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IEC61850 标准分析 #

本节旨在深入概述IEC61850标准的结构和工作原理。首先，解释该标准的基本概念，然后简要介绍其内容。之后，逐一考察并详细分析该标准的各个部分。

IEC61850的基本概念 #

在详细解释该标准之前，将简要介绍一些基本概念。

变电站可以定义为电力网络中连接线路和电缆以传输和分配电力的节点。变电站通常具有转换电能的功能，通常是将高压电转换为低压电，以便通过低压网络进行分配。因此，大多数变电站都配备一个或多个变压器，并且可能还具有许多其他功能，例如开关、断路和保护功能。变电站自动化系统 (SAS, substation automation system) 是一种计算机系统，它允许管理员通过计算机网络（例如互联网）与变电站进行通信。显然，在开发此类系统时，必须创建一个包含所有组件和功能的通用变电站模型。然后，必须明确规定系统允许和支持的具体通信方式。这正是 IEC61850 标准所要解决的问题。

图 2.1：IEC61850 标准的概念建模方法。将实际物理变电站建模为虚拟变电站。虚拟变电站包含一个详细的数据模型，该模型封装了现实世界的对象和服务，并将其映射到网络通信协议。图中展示了 IEC61850 的相关部分。

图 2.1 展示了如何将变电站虚拟化为适用于计算机系统的数据模型。该数据模型由若干逻辑节点组成，这些逻辑节点是 IEC61850 标准模型中的关键对象。一个逻辑节点可以附加多个数据对象，而每个数据对象又可以拥有多个数据属性。该数据模型将在后面章节中进行更详细的解释。

一个变电站通常包含多个智能电子设备 (IED)。当添加 IED 时，必须相应地扩展对变电站进行建模的数据模型实例。该实例也应进行相应的扩展。如图 2.1 所示，IEC61850 标准允许通过使用 IEC61850-6 中定义的 SCL 对变电站应用系统 (SAS) 进行配置和修改。该语言将在后续章节中进行解释。

IEC61850 服务器为客户端提供多种服务。例如，它可以进行日志记录、报告和设置控制。所有这些服务都在名为抽象通信服务接口 (ACSI, Abstract Communication Service Interface) 的标准第 7-2 部分中定义。

能够连接到变电站的客户端有时被称为 SCADA 系统或控制中心。

数据模型和 ACSI 定义了 IEC61850 服务器向客户端传输的内容的结构和格式。ACSI 可以映射到特定的通信服务映射 (SCSM, specific communication service mapping)。虽然就 ACSI 而言，可以使用其他 SCSM，但 IEC61850-8 和 IEC61850-9 中定义了特定的通信映射。

IEC61850 标准 - 概述和范围 #

IEC61850 标准的总标题为“变电站通信网络和系统”。该标准包含以下部分：

• IEC61850-1 引言和概述

• IEC61850-2 术语表：解释本标准中使用的术语和缩写

• IEC61850-3 一般要求：规定了系统要求，重点关注通信网络的质量要求。

• IEC61850-4 系统和项目管理：规定了系统和项目管理，包括工程过程、整个系统和智能电子设备 (IED) 的生命周期以及质量保证。

• IEC61850-5 功能和设备模型的通信要求：描述了所有必要的功能，以便识别技术服务部门与变电站之间以及变电站内智能电子设备 (IED) 之间的通信要求。目标是实现所有交互的互操作性。

• IEC61850-6 变电站自动化系统配置描述语言 (SCL)：规定了用于描述与通信相关的 IED 配置、IED 参数、通信系统配置、功能结构及其相互关系的 SCL 文件格式。其目的是在 IED 工程工具和不同的系统工程工具之间交换 IED 功能描述和 SA2 系统描述。

