1、3.1概述IEC 61850标准不仅给变电站自动化系统提供最完备的通信标准，而且能够对数字化变电站应用技术做好最大的支撑。IEC 61850标准还运用到给变电站的自动化系统所处理的对象建立了一致的模型，这个操作主要是根据该通信标准来进行的；而且在整个过程中还需要采用相关的技术和接口，主要有面向对象技术和抽象服务通信接口（Abstract Communication），而且该接口是不依赖系统所具有的网络的结构的，同时还应用了GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event），它是针对通用对象的，传输实时性要求高的事件；使用XML文档对装置数据内容和结构
2、进行描述；提出SCL(Station Configuration Language)语言描述变电站配置。目的是实现设备间的无缝连接，达到“即插即用”， “一个世界、一种技术、一个标准”是工业控制通信所追求的最终目标。1下面主要从十个方面来对IEC61850标准进行相关的介绍：IEC618501 基本原则，对IEC61850标准的总体情况进行了简单的说明；IEC618502 相关专业用语的阐述；IEC618503 有关的规范和要求，主要有关于质量方面（是否可靠，是否可以进行维护，所用的系统是否具有可用性，是否轻便，而且安全），应该处于哪一种环境中，其他的辅助性服务有哪些，除此之外的标准和规范有什
3、么。IEC618504对于系统和工程方面所提出的要求和规范，工程方面：主要对工程实施过程中所应遵循的要求，比如参数分类、工程文件、工具等；系统方面：周期，主要包括工程交接以及交接后的支持；质量方面：主要是对这一标准实施过程中质量管理的流程。IEC618505 功能和装置模型的相关概述，主要是阐述了一些概念和功能的定义，如逻辑节点的途径，逻辑通信链路，通信信息片PICOM；IEC618506结构语言，主要一些形式语言描述，包括装置和系统属性；IEC6185071阐述了变电站和馈线设备的使用是基于什么理论知识以及采用的是什么模式运作的。IEC6185072 针对变电站和馈线设备，对其中所采用的用于
4、通讯的结构的描述抽象通信服务接口ACSI，主要是定义它所采用的服务接口、服务的标准以及所采用的数据库的具体模型；IEC6185073对公共数据级别和属性这两种用于变电站和馈线设备的通讯结构进行了相关描述和定义；IEC6185074对兼容的逻辑节点和数据对象DO 寻址这两种用于变电站和馈线设备的通讯结构进行了相关描述和定义；. IEC618508 变电站和间隔层内以及变电站层和间隔层之间的特殊通信服务映射SCSM；IEC618509间隔层和过程层内以及间隔层和过程层之间特殊通信服务映射SCSM；IEC6185010 最终测试。通过以上的十个组成部分，不难发现，在网络和系统方面，该体系对变电站自动
5、化系统给出了十分到位的阐述和规范。3.2 IEC61850的基本术语1(1)功能(Function)类似于继电保护、监视、控制这样的工作任务就是所谓的功能，即系统所需要完成的工作。子功能之间是可以进行数据的交换的，一般被叫做逻辑节点，而且多个子功能可以构成一个功能，也就是说，功能与功能之间如果想要实现数据的交换，其中所要涉及的逻辑节点至少是一个。(2)逻辑节点LN(Logical Node)逻辑节点其实对应的就是设备内部的功能，只不过它是功能最小单元，系统内数据的交换都是通过逻辑节点来实现的，所采用的方式是逻辑连接，而且逻辑节点的定义主要是来自于它所拥有的数据和方法。在二次系统中的映射才是逻辑
6、节点，而且这些逻辑节点都是关于主设备的，这样的映射有本地或远方的I/O、智能传感器和传动装置等，也就是说，主设备自己并不是作为逻辑节点存在的。(3)逻辑设备LD(Logical Device)在通信过程中，需要使得相关的逻辑节点和数据集中在一起，已完成通信的目的，这是就需要一种逻辑设备，它实质上是一种虚拟设备。类似于数据集（Data Set）这样的信息列表，它里边包含着大量的信息，而且逻辑设备对其的访问相对来说是比较频繁的，所以通常情况下，这样的信息列表是存在于逻辑设备中的。如果一个设备是以IEC61850标准为基础的，它完全可以实现一对多的映射，即根据自身的需要，将一个设备映射为多个设备，然
