1、华中科技大学博士学位论文基于IEC61850的数字化变电站信息系统构建及可靠性研究姓名：徐天奇申请学位级别：博士专业：电力系统及其自动化指导教师：尹项根;游大海20090227分类号 学号 2005531310028 学校代码10487 密级 博士学位论文 基于IEC61850的数字化变电站信息系统构建及可靠性研究 学位申请人：徐天奇 学科专业：电力系统及其自动化 指导教师：尹项根 教授 副指导教师：游大海 教授 答辩日期：2009年2月27日 A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the
2、 Degree of Doctor of Philosophy in Engineering Research on IEC 61850 Based Digital Substation Information System and its Reliability Ph. D. Candidate ： Xu Tianqi Major ： Power System and its Automation Supervisor ： Prof. Yin Xianggen Prof. You Dahai Huazhong University of Science & Technology Wuhan
3、430074， P.R.China February, 2009独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人 在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文 中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本
4、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 ，在 _年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上方框内打 “ ”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华中科技大学博士学位论文 I摘 要 数字化变电站自动化系统（ DSAS）的实施将极大降低信息共享的难度和成本并允许智能电子设备（ IED）间的互操作，将有利于实现高性能、低成本的自动化功能。然而实现这些优点的前提是使 用统一通信标准， IEC61850 是变电站通信系统的国际标准，其优越性已得到初步证实，且已被包括我国在
5、内的多个国家采用为行业标准，因此基于 IEC61850 构建 DSAS 信息系统是最优选择。 目前数字化变电站自动 化技术正迅速发展， IEC61850 也得到了初步应用，但构建完全体现 IEC61850 优势的 DSAS 并进行推广尚有几个关键难点问题必须解决，本文先探讨了 DSAS 特别是其信息系统的构建方法，然后对其通信系统进行仿真研究，根据 DSAS 的本质特征对其可靠性进行评估，并对 IEC61850 一致性测试进行了深入探讨。 首先， IEC61850 不仅仅是一个通信标准，它也定义了 DSAS 的框架和原理，因此基于 IEC61850 构建 DSAS 信息系统的诸多方面都涉及此标
6、准的内涵，本文紧紧围绕互操作性这一重要内涵对 IEC61850 进行深入解析，阐明了它的工作原理，在此基础上， 以信息系统构建为重点， 探讨了最大程度体现 IEC61850 互操作性优势的 DSAS的构建方法， 并在间隔层 IED 实现环节中引入了改进的数据逻辑结构及二叉树储存结构，解决了现有信息模型实现准确与高效之间的矛盾。 IED 组网方案是 DSAS 构建的重要内容， 本文重点讨论了过程总线和站级总线合并或分离 2 种基本组网形式及环型、混合型和双网卡完全冗余几种网络冗余方式， 探讨了 DSAS推广过程中常规开关设备、间隔层 IED 接入的过渡方案， 并给出了 5 个电压等级的典型变电站
7、的典型 DSAS 网络设计方案。 其次， 网络设计方案将直接影响通信时延， 而时延是否满足要求将直接影响 DSAS功能能否被有效执行，然而过低的网络时延意味着昂贵的造价，因此确定适合具体变电站的组网方案显得尤为重要，但目前还没有 专门的组网方案评价系统。本文应用OPNET Modeler 软件构建了遵循 IEC61850 的典型 IED 精确仿真模型，首次将仿真精华中科技大学博士学位论文 II度推进到了协议栈级，并搭建了 DSAS 通信系统性能仿真平台，对前面提出的 5 种典型 DSAS 网络设计方案进行了仿真，其结果具有实际指导意义。 第三，对 DSAS 的可靠性进行准确评估是其实施并推广的
8、必要前提，但目前还没有专门针对 DSAS 可靠性的评估方法， 本文首次指出 DSAS 可靠性的本质是功能可靠性，在综合考虑 IED 硬件可靠性、软件可靠性、通信系统可靠性及通信时延这几个因素的基础上，提出了基于图论和离散时间马尔可夫链的 DSAS 功能可靠性及系统可靠性模型，并推导了状态转移矩阵计算方法和根据状态转移矩阵与初始状态计算 MTTF的方法。 最后，对 IED 进行 IEC61850 一致性测试是减小互操作性风险的低成本手段，但目前的一致性测试方法并未取得良好效果，本文提出了供求双方和官方对一致性测试的不同要求，并针对这些要求对一致性测试方法进行了探讨。一致性测试并不能全面评价 IE
9、D 的能力，本文提出可以再对 IED 进行互操作性测试、性能测试和功能测试并给出了测试方法。在分析 IEC61850 特点的基础上，提出了 IED 测试的难点及需解决的问题。 关键词： 数字化变电站自动化系统 IEC61850 互操作性 组网方案 仿真平台 可靠性 一致性测试 华中科技大学博士学位论文 IIIAbstract The implementation of Digital Substation Automation System (DSAS) will greatly reduce the difficulty and cost of information sharing, an
