能造成信息不能理解和互通，显然是对互操作性的严重破坏。因此IEc61850技术体系的建立必须使上述目标得到平衡，即在兼顾功能自由分布目标和可扩充性目标的同时，使信息和服务的语义具有一定的确定性，从而支持互操作性。4IEC6，850技术体系中的目标平衡
4.1互操作性支持如上所述，互操作性要求信息语义和服务语义具有确定性，针对信息语义IEC61850建立了层次化的语义模型，如图1所示l6]。图1中DA为数据属性DataAttribute的缩写。SCADA语义。而与通信服务相关的模型类也不仅仅局限于图1的模型类，还包括一些带有通信服务