7、而，如果该设备不是以IEC61850标准定义的，我们也可以根据自身的情况，对相关的逻辑设备进行定义。(4)通信信息片PICOM通信信息片主要是针对用于交换的数据来定义的，这些数据是在两个逻辑节点间被传输，借助特定的途径进行的，而且这些数据本身也是带有通信属性的。任何一个物理设备所能拥有的功能都是不止一个，而且可被分解成许多的节点，在这些节点间所进行的通信操作都是借助PICOM来完成的。如果将通信信息片进行分类的话，大致可以分为七种报文类型，这七种类型各自的性能形成了他们的属性范围。(5)服务器(Server)一些行为在设备的外部是可以看得到的，这样的情况通常是由服务器来表示的，一个服务器往往是
8、作为一个功能结点存在于网络的通信中的，它拥有一定的资源，可以提供给其他的功能结点使用，或者说可以被其他的功能结点进行访问。软件算法中如果存在逻辑上的再分，这可能会形成一个服务器，而且这样的服务器所拥有的功能是能够对自己的操作进行对立的控制的。如图31所示，该图显示的是上文所涉及到相关概念以及关系。图3.1 功能、逻辑节点和物理设备的关系许多个数据属性可以组成一个完整的数据对象，然后再由多个这样的对象构成一个逻辑节点，而多个这样的逻辑节点可构成一个逻辑设备，如距离保护PDIS、断路器XCBR；最后如图3.2所示，一个或多个这样的逻辑设备就可以形成一个完成的服务器。多种数据的类型，值和功能约束FC
9、（Function Constraint）共同构成了数据的属性。图3.2 IEC61850 抽象的数据模型下图3.3是IEC 61850的抽象模型图，其中右边部分为实际系统的层次模型，而左边则是逻辑功能上的层次模型。图3.3 IEC61850 有关SAS的抽象模型在上面已经介绍了服务器的组成，我们知道多个数据对象可构成一个逻辑节点，而这些数据是具备特定的含意的，而且在IEC61850-7-4中已经给出了约90个逻辑节点的定义描述。在变电站的自动化系统中存在着许许多多的逻辑节点，它们是具备一定功能的最小的单元，系统实现各种功能都是需要依赖这些最小的功能单位的，图3.4是断路器的图例，图中的“Po
10、s”就是断路器所在的位置，而它的运行模式则由“Mod”来表示。数据拥有各种各样的类型，虽然在图形中没有给出来，但是IEC61850-7-3中的公共数据类CDC可以查到相关的数据类型，比如双点状态DPS和测量值MV等。对于逻辑节点和数据，它们的名称都是经过统一的标准规范化的。对于数据的控制，则是由逻辑节点所拥有的服务或接口来完成的，如图3.5 所示给出了它的基本构件块。图3.4 逻辑节点以及数据图 图3.5 逻辑节点基本构件块从抽象的角度看，图3.6 可以用来描述逻辑节点的接口，其中的通信信息片就是它所传输的内容。图3.6 逻辑节点和通信信息片3.3 IEC61850 标准的核心技术要素13.3
11、.1面向对象建模技术UML统一建模语言是在1994年形成的，在完成的过程中，它采纳了许许多多的意见和建议。UML统一建模语言根据Booch方法、对象模型技术OMT（object Modeling Technique）方法和面向对象软件工程OOSE（Object-Oriented Software Engineering）等等诸多著名的理论与技术组合而成，它是是一种可视化的语言，不管是从表达还是功能上来看都是非常强大的，因为它得到了很好的定义，并且其适应性也是非常地广泛普遍。另外，它能够与工程领域进行很好的融合，主要是融合了它的思想、方法和技术，正因为如此，它对于面向对象的分析和设计是非常重要的
12、，更值得一提的是，它也能够很好地支持软件开发，尤其是那些根据不同需要所设计的软件的开发。从标准性、系统性、可视化和自动化这四个方面来考虑的话，UML具备了很大的优点，因此它被IEC选为建模语言，如IEC61850、IEC61970等。电力系统是一个复杂的系统，这不仅是因为它所应用的软件越来越高端，而且它本身就是一个巨型的互联系统，正因为如此，电力系统选择了以UML为标准进行建模。应用UML语言进行建模，首先需要将实际问题抽象化，然后根据抽象后的情况建立准确的模型。模型一旦建立，电力系统就像拥有了一套完整固定的工作程序，它既能够独立于信息的内部表示，促使异构系统的集成能够更加的简化3.3.2软件