• IEC61850-7 变电站和馈线设备的基本通信结构

  • IEC61850-7-1 原理和模型：介绍了 IEC61850-7 中使用的建模方法、通信原理和信息模型。此外，还详细阐述了 IEC61850-7-x 与 IEC51850-5 要求之间的关系。
  • IEC61850-7-2 抽象通信服务接口 (ACSI)：ACSI 提供抽象接口，用于描述客户端与远程服务器之间的通信，例如数据访问和检索、设备控制、事件报告和日志记录等接口。
  • IEC61850-7-3 通用数据类：规定了与变电站应用相关的通用属性类型和通用数据类。例如，规定的通用数据类包括状态信息类、测量信息类、可控状态信息类、可控模拟设定点信息类、状态设定值类和模拟设定值类。
  • IEC61850-7-4 兼容的逻辑节点类和数据类：规定了 IED 之间通信的兼容逻辑节点名称和数据名称。

• IEC61850-8 特定通信服务映射 (SCSM)

  • IEC61850-8-1 映射到 MMS（ISO/IEC 9506 第 1 部分和第 2 部分）：通过将 ACSI 映射到 MMS，规定了如何通过局域网交换时间关键型和非时间关键型数据。

• IEC61850-9 特定通信服务映射 (SCSM)

  • IEC61850-9-1 串行单向多点对点链路 规定了间隔级和过程级之间通信的特定通信服务映射，以及用于传输采样值的抽象服务的映射。这些映射是在串行单向多点对点链路上指定的。
  • IEC61850-9-2 基于 IEEE 802.3 的过程上的映射：根据 IEC61850-7-2 中的抽象规范，定义了用于传输采样值的 SCSM。

• IEC61850-10 符合性测试：规定了如何测试 SAS 以确保其符合 IEC61850 标准。

为了阐明IEC61850通信标准和RTU在变电站自动化系统中的具体应用，本文将介绍两种典型的配置方案。这两种方案分别如图2.2和图2.3所示。当然，其他配置方案也是可能的，但这两幅图重点突出了传统RTU配置方案与未来局域网（LAN）配置方案之间的区别。这两种配置方案将分别称为RTU配置方案和LAN配置方案。

RTU是远程终端单元（Remote Terminal Unit）的缩写。RTU是一种微处理器控制的电子设备，例如在SCADA系统中，用于采集遥测数据并将其传输到中央服务器。顾名思义，RTU安装在远程位置。RTU还可以接收来自中央服务器的命令，并将其发送到远程系统。RTU通常配备用于传感或计量的输入通道、用于控制、指示或报警的输出通道以及通信端口。

图 2.2：RTU 系统中的 IEC61850 通信配置。RTU 通过硬线连接到其他变电站设备，IEC61850 是 RTU 与 SCADA 系统之间的通信方式。

在RTU配置中（图2.2），设备通常通过硬线连接到RTU的输入和输出端口。在这种情况下，IEC61850标准可以使传统的变电站配置在与控制中心通信的一侧符合新标准。如果要将符合IEC61850标准的SCADA系统连接到传统的RTU配置，这可能是有利的。

图 2.3：IEC61850 通信配置文件在局域网 (LAN) 环境中的布局。IEC61850 是智能电子设备 (IED) 与网关之间（通过 LAN）以及监控与数据采集系统 (SCADA) 与网关之间（通过 TCP/IP 或 LAN）的通信方式。

在局域网 (LAN) 系统中，IEC61850 标准既用于变电站自动化系统 (SAS) 内智能电子设备 (IED) 之间的通信，也用于 SAS 与监控与数据采集系统 (SCADA) 之间的通信（通常位于网关和 SCADA 之间）。然而，IED 也可以与 SCADA 通信。由于该标准也适用于此类通信，因此显然这种配置被视为未来典型的应用场景。不过，由于变电站自动化领域现有技术通常需要很长时间才能被新技术完全取代，因此 RTU 配置很可能在未来多年内继续应用于该领域。

图 2.1 解释了 IEC61850 标准的概念建模方法。它还展示了该标准的哪些部分涉及变电站自动化系统及其通信的特定方面。

第 6 部分至第 9-2 部分构成了该标准的主要部分。因此，本章将重点分析这些部分。这些部分定义了如何使用数据类和服务对变电站进行建模。定义了SCL语言，用户可以使用该语言配置变电站自动化系统或连接到该系统的单个IED。此外，还定义了抽象通信服务接口（ACSI），其中列出了客户端可用的所有服务。最后，解释了如何将这些抽象服务映射到特定的通信服务映射（SCSM）。