10、d will also allow interoperability between Intelligent Electronic Devices (IEDs). These advantages will be helpful to achieve high-performance and low-cost automation system. However, using unified communication standard is the precondition of realization of these advantages. IEC 61850 is the intern
11、ational standards about the network communication system in substations, and its benefits have been proved partly. Furthermore, it has been adopted as an industry standard by many countries including China. As a result, building the information system of DSAS based on IEC 61850 is the best choice. A
12、t present, digital substation automation technologies are developing quickly, and IEC 61850 also have been realized partly in some application cases, but there are still several key issues need to be resolved before implementing DSAS and making full use of IEC 61850 advantages. In this paper, DSAS b
13、uilding method, especially the information system building method is studied. Based on it, communication system are studied through simulating method. System reliability evaluating is carried out according to the essence of DSAS. IEC 61850 conformance test is also investigated deeply. First of all,
14、IEC 61850 is not only a communication standard, but also explain the structure and principle of DSAS, so many aspects of building DSAS information system should be related with the intension of IE C61850. In the paper, IEC 61850 is analyzed from the viewpoint of the interoperability objective of it,
15、 and its work principle is illustrated. Based on it, the methods of building DSAS information system which can adequately embody interoperability advantage of IEC 61850 is discussed. Data structures are usually used to implement information models in bay level IEDs or process level IEDs. From the in
16、teroperability point of view, I propose a logical structure which can reflect information model veritably. A storage structure based on binary tree is also proposed. The use of the two structures can solve the problem of exactitude and high efficiency of information implementation. The determination
17、 of networking schemes is important step of building DSAS. The two basic forms of networking schemes, which are separation or merger modes of the process bus and station bus, are discussed. The basic redundancy methods including ring topology, hybrid topology, and fully redundant with double network