13、复用技术生产软件时，人们所关心重视的主要是它的效率和质量问题，为了能够更好地解决这一问题，也为了能够使软件得到更好的使用，对于软件工程学，它们最关心的问题主要是相关技术的研发，这种技术被称为软件复用技术。软件复用大致可包括为函数、继承、组件、设计模式和架构这五种层次的复用。函数复用和继承复用分别基于过程语言和对象技术，但是实践已经表明，这两种复用是无法大规模被实现的。因为，组件复用、设计模式复用和架构复用是当前世界研究的一个热点。1) 组件复用对象和组件二者看来，组件还是更具备优势的。封装和继承是面向对象技术的关键所在，而可插入性则是面向组件技术所关心的。如果在封装上运用组件技术，封装的几乎全
14、部之处都能够被很好地埋藏起来，但是公用接口是个例外。从客户程序来看，运用组建复用可以把实现语言和物理位置都能够较好地隐藏起来。不同的客户程序可以使用相同的组件来完成相关的操作，这主要是因为组件拥有比较合理的设计方案，这样的操作使得在二进制的层面上能够实现复用性。到目前为止，在应用组件技术的时候，所采用的最为常见的三种标准主要是CORBA标准、Microsoft 的COM/DCOM标准以及Sun 公司的EJB标准，它们都是由国际对象管理组织OMG制定的。在软件方面，为了使得拥有“即插即用”的功能，“软件总线”的概念在组件技术中得到了体现和应用。为了使IEC61850/61970得到应用，就必须采
15、用相关的标准和技术，这个过程主要应用的是特定的软件总线标准和技术。2) 设计模式复用 1995年，Gamma等人一起撰写了名为 “Design Patterns-Elements of Reusable Object-Oriented Software”这一本问答的巨作。这本书的出现，使得面向对象从理论向设计模式技术研究转变。其实，面向对象设计模式就是从一般到特殊的一个过程，也就是对实际系统的方案进行抽象化，得到了更为普遍的，可以反复使用的一种设计结构和模式，如果要从现象上来看这种面向对象设计模式，可以在它的设计思想和相关范例中体验到该种模式。这样的设计模式IEC61850/61970标准中大
16、量存在。3) 体系结构复用软件系统分为多种层次，其中包括最高层次体系结构（Software Architecture），这一体系结构的重用也是软件重用。从广义上来讲，设计模式涉及的方面很多，而软件架构体系就是作为其中的一部分存在的。在设计的过程中，一个大型系统往往包含着许多对象，过多的对象会使得设计上出现困难。采用结构复用这些难题就能够得到解决，它所应用的是可复用的方法，在大型的系统中，如果要对它的子系统的结构进行改造，经常采用这种方法。目前在软件体系中，所拥有的风格是不尽相同的，主要包括有管道/过滤器结构、主程序/子过程结构、分层结构、解释器结构、服务器/客户端结构以及面向对象结构和基于事件
17、隐式调用结构等等，其中面向对象结构是基于抽象数据类型的。3.3.3高速以太网技术不管是从逻辑的角度出发还是从物理角度出发进行考虑，在通信体系上，变电站层、间隔层和过程层是变电站的三个主要组成部分，这是基于变电站信息分层原理，由IEC61850标准给出的。然而各分层互联的方式都是不一样的，过程层总线使得过程层设备互联，而站控层总线则是负责间隔层设备的互联。数据流在变电站内的流动方向并不是单一的，它主要分为纵向交换和横向交换，横向交换指在同一层之间流动，而纵向交换则是数据流在层与层之间进行交换。如果层次不同，方向不一样，数据交换的要求也是不同的，这样的要求主要是针对于数据流量和时间响应特性提出了的
18、。以太网凭着自身的高灵活性、简单、而且容易实现的优点，在整个一局域网技术中，已经是不可或缺的一种技术。以太网是被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要的。以太网技术主要指以下三种不同的局域网技术：1)以太网/IEEE 8023，采用同轴电缆作为网络媒体，传输速度达到10Mbit/s；2)100Mbit/s以太网，有称为快速以太网，采用光缆或双绞线作为网络媒体。3)1000Mbit/s以太网，又称为千兆以太网，采用光缆或双绞线作为网络媒体。以太网有交换式和共享式两种类型，在传输效率方面，交换式以太网显然比共享式以太网更具有优势，正因为如此，它解决了人们对宽带增加的需求日益增加的这一问题。以太网的