数据模型 #

如图 2.1 所示，逻辑节点是 IEC61850 数据模型中的关键对象。该数据模型是分层的，逻辑节点是该模型的基本元素。逻辑节点代表设备中的特定功能，可以定义为“交换数据的最小功能单元”。IEC61850 标准定义了 91 个不同的逻辑节点类，这些类根据其功能被分组为 13 个逻辑节点组（完整列表请参见附录 B.1）。每个逻辑节点都被定义为具有特定属性的类。

在数据模型的一个实例中，一些逻辑节点实例可以组合成一个间隔，间隔被定义为变电站中具有某些共同功能的紧密连接的子部分。因此，间隔是一个逻辑分组，不一定是一个物理设备。在分层数据模型中，它可以由一个逻辑设备表示。数据模型的层次结构如图 2.4 所示。一个变电站中可以有一个或多个物理设备。一个物理设备包含一个或多个服务器，服务器是层次数据模型中的顶层对象。逻辑设备是对与特定物理设备相关的功能的更细粒度分组。逻辑设备包含在服务器中。因此，一个服务器可以包含多个逻辑设备，而一个逻辑设备也可以包含多个逻辑节点。

图 2.4：IEC61850 数据模型的层次结构。一个服务器可以包含多个逻辑设备 (LD)，依此类推。定义了 91 种不同的逻辑网络 (LN)，它们都继承自一个抽象的 LN 类。每个 LN 都包含一些必需和可选的数据。

在层级模型中，逻辑节点下层连接着若干数据对象，每个数据对象又包含若干属性及其对应的值。

逻辑节点之所以成为数据模型的核心，部分原因在于它们是预定义的。虽然变电站的制造商或管理员可以自行选择逻辑设备和服务器，但预定义的逻辑节点涵盖了变电站组件的所有必要功能。考虑到该标准旨在实现不同供应商设备之间的互操作性，这无疑是一项优势。

ABB 研究中心的 Hubert Kirrmann 指出：“尽管 IEC 61850 被定义为‘变电站和馈线设备的通信结构’，但其主要贡献在于定义了所有变电站对象的对象模型”。显然，由于该标准以互操作性为目标，其数据模型至关重要，因此所有功能都可以通过预定义对象进行精确建模，这无疑是一项优势。

对象模型的一个重要方面是允许用户以有意义的方式命名变电站组件。这是由于该标准采用了面向对象的方法。

该标准定义了对象引用，以区分对象引用和对象名称。对象引用在实现方面至关重要，并且以直接的方式基于数据模型。对象引用由按照数据模型分层排列的对象组成，对象之间用点号分隔。通用格式为：

LD/LN.Data.DataAttribute

但稍后会对此进行一些扩展。

变电站配置描述语言 #

例如，如果添加一个或多个智能电子设备 (IED)，变电站的结构可能会发生变化。这些新增设备可以通过 SCL 文件进行定义。SCL 语言允许在变电站投入使用前以及添加其他设备时对其进行配置。SCL 是变电站自动化系统配置描述语言(Substation automation system Configuration description Language)的缩写。

SCL 文件格式用于描述与通信相关的 IED 配置、IED 参数、通信系统配置、功能结构以及它们之间的关系。其目的是在 IED 工程工具和其他系统工程工具之间交换 IED 功能描述和变电站自动化系统描述。

表 2.1.1：所有文件类型均为 XML 格式，但根据其用途，它们包含不同的元素。

SCL 语言由四种文件类型组成，每种类型都有其特定用途。这些类型如表 2.1.1 所示。任何 SCL 文件均采用 XML 格式，并根据其用途由以下五个部分中的部分组成：

1. 头部
2. 变电站描述
3. IED 描述
4. 通信系统描述
5. 数据类型模板

表 2.1.1 显示了不同部分在哪些文件类型中出现。为了完全符合 IEC61850 标准，IED 应包含一个 ICD 文件，其中包含有关 IED 的基本信息，例如它支持的逻辑节点和服务、IP 地址等。配置工具可以读取这些文件，并生成或修改一个 SCD 文件，该文件描述完整的变电站配置。该文件不仅应基于 ICD 文件，还应基于系统集成商在添加 IED 之前输入的有关变电站的信息，或者基于描述 SAS 本身的 SSD 文件。