18、 华中科技大学博士学位论文 IVadapters are discussed too. Transitional scheme of DSAS has to be taken into account since popularization of DSAS will be a long-term course. Thus, the access solutions for traditional switching equipments and traditional bay level IEDs are discussed. As examples, typical DSAS design
19、s for five typical substations are also given. Secondly, networking scheme designs will determine the communication delays, and whether or not the communication delay could meet the requirements would directly impact on whether DSAS functions could be performed successfully. However, much smaller de
20、lays means higher cost, so determination of networking scheme suitable for specific substation is critical. Nevertheless, special tool to evaluating the performance of networking schemes is still absent. Therefore, a simulation platform for DSAS networks is built with OPNET Modeler. Models for all t
21、ypical IEC61850 compatible IEDs are built, and the simulation platform is built based on them. The above five typical DSAS designs are simulated on the platform, and the results have guiding significance. Thirdly, the appropriate evaluating of DSAS reliability is necessary for its application and po
22、pularization. However, the special reliability evaluating method for DSAS has not been developed yet. This paper presents a new point view that the essence of DSAS reliability is function reliability. Based on it, a new DSAS reliability model using the graph theory and discrete Markov chain is propo
23、sed. In this model, the reliabilities of IED hardware, IED software, and communication system, as well as communication delay are take into account. The calculating method of the transfer matrix is also proposed. According to the transition matrix and the initial state, MTTF can be calculated. The l
24、ast but not the least, the IEC 61850 conformance testing for IED is a low-cost mean to reduce the risk of non-interoperability, but the methods at present do not work well. Since the requirements from manufacturers and users on the conformance testing are not completely consistent, specific testing
25、program should reflect these requirements both from manufacturers and users. This paper presents the method of the conformance test method. For evaluate IED completely, interoperability testing, performance testing, and functional testing can be also carried out on IEDs. The test methods are propose