19、应用协议TCPIP也逐渐成为了最为通用的协议。数字化变电站站总线和过程总线对网络带宽和抗电磁干扰的要求，光纤快速以太网在变电站层和间隔层通信网络方面已经逐步成为变电站网络通信系统的首先考虑的技术。目前现场总线技术已经能够完成变电站过程层的通信问题，而且这种技术得到了非常广泛的应用，但是目前一个重要的问题是对于过程层中的通信模式的构建，因为只有在过程层中构建这样的通信模式，才能使得二次回路信息数字化，进而解决了由于增加设备信息量和提高了间隔层和变电站层对过程层数据要求所带来的问题，这也是非常规传感器应用于变电站自动化系统所必需解决的关键问题，也是数字化变电站应用技术的重要内容体现。3.3.4嵌入
20、式实时操作系统（RTOS）技术类似于一般的系统，嵌入式系统也是拥有它自己的中心、基础、功能和必须满足的要求，它是一种专用的计算机系统，嵌入式系统的中心是应用，基础是计算机技术，其中的软件和硬件都是可以进行裁剪的，而且对于应用系统，它能够适应其工作，至于该系统所必须满足的要求，主要是针对它的功能、可靠性、成本、体积、功耗提出的。对键盘、硬盘、显示器、网卡、声卡等进行操作，则是采用嵌入式处理器进行操作的，同时在计算机的外部设备安装微处理器，以完成计算机的各个操作过程。当拥有足够多的任务操作系统后，通过嵌入式系统软件开发平台RTOS才能成为可能。在任何一部计算机中，操作系统和应用程序接口都是非常重要
21、并亲切是不可或缺的一部分，然而能够在OS平台上运行但不能实时操作是每一个开发并完成应用程序的软件所面临的问题。而嵌入式系统刚好能够解决这一问题，因为即使没有了操作系统，应用程序也能够在芯片上运行；从程序执行的实时性和可靠性出发，用户有必要根据自身的需要选择适合的RTOS开发平台，因为只有这样才能进行多任务操作，而且充分利用系统中的资源，与此同时，不仅节省了大量用于软件开发的时间，而且还可以使得软件的质量得到了保障。在开发软件的时候，C语言总是被嵌入式系统采用，而且是作为最好的选择。因为非结构化的汇编语言不能够很好地完成大型的结构化程序设计，这样的工作只能交给更高级的C语言去完成。与传统以太网相
22、比，嵌入式以太网是在系统的微控制器或微处理器和以太网控制器上采用了相关的嵌入式设计技术，这种以太网需要一定的环境作为基础，及嵌入式系统的软硬件环境，但是不管是传统以太网还是嵌入式以太网，二者都是按照IEEE802.3，在逻辑上均采用TCP/IP协议这一协议平台。嵌入式以太网和传统以太网各自所依赖的环境和所使用的网络协议内嵌的位置不同使得二者产生了很大的区别，其中，传统以太网是以PC机或工作站的软硬件为基础环境的，而嵌入式以太网的应用是需要一定的环境作为前提的，主要是需要拥有嵌入式系统的软硬件，另外前者的网络协议族内嵌于Windows、NT、UNIX等中，而后者则是嵌于RTOS中。这样的区别使得
23、嵌入式以太网在工业控制领域中得到更加广泛的应用，因为应用起来更为方便。开发平台的构造需要多种系统实施组成，其中嵌入式系统需要的则是一整套完整的开发平台，包括实时在线仿真系统ICE（In-Circuit Emulator）、高级语言编译器（Compiler）、源程序模拟器（Simulator）以及实时多任务操作系统RTOS 等，这保证了嵌入式系统能够正常运行。3.3.5XML 技术数据文档中的数据通常都需要经过一定的组织，并且它的结构也需要经过一定的安排，而XML就是对这一过程的描述，它是由万维网联盟W3C（World Wide Web Consortium）制定的。实际上它是一种语法，将数据用
24、标签进行标记，使其简单而且容易被接受理解。它是对计算机文档格式进行一种规范，其中在XML文档中存在着大量的数据，而且它们都拥有一定的属性，实际上文本字符串就是作为它们的属性存在的，这些数据被标签标记后，标签都环绕在它们的附近。另外，元素（element）是即是数据的单位，也是标签的单位。在XML中的标签是可以被自由地下定义的，这样使得文档的内容能被淋漓尽致地表达出来，而这一切都是因为XML是一种文本文档的元标记语言（meta markup language）下面的三点说明的是XML所具备的优点：1) 异构系统间的信息互通当前，在不同的企业间存在着不同的系统，不仅如此，在企业内部的不同部分之间也