抽象通信服务接口 #

IEC61850 的第 7-2 部分专门介绍抽象通信服务接口（简称 ACSI）。ACSI 提供了一系列抽象接口，可以说，ACSI 代表了客户端视角下 IEC61850 服务器的全部功能。部分接口描述了客户端与远程服务器之间的通信，而其他接口则用于一台设备上的应用程序与另一台设备上的远程应用程序之间的通信。这可能包括系统范围的事件分发或采样测量值的传输。客户端与远程服务器之间的通信可能包括设备控制、事件报告、事件日志记录、发布/订阅等。

图 2.5：ACSI 的概念模型，它由信息模型（基本服务模型）和信息交换模型（其他服务模型）组成

ACSI 模型定义了一个信息模型和一个信息交换模型。信息模型与信息交换模型之间的关系如图 2.5 所示，图中展示了 ACSI 概念模型的节选。

如图 2.5 所示，该模型首先包含 ACSI 基本信息模型，这些模型可以被视为 IEC61850-7-3 和 7-4中定义的信息模型以及基本服务模型的特化。其次，它包含一个信息交换模型，该模型涉及除逻辑节点类和数据类之外的其他服务模型。以下概述这两个模型。

信息模型 #

• 服务器 (SERVER) - 代表设备的外部可见行为。所有其他 ACSI 模型都属于服务器。
• 应用关联 (Application association) - 允许客户端与服务器关联（连接）。
• 逻辑设备 (LD) - 包含一组特定领域应用功能生成和使用的信息。功能被定义为逻辑节点 (Logical Nodes)。
• 逻辑节点 (LN) - 包含特定领域应用功能生成和使用的信息，例如过电压保护或断路器。
• 数据 (DATA) - 提供指定类型化信息的方法，例如，包含于逻辑节点 (LN) 中的开关位置、质量信息和时间戳。

信息交换模型 #

• 数据集 - 允许对数据和数据属性进行分组。
• 替换 - 支持将一个过程值替换为另一个值。
• 设置组控制块 - 定义如何从一组设置值切换到另一组设置值，以及如何编辑设置组。
• 报告控制块和日志控制块 - 描述基于客户端设置的参数生成报告和日志的条件。
• 通用变电站事件 (GSE) 控制块 - 支持快速可靠地在系统范围内分发输入和输出数据值。
• 采样值传输控制块 - 快速循环传输采样值，例如，互感器采样值。
• 控制 - 描述用于控制设备的服务。
• 时间和时间同步 - 为设备和系统提供时间基准。
• 文件传输 - 定义大型数据块（例如程序）的交换。

以上列出的每一项都对应一个 ACSI 类。表 B.2.1 列出了 ACSI 类及其服务的完整列表。本标准部分还详细说明了如何提供响应和错误消息。为了便于理解这些类和服务，以下分析将对其中大部分进行简要说明。应按照上述顺序进行分析，并将模型分为信息模型和信息交换模型。分析将省略标准中提供的大部分细节，但仍然可能显得相当详细且难以理解。

信息模型 #

服务器 #

SERVER 类表示设备的外部可见行为。该类包含一个 ServiceAccessPoint 属性，用于标识系统中的服务器。它是底层 SCSM 中用于标识服务器的地址的抽象。该类还包含一个逻辑设备列表，其中必须至少包含一个逻辑设备。此外，它还包含 File、TPAppAssociation 和 MCAppAssociation 属性。这些属性是（可能为空的）列表，分别包含服务器上的文件、双向应用程序关联和多播应用程序关联（将在下一节中解释）。SERVER 类提供 GetServerDirectory 服务，客户端可以使用该服务检索服务器可访问信息的定义。该服务返回服务器中包含的逻辑设备。

应用关联 #

应用关联在的第7条中定义。关联模型定义了两个关联类：TPAA 和 MCAA，分别用于双向和多播应用关联，以及访问控制概念。这些关联的作用是确保报告和日志被传输到正确的客户端。TPAA 类提供双向的面向连接的信息交换，其中服务需要确认。其属性包括 AssociationId（用于指定关联的标识）和 AuthenticationParameter（包含用户标识、查看权限和密码）。定义了三个服务：关联 (Associate)、中止 (Abort) 和发布 (Release)。