26、d in the paper. Based on the analysis of IEC 61850 features, the difficulties and issues need to be resolved for IED tests are presented. Keywords: digital substation automation system, IEC 61850, interoperability, networking scheme, simulation platform, reliability, conform test 目 录 摘要 . I Abstract
27、 . III 1 绪论 1.1 引言 (1) 1.2 数字化变电站自动化系统概述 (2) 1.3 IEC61850 标准简析 . (10) 1.4 数字化变电站自动化系统研究现状 (19) 1.5 论文内容及章节安排 (23) 1.6 本章小结 (27) 2 IEC61850标准的内涵目标及其相互影响 2.1 引言 (28) 2.2 互操作性 (28) 2.3 功能自由分布支持 (39) 2.4 功能扩展支持 (42) 2.5 本章小结 (46) 3 基于IEC61850的数字化变电站信息系统的构建 3.1 引言 (47) 3.2 数字化变电站信息系统构建和实现 (47) 3.3 数字化变电站
28、组网方案 (65) 3.4 数字化变电站自动化系统过渡方案 (74) 3.5 典型变电站的典型 DSAS 设计 (78) 华中科技大学博士学位论文 VI3.6 本章小结 (85) 4 基于IEC61850的变电站通信网络性能仿真平台 4.1 引言 (86) 4.2 OPNET Modeler 工作原理简介 (87) 4.3 DSAS 需要传输的信息和对通信系统的要求 . (90) 4.4 兼容 IEC61850 的 IED 通信模型 . (95) 4.5 变电站通信网络仿真平台 (111) 4.6 典型数字化变电站通信系统仿真 (112) 4.7 本章小结 (122) 5 数字化变电站自动化系
29、统可靠性分析 5.1 前言 (123) 5.2 数字化变电站自动化系统功能可靠性评估指标 (124) 5.3 DSAS 的 IED 软件可靠性 (124) 5.4 DSAS 的功能可靠性 . (135) 5.5 DSAS 系统可靠性 . (146) 5.6 算例 (146) 5.7 本章小结 (151) 6 兼容IEC61850的IED的一致性测试研究 6.1 引言 (152) 6.2 一致性测试的必要性 (153) 6.3 IED 一致性测试的目标 (154) 6.4 兼容 IEC61850 的 IED 的一致性测试方法 . (156) 6.5 其他测试 (158) 华中科技大学博士学位论文
30、 VII6.6 兼容 IEC61850 的 IED 测试的难点及需解决的问题 . (160) 6.7 本章小结 (162) 7 全文总结和展望 7.1 本文工作总结 (163) 7.2 未来工作展望 (165) 致 谢 . (167) 参考文献 . (169) 附录A 攻读博士期间发表的主要论文 . (179) 附录B 攻读博士期间参与的科研工作 . (180) 附录D 英文缩写对照表 . (181) 附录E 常用术语 (185) 华中科技大学博士学位论文 11 绪 论 1.1 引言 变电站是电网的重要节点，担负着对电能传输和分配进行控制和管理的任务，变电站的安全、 可靠运行对电力系统的稳定性
31、及供电可靠性至关重要。 过去的几十年中，变电站的一次系统和二次系统都发生了巨大的变化。一次设备除容量增大之外，还呈现出电力电子化、智能化的趋势；二次设备经历了从电磁式到模拟电路式，再到的微机智能式的发展，二次系统则从由电磁式或模拟电路式设备组成的功能独立的传统二次系统发展到由微机智能设备组成的功能独立的二次系统，再到目前功能整合、部分信息共享的变电站综合自动化系统（ ISAS） 。 近年来，我国乃至世界电力行业的一些变化对变电站自动化系统（ SAS）提出了新的要求。首先，电力系统规模不断增大，但相对于电力需求的增长，发、输电系统投资严重不足，因此供求关系仍然紧张。因整体缺电或局部缺电而大规模停
32、电的可能性增大，而用户对供电可靠性的要求却比以前强烈，这对电力系统控制提出了更高要求。作为系统控制终端之一的变电站，需要为系统级管理和控制系统提供比以前丰富的一次和二次信息，还需要执行系统级的控制命令，而且执行比以前频繁，控制有效性要求也大为提高。其次，电力市场的改革也对电力系统信息获取和控制提出了新的要求。另外，电力公司要求降低成本，对于变电站，一方面希望降低其运行成本，另一方面要求降低 SAS 的建造、维护和升级成本。前者需要尽可能地实现功能完备的远程监控以及无人值班，这不仅要求在站内全自动化和智能化，还要求丰富信息的远程获取。后者需要不同厂家的智能电子设备（ IED）可以共存于一个 SA
33、S 相互配合以执行功能，甚至可以相互替换，即应支持互操作性支持甚至是互换性，这有利于形成公平竞争的变电站二次设备市场，从而降低 IED 的价格。 相比之下， ISAS 存在以下几个缺点：智能化程度不足，很多场合需要人的参与；信息获取成本过高甚至是不可能，使得许多依赖多点信息的功能无法实现； IED 缺乏华中科技大学博士学位论文 2互操作性； SAS 与电力系统级管理和控制系统独立，不仅限制了后者的性能，而且造成了设备浪费。 而另一方面，近年来，微处理器的性能和可靠性不断提升，已经可以胜任实时多任务处理的要求；数字通信技术不断成熟，速率和可靠性都已达到 SAS 应用的要求；智能传感器和智能一次设