25、存在这样的情况。信息在系统间的流通往往会出现一定的困难，着主要是因为各个系统所应用的平台和数据库软件等的差异性太大。而XML正好解决了这一问题，它作为一种交流媒介存在着，使得系统间信息流通的难题。另外，XML能够标记的信息是不受限制的，不管它是文本类型的，还是二进制类型的。2) 数据内容与显示处理分离XML对于数据的内容以及这些数据是以怎么的形式和结构被组织存放的，用户可以根据自己的需要，在XML中取得自己所需的数据并实现不同的目的是非常注重的。对于任何工具，只要能够读取文本文件，就一定可以读取XML文档。由于XML是文本文档，这就使得其中的数据永远都可以被保存和识别。3) 自定义性和可扩展性
26、作为元标记语言的XML不具有特定的标签和元素，所以它的标签和元素是无法满足各个领域中的各个用户的需求的，但是作为研发者，可以按照不同的要求对要素进行定义。XML中所谓的X，其英文表达就是extensible，译为可扩展的，也就是说，如果有需要可以按照自己的要求对XML进行不同程度的扩展。扩展后的XML文档，对于信息的获取不仅清楚方便，而且对于搜索和定位则更加的准确无误。 IEC61850标准的第六部分SCL作为变电站的配置描述语言出现，SCL在IEC61850标准的中间位置，它是基于XML而产生的。变电站存在的设备有多种多样，它们之间也互相关联。而各个IED和它们之间所存在的关系便由SCL给出
27、。经过这么多年的研究和讨论，IEC61850标准诞生，它是与时俱进的，因为它采纳的是很多领域的最新的成果，这些领域包括面向对象建模、组件、软件总线、网络、分布式处理等。IEC61850标准已经全套被颁布出来，它是全球范围内仅有的一套关于变电站的网络通信标准，相信不久的将来，IEC61850标准将会逐步成为通用通信网络平台的最为重要的标准之一。IEC61850的发展随着社会的更高层次的需要而发展，它的“即插即用“功能更会得到前所未有的发展，实现在工业控制通信中的目标。3.3.6面向通用对象的变电站事件模型（GOOSE）当前越来越多的场合都需要自动化的功能，并且这样的功能在分布式的变电站自动化系统
28、中是由多个IED共同来协调实现，比如防误闭锁在间隔层设备间的应用、分布式母线保护等，然而要想实现这些功能，首先需要以数据在IED间的通信的可靠性和实时性做保证。为了能够实现可靠性和实时性，IEC61850标准中给出了一个GSE模型，它是一个通用的变电站事件模型，在该模型下，在输入和输出数据值时，能够保证全系统范围内的高速性和可靠性。GSE共分为两种，其一是是变电站事件GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event），其二是是通用变电站状态时间GSSE（Generic Substation State Event），两者类属于控制类和报文结构。其中前
29、者是面向通用对象的，用来交换公共数据，这些数据主要是由数据集组织的，而后者则是用来传输状态变位信息（双比特）。在抽象通信服务模型控制块上，如果只考虑二者的属性和服务，那么GOOSE和GSSE基本上是一样的，相差不大，但是，对于所传输的报文内容和实现的机制，二者是存在着天壤之别的。发布者/订阅者通信结构在GOOSE和GSSE这两种模型中均得到广泛的应用，因为发生在多个通信节点间的点对点的直接通信可以通过该种结构得到实现，通信结构共有三种，分别是发布者/订阅者通信结构、点对点通信结构、客户/服务器通信结构组成。如果想要实现一对多或者多对多的发送数据的方式，即一个或多个数据源向多个接收者发送数据，选
30、择发布者/订阅者通信结构是最佳的，特别是当所发生的数据通信中的数据流量大，而且对实时性有较高的要求时。从上面两种报文传输的本质来看，发布者/订阅者通信结构是比较合适的，因为它与二者传输的本质相吻合，能够对事件起到一定的驱动作用。在报文传输方面，对于二者也是有着特别的要求的，尤其在使用GOOSE传输跳闸命令时对于报文传输的实时性和可靠性有特别高的要求。利用IEC61850标准，修改了传统发布者/订阅者通信结构，使得其达到应用的要求。改进后的发布者/订阅者通信结构一方面给订阅者提供了一个平台，即对于发布者的控制块属性，订阅者有权对其进行访问或者更改，而这种访问或者修改的方式主要还是通过客户/服务器
31、通信的方式进行的，与此同时，一些相关的控制参数也被引用进来：报文存活时间，时间序列计数器，状态改变计数器，状态改变时刻。Goeb Ref，all Data，num Data set Entries，data set，conf Ref参数代表GOOSE模型的通用对象控制块GOCB(GOOSE Control Block)服务和属性，其中all Data是GOCB引用数据集在MMS中的映射，变量列表名data set是数据集路名Data set Reference在MMS中的映射。另外t，St Num，Sq Num，time Allowed to Live，test等属于报文控制参数。t代表GOO