MCAA 类提供单向的信息交换，其中服务无需确认。服务器充当发布者，并将信息传输给一个或多个订阅者（客户端）。许多服务使用 MCAA 根据订阅情况将数据传输给所有客户端。

逻辑设备 #

逻辑设备（简称 LD）由逻辑节点（简称 LN）组成。可以简单地用作一组逻辑节点的容器。该类的属性包括实例名称、实例路径名以及包含的逻辑节点列表。目前提供一个名为 GetLogicalDeviceDirectory 的服务，该服务向客户端提供所有包含的逻辑节点的列表。

逻辑节点 #

逻辑节点类（简称 LN）由多个其他类组成，包括 DATA、DATA-SET、BRCB、URCB、LCB 和 LOG。所有这些类将在下文中进行解释。LN 类还具有实例名称和实例路径名称属性。如果逻辑节点是 LLN0（逻辑节点零），则其中还包含一些其他类。LN 类提供的服务是 GetLogicalNodeDirectory 和 GetAllDataValues。

还定义了 91 个兼容的逻辑节点类，它们是上述 LN 类的特化。这些类可以分组。这 91 个兼容的逻辑节点类分别描述和表示变电站中的某些特定功能。逻辑节点的一些示例：

• 测量逻辑节点，名为 MMXU。首字母表示它属于 M 组（计量与测量）。MMXU 用于计算三相系统中的电流、电压、功率和阻抗。
• 断路器逻辑节点，XCBR，属于 X 组（开关设备）。它用于对具有短路分断能力的开关进行建模。
• 报警处理逻辑节点，CALH，属于 C 组（控制）。它允许创建组警告和报警。

兼容的逻辑节点类被定义为 LOGICAL-NODE 类的子类。每个子类都使用来自多个 DATA 类的相关属性进行定义（见下文）。显然，在此列出所有逻辑节点和类定义过于繁琐。有关所有兼容逻辑节点类的完整定义。

表 2.1.2：类型示例：逻辑节点 MMXU。图中展示了类型 DATA 和数据属性的递归结构。

DATA 类 #

DATA 类与 LN 类一样，是 IEC61850 标准的关键要素。DATA 实例的值表示变电站设备的重要信息，例如电流、电压、功率、相数、温度、状态、时间戳等等。DATA 类的定义方式比之前分析中解释的类要复杂一些。这是因为 DATA 实例可能包含属性，而这些属性本身也是 DATA 类的实例。因此，可以说 DATA 类是递归定义的。此外，DATA 类的某个属性可能包含 DAType 类，该类也是递归定义的。

与 LD 类和 LN 类一样，DATA 类也具有用于指定 DATA 实例名称和路径名的属性，分别称为 DataName 和 DataRef。它还有一个名为 Presence 的属性，用于指示实例是必需的还是可选的。

DATA 类还可以包含一个名为 DataAttribute 的列表，该列表包含若干个属性（零个或多个）。这些属性构成了另一个类，该类包含 name、path name 和 presence（可选/必需）属性，以及零个或多个 CompositeComponent 实例和零个或一个 PrimitiveComponent 实例（但必须至少存在一个）。DataAttribute 类是 DAType 类的子类，而 CompositeComponent 类也是 DAType 类的子类，这意味着这里存在另一个递归结构。

为了说明 DATA 类的结构，可以考虑测量逻辑节点类 MMXU。它表示变电站中的测量功能。逻辑节点实例可以命名为 MMXU1。表 2.1.2 列出了 DATA 和 DAType 的一些可能实例。

DataAttribute 类型的数据属性可以根据其具体用途进行分类。 IEC61850 标准定义了若干功能约束，这些约束是每个数据属性的属性。功能约束表明数据属性用于某些特定用途，例如报告、日志记录、配置、设置组等等。数据实例的功能约束决定了服务读取和/或写入数据的权限。