34、备的出现， 使 SAS 最后的 “信息绝缘层 ”过程层的数字化成为可能。这些新技术的发展为构建下一代 SAS数字化变电站自动化系统（ DSAS）奠定了基础。另外， IEC61850 标准的公布为 DSAS 的实现提供了一种方法，已被众多厂家和国家接受，因此基于 IEC61850 构建 DSAS 是目前的最优选择。 本文针对基于 IEC61850构建 DSAS尚存在的关键难点问题展开研究。 首先， DSAS应该具有互操作性， IEC61850 的首要目标也是实现互操 作性，然而，对标准的正确理解和实现是能否实现互操作性的关键，本文以互操作性的实现为目标对 DSAS 的构建方法进行研究。其次，通信
35、系统是 DSAS 的基础，而组网方案是影响通信系统性能和造价的关键因素，本文针对组网方案的可能 形式及其评价系统进行研究。第三，DSAS 的可靠性评估是其构建的基础， 本文将对 DSAS 进行全面的可靠性评估。 最后，对兼容 IEC61850 的 IED 进行一致性测试是减小互操作性风险的低成本手段，本文对一致性测试的方法及其实现难点进行研究。 1.2 数字化变电站自动化系统概述 1.2.1 变电站二次系统的发展阶段 根据变电站二次系统发展过程中使用的技术、元件类型和系统组成等特点，可将变电站二次系统的发展分为几个阶段，分别是传统变电站二次系统阶段、独立自动化装置阶段、变电站综合自动化阶段和数
36、字化变电站自动化阶段。 传统变电站二次系统的元件包括电磁型、晶体 管型或模拟式集成电路型几种类型，按照功能的不同组成多个相互独立的回路，其特点是：采用模拟信号，没有信息共享，逻辑判断由硬件或模拟电路来实现，仅能实现最基本的保护和监控功能。 独立装置的自动化于上世纪 70 年代从微机继电保护装置开始，并逐步扩展到其他二次设备，并催生了一些新功能及装置，如故障录波、事件顺序记录（ SOE）等。华中科技大学博士学位论文 3这些微机自动化装置功能强大、可配置性强、具有故障自诊断能力，但仅仅是原有二次设备的替换，因此虽然单机性能有所提高，但总体性能并无太大提升。由于历史原因，变电站内不同的二次回路属于不
37、同的运行部门，甚至属于不同的专业，因此微机自动装置引入变电站后的很长时间内，并没有因为微机的多功能性而出现多功能的微机自动装置，因此造成许多设备冗余。 变电站综合自动化始于上世纪 80 年代，我国于 90 年代末研制出了自己的变电站综合自动化产品，综合自动化强调应用数据通信技术进行系统集成、打破变电站二次系统专业的分割、对功能进行整合，但由于对综合自动化系统的结构、功能没有广泛共识，且没有使用统一的通信标准，造成不同厂家的 IED 之间没有互操作能力，且没有实现原始采样数据的共享，缺乏本地控制和系统控制的统一接口。这些原因使得综合自动化系统越来越不能满足日益提升的电力公司降低成本、设备制造商公
38、平竞争、系统控制优化等要求。 数字化变电站自动化是目前正在兴起的技术，其基础是高性能数据通信技术、智能一次设备和二次设备，其显著特征是完全的数字化、通信标准化、常规功能标准化，符合目前变电站及电力系统运行、管理系统化、精确化、网络化的新要求。 1.2.2 数字化变电站自动化系统的定义 国际上并没有使用 “数字化变电站自动化系统 ”这一名词， 而是沿用 “变电站自动化系统 ”，后者是 1997 年 CIGRE WG34.03 工作组在 “变电站内数据流的通信要求 ”最终报告中1提出的，并在后来被国际电工委员会（ IEC）的 57 技术委员会（ TC57，即电力系统控制和通信技术委员会）在制定 I
39、EC61850“变电站通信网络和系统 ”标准时采纳。 IEC61850 把 “变电站自动化系统 ”定义为 “在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化 ”。 国内的文献大都是直接使用 “数字化变电站 ”或者 “数字化变电站系统 ”这两个名词，只有少量文献对其进行了定义： 2认为数字化变电站是利用数字化技术使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化， 其基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。 3认为数字化变电站自动化系统的结构分为变电站层、间隔层和过程层 3 层，并具有以下特点：全站 IED 间通过网华中科技大学博士学位论文 4络实现数据共享和资源共享
40、；用网络替代一次设备与二次设备之间、二次设备相互之间的硬接线，简化二次设备的设计；采用电子式互感器和光互感器进行实时电气量检测，通过合并单元实现电气检测数据源的归一化；一次设备智能化，为变电运行管理提供重要的状态检修参数。 4认为数字化变电站是指变电站信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，即将设备采集、交换、传输的模拟交流量、开关量、控制命令等转化为数字信息，运用 IEC61850 协议构建的分层、分布式数字化网络系统，使全站设备信息采集、传输、处理、输出能共享一个信息平台，达到设备之间具有互操作性的目的。其基本特征为设备智能话、通信网络话、模型和通信协议统一化、运行管理自动化。 5认为数
41、字化变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的关键是实现满足上述特征的通信网络和系统。 这些定义要么只强调了数字化， 要么把 DSAS 和应用 IEC61850 的 SAS 等同起来，因此都不太准确。前者忽略了 DSAS 的本质，即它是 SAS 的高级形态，应该具有 SAS的特征，能完成 SA 功能；而后者显然将 DSAS 的范围缩小了，使用 IEC61850 仅仅是实现 DSAS 的一种手段，但并不是唯一手段，更不是 DSAS 的本质特征。 本文认为 “数字化变电站自动化系统