32、SE报文产生的时标，通常作为驱动事件的发生时标；st Num代表GOOSE事件计数值，该参数表征了为保证传输可靠性采用的重传机制，初始0，每产生一次时间加1，记满后复归1；sq Num代表GOOSE报文计数值，送1次GOOSE加1，记满后复归1，st Num加1时复归time Allowed to Live代表报文存活时间，它给订阅者提供的信息是此时到再次产生GOOSE报文需要等待的最长的时间，以ms为单位，为减轻网络负载，每次重传报文time Allowed to Live一般都比前一次大；test代表GOOSE报文是否处于测试状态。GOOSE传输时间策略如图37所示：图37 GOOSE时间
33、传输时间报文传输的过程中需要对整个过程进行控制，而这样的工作任务一般都是由发布者的控制模块（GoCB）来完成操作的。GOOSE报文传输和采样值传输模型有类似的地方，它们都能够交换来自数据集的公共数据。但是后者是通过对电流和电压值的传送从归属公共数据类的数据采集而成。GOOSE则不同，不管是从它所传送的内容来看，还是从数据集中数据的归属类型来看，它都是具有很强的灵活性的，它所能传送的信息可以是多种多样的，有状态信息，模拟量信息还有同步信息等。与GOOSE相似，通信结构也是在GSSE模型中得到应用，而且整个传输过程的控制工作也是由发布者的控制模块来完成的，但是不同的是在传输内容方面，GSSE模型所
34、传输的是保护跳闸、闭锁等状态变化信息(双比特)。在报文传输的时候，从它的可靠性和通信流量两个方面来考虑，以GOOSE/GSSE报文为例，假如在外部环境不改变的情况下对报文重发的话，就必须保证重新发送的时间间隔慢慢地拉大，这是由IEC61850标准给出的。此外，我们在重新发送报文的时候完全不必刻意去规范它的时间间隔，因为在报文中已经引进了两个重要的参数，包括报文存活时间（Time Allowed To Live）和状态改变时刻（t）。GSSE报文的传输服务于OSI的七层协议堆栈形成了一定的对应关系，存在着各种各样的弊端，一方面，在协议堆栈的传输方面会出现时间延长的情况，即延时，另一方面，一旦网络
35、所承载的任务过重，这样的报文传输没有办法达到实时性，因为该报文是以传统以太网为基础的，而对于报文优先级、虚拟局域网和无特定的多播地址等，传统的以太网是无法实现的。相对于GSSE而言，GOOSE报文的传输则充分体现了它的实时性，并且能够在信息传输的过程中实现报文优先级功能，这是由于GOOSE报文应用了交换式以太网技术。另外，GOOSE报文传输服务的整个过程是由应用层到表示层，然后到底层，其中从表示层到底层是需要经过抽象语法符号ASN.1的编码的，而其中所说的底层就是数据链路层和物理层，而且整个过程都不需要设计到网络层和传输层。3.3.7变电站配置语言SCLSCL作为变电站的配置描述语言，建立在X
36、ML.1的基础之上的。变电站中与通信相关的配置和结构以及它们之间所存在的关系均由SCL给出，这些配置和结构主要包括IED配置和参数、通信系统配置、变电站系统结构。SCL所要实现的是提供一种用来交换数据的兼容配置，它能够兼容不同厂家之间的IED配置工具和系统配置工具。对SCL模型的认识，可以根据以下五个部分：关于系统结构模型等相关设备以及连接上；关于IED结构模型，SCL模型的运用关于通信系统结构模型的具体操作关于逻辑节点类定义模型；关于逻辑节点和一次系统功能关联模型。SCL对IED的表述主要是应用公共设备和设备组件对象，而这些都是在IEC61850标准下给出的，SCL中的Header、Subs
37、tation、IED、Lnode Type、Communication都是对IED的配置数据中的信息，并且这些信息主要是对IED自身的一个描述。IED中不同的自我描述信息所包含的内容是不同的，其中Header主要包含SCL的版本号和修订号以及名称映射信息；Substation则是包含了变电站的结构，其中功能结构、电气结构等等电力构件；IED包含了逻辑装置节点和其中的对象和服务能力；Lnode Type则是给出了而文件中的逻辑节点、类型、数据对象则由给出；Communication则包括了逻辑节点和总线与IED之间的的关联为了能够完成对兼容性模型的表述，还需要依靠以上的元素本身所带有的子元素及其