信息交换 #

数据集 #

数据集是数据或数据属性的对象引用的有序集合。为了方便客户端使用，数据和数据属性被组织成一个数据集。数据集类包含名称、路径名称以及数据集成员列表等属性，这些成员包含数据集中组织的数据或数据属性的功能约束数据。客户端和服务器都需要跟踪数据集的顺序和成员关系，以便只需传输数据集的名称和当前值。

数据集类提供五种服务。可以使用GetDataSetDirectory服务检索成员关系和顺序。可以使用CreateDataSet和DeleteDataSet创建和删除数据集。最后，可以使用GetDataSetValues和SetDataSetValues读取和写入值。

替换 #

替换模型允许在数据属性具有特定功能约束（例如，模拟值使用MX约束，状态值使用ST约束）的情况下，用手动输入的值替换该数据属性的值。该过程依赖于与替换相关的数据属性，例如subEna和subVal。这使得客户端操作员能够为特定数据属性输入替换值，以便在检索这些数据属性时（例如通过报表），传输替换值而不是由该过程确定的值。

设置组控制块 (SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) #

设置组控制块类模型简称 SGCB。它允许一个 DATA 实例拥有多个值，每次使用一个值。它也可以以这种方式应用于一组 DATA 实例。SGCB 可以提供一个或多个设置组 (SG)，每个设置组包含对应 DATA 实例的值。在任何给定时间，只有一个 SG 处于活动状态，因此 DATA 实例的值与该 SG 相对应。为了能够被此类服务使用，DATA 必须具有适当的功能约束。

报告 #

报告由 ACSI 的 REPORT-CONTROL-BLOCK 类处理。此类控制将一个或多个 LN 的数据值报告给一个客户端所需的流程。定义了三个触发选项：数据更改、质量更改和数据更新，这些选项可以触发向客户端发送报告。定义了两种报告控制类：BUFFERED-REPORT-CONTROL-BLOCK（简称 BRCB）和 UNBUFFERED-REPORT-CONTROL-BLOCK（简称 URCB）。

BRCB 类允许立即发送报告，或者将事件缓冲一段时间后再发送，缓冲时间由 bufTm 属性指定。此外，BRCB 还提供事件序列 (SoE) 功能，如果在报告发送期间连接中断，则报告将被缓冲，并在连接重新建立后发送。

另一方面，URCB 类仅允许根据 bufTm 属性指定的时间传输报表。如果连接丢失，则不会进行进一步的缓冲，报表将被丢弃。URCB 不提供 SoE 功能。

对于这两种报表类型，服务器必须限制对报表控制块实例的访问，每次只允许一个客户端访问。客户端将与控制块关联，并且在关联被解除或中止之前，该客户端将是唯一接收来自该控制块的报表的客户端。为了使多个客户端能够接收具有相同 DATA 值的报表，必须提供多个报表控制块类的实例。标准中也定义了如何实现这一点。在此上下文中，必须区分缓冲报表和非缓冲报表。

对于缓冲报表，重要的是，如果客户端在报表传输过程中连接丢失，则下次客户端连接时，它必须与同一个报表控制实例关联。这样，报表控件就能跟踪上次成功传输的报表，从而知道哪些报表尚未传输。对于非缓冲报表，则无需这样做。该类提供发送缓冲报表以及读取或写入 BRCB 属性的服务。

用于非缓冲报表的报表控件类 URCB 与 BRCB 类有些类似。

日志记录 #

日志记录的目的是维护历史数据值的内部存储，以便后续查看或生成统计信息。它独立于通信，因此即使通信中断也应继续进行。日志记录通常可以分为周期性记录和事件触发的SOE数据。IEC61850标准中有两个类处理日志记录：日志控制块类（简称LCB）和日志类。一个日志可以由多个LCB控制。

LCB类控制将数据属性值存储到日志所需的过程。每个启用的LCB都应将一个数据集与一个日志关联起来。特定数据集中成员值的更改将存储为日志条目。LCB包含名称、路径名、实例是否启用、被监控的数据集、可选字段、触发选项和完整性周期等属性。此外，还有一个 LogRef 属性，用于指示要记录日志条目的 LOG 引用。系统提供两种服务：GetLCBValues 和 SetLCBValues。顾名思义，前者从 LCB 中检索属性值，后者设置属性值。