42、 ”与 “数字化变电站 ”或 “数字化变电站系统 ”的含义等价，并给出以下定义：数字化变电站自动化系统是建立在电子式互感器、智能一次设备、智能电子设备、计算机网络通信等新技术上的，实现了全数字信号采集、传输、储存的变电站自动化系统，是变电站自动化系统的高级形态，可以实现变电站内的保护、监视、控制及相关扩展功能，其具有开放性的系统结构，遵循共同标准、有互操作性能力的 IED，以及统一的远方通信接口，可以和远方控制中心无缝通信以完成远动功能及如 SCADA、 EMS 之类的系统控制终端功能。 1.2.3 数字化变电站自动化系统的特征 作为新一代变电站自动化系统， DSAS 具有以下特征： 1、全数
43、字化 ISAS 已基本在间隔层和变电站层实现了数字 化，但由于使用了传统式互感器和传统开关设备，过程层仍使用模拟信号。因此，采样在间隔层进行，故需要将电压互华中科技大学博士学位论文 5感器、电流互感器的二次侧回路引至需要电压电流信号的间隔层设备，如保护装置或计量表。另外， SAS 的开关位置状态也使用导线连接开关辅助触点和间隔层设备来传递， 控制命令也需要使用通过继电器驱动的控制电缆来传递。 这种方式的缺点主要有： 1）每一个信号需（包括互感器的每一相）要一条专用的电缆来传递，不仅接线复杂，而且电缆的使用量很大。电缆一般都是用有色金属作为传导介质，成本较高。为了降低电缆的使用量，间隔层设备一般
44、就近放置，通常的做法是按一定的规则把变电站的一次系统划分为几个间隔，然后设置间隔室，把与此间隔相关的二次设备放置其中，这极大地限制了 SAS 的结构多样性。 2）模拟信号只能使用金属电缆来传播，而金属电缆抗干扰能力弱，而变电站内的电磁干扰源很多且功率强，因此需对电缆做干扰屏蔽处理。 3）采样数据不能共享。由于采样在间隔层装置内进行，因此各个装置按照自己的需要来采样，采样后的数据不能共享。甚至为了满足不同功能的特殊需求（例如保护和计量） ，还得装设不同的互感器。同样，位置信号和控制命令信号也不能共享，每个 IED 都必须有各自的开入开出模块。 目前正迅速发展并已进入实用阶段的电子式互 感器技术和
45、正在兴起的智能一次设备技术为过程层的数字化奠定了基础。传统的电磁型继电器需要具有较强驱动能力的传统互感器作为继电器线圈的驱动电源，但间隔层设备数字化之后，间隔层设备仅需要互感器二次侧的电量信号而不再需要其驱 动能力。电子式互感器的信号采样和A/D 转换过程在互感器内部完成，其输出为数字信号，可以通过数据通信网络传输给需要采样数据的间隔层设备，因此可以完全替代传统互感器。智能一次设备技术使得包括断路器、隔离开关、变压器在内的一次设备可以通过数据通信网络发送自己的状态信息并接收来自间隔层 IED 的控制命令或数据请求，从而完全消除模拟信号的使用。应用了电子式互感器和智能一次设备之后，整个 SAS
46、将实现数字化。 2、信息交互网络化 网络通信无疑是近年来最引人注目的技术之一，其便利性、开放性和高效性已经让众多行业受益， DSAS 内部有大量实时数据信息需要交换，使用合适的数据通信网络是最佳选择。 ISAS 虽然在间隔层和变电站层之间采用了网络通信，但由于使用了华中科技大学博士学位论文 6多种通信形式，包括多种串行通信形式和多种现场总线形式，造成不同厂家的 IED 互联困难的问题，而且 ISAS 的过程层仍使用模型信号，间隔层 IED 必须具有和过程层IED 交互的模拟接口。 DSAS 将全部采用数字信号并在整个站内使用统一的网络通信，因此间隔层 IED 不再需要重复的 I/O 现场接口，
47、 可以实现真正的数据共享和资源共享。DSAS 对通信网络有以下几个要求：可靠性、开放性、实时性、安全性、同步性。 3、系统结构多样 ISAS 在发展过程中，分别出现了集中式、分 散式、分层分布式几种结构，前两者都不是理想的结构，集中式需使用大量的信号并行电缆，后者会导致通信网络上数据负荷过大，分层分布式将变电站的一次系统按功能相关性划分为间隔，并将与间隔内一次设备相关的二次设备就近放置并组网， 是一种较合理的结构。 对于 DSAS 来说，虽然其逻辑上分为三层，即过程层、间隔层、变电站层，但由于过程层的数字化和所有通信网络化， IED 所在的位置不再是问题，其网络结构也不再受到形式的限制，所以其
48、物理结构可以有多种方式，例如按三层组成分层分布式，按三层组网但间隔层设备移至中控室， 或者不再有独立的间隔层设备， 间隔层的设备由变电站层设备来完成。 4、使用统一标准 在 ISAS 发展的过程中，各个厂家采用了不同的通信标准，有的使用 RS-232、RS-485 等串行通信，有的使用 PROFIBUS、 LonWorks、 CAN 等现场总线，使用不同通信接口的自动化设备相互联接非常困难。另外，由于没有用于变电站自动化系统的专用应用层标准，各个厂家各自定义了自己的应用层协议及其数据语义，这使得不同厂家的自动化设备即使使用了同一种通信接口，双方仍不能 “理解 ”对方发送的数据。如果一个变电站自
49、动化系统中接入了不同厂家的设备，必须通过规约转换器连接不同厂家的设备，而且还必须通过双方厂家的工程师协调配合修改程序，才能实现设备间勉强的互操作。随着变电站自动化的发展，以及越来越多的变电站自动化系统升级，规约转换器的需求是如此之大以至于成为了一项产业。尽管如此，规约转换的效果却不尽如人意，规约转换出现问题甚至成为引起变电站自动化系统停运的主要原因之一6-9。各厂商的不同协议，为各厂商形成封闭割据的壁垒，保护了厂商的利益，却损害了广大用户的利益。甚至一些厂商还私自更改规约10，例如， SC1801 规约在不同厂华中科技大学博士学位论文 7商的远程终端单元（ RTU）中也是不同的，这使得 RTU 运行及不可靠，这也是电网停电的隐患之一。 IEC 于 1990 年到 1997 年之间陆续发布的 IEC61870-5“远动设备及系统 -第五部分：传输规约 ”，特别是其中的 IEC61870-5-103“继电保护设备信息接口配套标准 ”极大的缓解了没有标准可用的状况， 但由于其发布时间太晚，再加上该标准本身存在一定缺陷，所以虽得到了一定范围的应用，但并未能成为主导标准。 在