38、属性。3.3.8制造报文规范MMS实际上，在用于生产的设备之间是需要有一定的标准来保证信息的成功传输的，在这之间，制造报文规范MMS起了很大的作用，它是作为OSI应用层的一个协议标准存在的。在通信方面，MMS给出了很多的规范，而且这样的通信往往是发生在多个厂家之间，从而能够使得制造设备更容易入网。制造报文规范MMS的应用是IEC61850标准的一个非常重要的基础；MMS中存在着虚拟制造设备VMD（Virtual Manufacturing Device）和映射（Mapping）两个概念【19】。他们对于建模的成功与否起到了关键性作用。这两个概念分别是）就设计来看，MMS是存在着通用接口模型的，
39、也就是其中的实设备对象映射接口OMI(Object Mapping Interface)。对于设备的具体对象和它的属性，以及抽象对象和它的属性，都是由OMI来完成它们之间的联系的。OMI包括了原语分析模块和执行模块，这两个模块之间具有两个关于信息的流向和操作：(1)MMS应用进程到实设备MMS应用进程到实设备是由OMI中的原语分析模块完成的。原语分析模块对MMS应用进程的原语接收后，通过VMD资源，把原语抽象化，即找到与之相对应的抽象对象和属性，再对其进行必要的具体实施：起初要把设备中的具体对象和属性之间进行映射，使映射到的到实设备发出相应的命令，确保到实设备能够接收和识别，其次就会对实设备进
40、行操作，使得最终能够将其掌控住。(2)实设备到MMS应用进程在执行模块的辅助下，实设备的实际状态与VMD的状态发生映射，另外，不同的状态所需要的MMS应用进程是不同的，而VMD会根据实际情况启用不同的MMS应用进程。与MMS的VMD相对应的是智能设备的服务器类模型，它是建立在IEC61850标准的基础上的最核心的模型 20。以IEC61850标准为基础，VMD的基本元素主要包括一系列诸如变量域对象，除此之外，还需要建立一个接口ACSI以便完成它的通信，这个接口一方面是对通信所发生的服务的一种抽象，另一方面它又与具体通信协议没有任何的关联；另外，为了使通信能够实际发生，就需要一套相关的具体通信协
41、议映射关系，也就是特定通信服务于SCSM的映射关系。由此可见，从本质上来说，OMI中的原语分析模块和执行模块分别对应于抽象和具体的概念，即抽象通信服务接口ACSI和特定通信服务映射SCSM；通过变电站IEC 61850标准的应用等智能装置现状的判断，进而设计出相应的OMI。IEC61850标准对变电站做出了很大的贡献，它不仅仅给出了变电站网络自动化通信方式的一套标准，而且使得接口ASCI能够独立存在，不需要依靠具体的网络，这样的接口主要是用于对通信服务的抽象。IEC 61850标准面向网络通信是建立在制造报文规范MMS的基础之上的，在ISOTC184的研发和维修作为前提的环境下，为了能够在计算
42、机或智能设备间实现实时数据和用于监督控制的信息的交换，必须要有一套完整的不依赖任何其他情况的标准来规范它，而制造报文规范MMS正是起到这样的作用，MMS不依赖任何的应用和设备的开发者，而且它所拥有的服务基本上能够被应用于各个领域。IEC 61850标准的应用需要借助特定的网络，而根据当前的实际情况来看，以太网在所有能够成功实现IEC 61850的网络中成为了主流，而它所选择的网络通讯协议，是能够完成变电站内、变电站和调度中心之间的协议，这一切也是在MMS+TCP/IP+Ethemet的基础上实现的。基于抽象对象模型方法，MMS给出了抽象后的设备的模型，并且表述了该模型的运行过程，另外还给出了其
43、他的说明，包括抽象对象和关于它的操作及其属性对象。对于对象类，其中最关键的是虚拟制造设备VMD，它是一种将一个真实发生在外部的可以看见的行为进行简单表述的设备，不管具体设备拥有怎么的内部结构或特点，只要具备虚拟制造设备VMD，MMS都可独立于具体设备。MMS并不需要对实设备进行直接的操作控制，它只需要通过VMD的映射功能来实现对实设备的间接操控。在VMD中存在着许许多多的抽象对象模型，这些模型都是由MMS定义的，它们的建立都是为了更好地对设备进行远距离的操控，这样的模型有抽象对象和事物事件对象等，这些模型主要是对存在于VMD的资源和MMS所提供的服务的说明。3.3.9 IED 设备之间的互操作
44、性IEC 61850标准之所以能够被制定出来，其中最重要的原因是为了使得设备间具备互操作性，甚至是互换性，这些设备指的是存在于变电站内的各种各样的智能IED设备。有了IED设备的互操作性（interoperability）,可以使得软硬件投资的用户得到最好的保护和照顾，另外，不同的商家之间的产品存在着一定的差异性，在这样的操作下可以使得不同的产品之间实现集成，同时，IED设备所具备的这种性能还可称为：“来自同一厂家或不同厂家的IED之间交换信息，和正确使用信息协同操作的能力”。从确定性方面进行考虑，语言表述上是否明确就是所谓的互操作性，而针对性与确定性二者是分不开的，但就针对性来说，它更多的是
45、在应用领域中被强调，若以IEC61850标准为基础，这种针对性是面向变电站自动化领域的。它所涉及的不仅关系到语言的表述问题，而且还与相关的保护操作有关。比如那些“模拟量”、“信号量”、“电压”、“电流”这样的表述则是属于前一种情况，而类似于“距离一段出口”这样的表述则是属于后者的情况。我们根据信息语义中的偏序关旭来探讨，不同的约定层次在是能够以相对数据对象含义的逼近程度来阐述的。同时也表示了用于互操作的信息之间是否相对应，在语义层面上，他们针对性和互操作性两者之间存着着正关系，互操作性对于语义约定的层次也是有一定的要求的，太低的层次是无法实现互操作性的，就像最早时候采用的通信协议。另一方面，对
46、于语义的确定性我们还需要考虑一定的环境和背景，环境条件一定要能够保证自动化的顺利进行，诸如相应的表述上，应该对某一方面进行阐明，但是在确定性方面它是不合格的，不能满足互操作性的要求，因为像“一段出口”这样的表述在语义上存在着二义性。IEC61850标准中给出了一些针对IED的测试方法，包括一致性测试和性能测试。前者属于“证书”测试，后者属于应用测试。二者方法所要达到的目的也是不同的，如果想知道IED能否达到特定的标准，就必须应用一致性测试的方法，而性能测试的方法则是对系统进行一次全面的检测，通过这样的检测了解系统在运行方面能否达到标准。根据保护系统中的应用测试，来了解系统“四性”是否一定达到了
47、相应的标准。必须模拟保护系统中的网络情况，包括系统中电网的运行情况和通信网络情况，而且在这样的保护系统中的所有程序和操作都采用数字化的，其中构成保护系统的设备主要包括新型互感器、合并单元、交换机和数字式保护。另外，不同测试其完成的主体也是不同的，前者主要由授权机构来完成，而后者则是由个体用户负责的。常规和数字化变电站系统都应用了一致性测试和应用测试，但是二者在数字化变电站系统中的联系却更为密切。一般来说，后者是要以前者作为基础和条件的。一个产品，首先要经过一致性测试，才有足够的资格进行应用测试，这样的资格指拥有构成应用系统的条件。但是有些产品，虽然已经通过了前一个测试，而且也拥有一定的能力可以
48、进行系统的构建，但是在应用测试的时候，却无法达到要求，这种情况还是比较常见的。它主要是由繁杂的IEC61850标准、网络异常情况下其性能的未知性和一些系统对实时性的高要求造成的，则海洋的系统有保护系统、监控系统等。一个产品通过了应用测试就一定通过了一致性测试，但是反过来未必成立。正因为如此，对于数字化变电站，在构建的过程中，绝对不允许忽视其中的任何一种测试，由其要注重对系统应用性能的测试工作。测试过程中，一致性测试是IEC61850标准实施的最后一步，它包括了静态一致性测试和动态一致性测试两种测试，为了使得产品能够符合标准对一致性所提出的要求，必须进行静态一致性测试。其中最要包含了对MICS、
49、PICS、PIXIT，它们对应的中文名称为模型实现一致性声明服务实现一致性声明、服务实现额外信息一致性声明。动态一致性测试是想要对产品是否能够达到产品一致性声明的要求，这种测试主要是针对产品的行为，包括产品的通信和接口环节。进行该种测试之前要严格设置一套方案，它所包含的内容有测试用例、测试环境、测试步骤，而且这样的一套方案是需要根据一定的产品资料和标准来制定的，由测试机构完成。通过一致性测试，它所测试的结果并不能对产品的功能和性能做出相关的判断，它只是给出了产品关于通信和接口环节在一致性方面是否能够达到产品的标准要求。对一个设备或系统的设计，通常需要观察其所能运行的各种功能或性能是否能够达到设计的目标，而性能