LOG 类包含实际的日志条目，并按照先进先出 (FIFO) 的原则进行填充。也就是说，当存储的数据达到日志的最大大小时，最早的条目将被覆盖。LOG 类具有用于指定 LOG 实例名称和路径名的属性，以及用于指定最早日志条目时间和最新日志条目时间的时间戳属性。

日志条目存储在 Entry 参数中，该参数包含条目时间、条目标识符以及 EntryData 参数（其中包含数据集、值和触发器选项）。 LOG 类定义的服务包括：

• QueryLogByTime：读取指定开始时间和结束时间之间的日志条目
• QueryLogAfter：读取按条目 ID 选择的日志条目
• GetLogStatusValue：获取日志的状态值

通用变电站事件 (GSE) #

GSE 类模型旨在实现快速可靠的系统级输入输出数据值分发。它旨在提供一种高效的方法，通过组播/广播服务将相同的通用变电站事件信息传递给物理设备。如何实现可靠性和短传输延迟取决于 SCSM（见下文）和所使用的通信协议栈。

采样值的传输 #

该模型适用于交换通用数据类 SAV 的数据集的值。交换基于订阅者/发布者机制，并考虑了时间约束和采样率。提供了两种方法，即多播应用关联（使用多播采样值控制，MSVCB）和双人应用关联（使用单播采样值控制，USVCB）。

控制 #

控制模型为客户端提供服务，用于控制与外部设备和控制输出相关的数据。这是通过对具有特定功能约束（CO 或 SP）且属于特定通用数据类（SPC、DPC、INC、BSC、ISC 或 APC）的数据进行操作来实现的。在此上下文中，这些类的数据被称为控制对象。

控制类模型中定义了以下服务：

• 选择 (Sel) / 带值选择 (SelVal)

  选择服务仅用于选择要控制的对象。对象引用是唯一的参数，并且也包含在响应中。带值选择服务包含要控制对象的值、发送控制请求的时间戳、控制是正常操作还是测试，以及控制对象在发出操作之前应执行的检查。

• 取消

  取消服务用于取消选择对象。包含的参数包括对象引用、时间戳以及是否为测试。

• 操作 (Oper) / 激活时间操作 (TimeOper)

  这些服务所需的参数与 SelectWithValue 完全相同。在 TimeActivatedOperate 中，时间戳是发出操作的时间。该服务会检查此时间戳的有效性。

• 命令终止 (CmdTerm)

  终止命令。参数包括控制对象引用、时间戳以及是否为测试。

服务的行为在状态机中定义，并定义了四种行为模型。以下列出了这些模型及其使用说明。

• 普通安全级别的直接控制（直接操作）

  用于对本地数据或影响外部设备的数据进行操作，此类操作不会监控返回信息。使用 Operate 和 TimeActivatedOperate 服务。

• 普通安全级别的 SBO 控制（一次操作或多次操作）

  SBO 表示“先选择后操作”，使用 Select、Cancel、Operate 和 TimeActivatedOperate 服务。在这种情况下，控制对象会在执行操作之前检查客户端是否具有相应的访问权限，以及该对象当前是否未被选中。

• 增强安全级别的直接控制（直接操作）

  使用 Operate、TimeActivatedOperate 和 CommandTermination 服务。在增强安全级别下，每个命令序列都将通过 CommandTermination 服务终止，并且控制对象会对状态值进行额外的监控。

• 具有增强安全性的 SBO 控制（一次操作或多次操作）

  使用 SelectWithValue、Cancel、Operate、TimeActivatedOperate 和 CommandTermination 服务。在这种情况下，必须在取消选择计时器到期之前发出 Operate 请求，并且控制对象的状态必须为“就绪”，才能对该特定客户端执行操作。

时间和时间同步 #

时间和时间同步模型，该模型应向服务器和客户端变电站 IED 中的应用程序提供 UTC5 同步时间。该模型包括来自外部源的外部信息、时间服务器、时间同步协议、时间戳语义、时间戳表示以及所涉及的服务器和客户端。其中一些内容在 IEC61850 中定义，而其他内容可能依赖于 SCSM。

命名约定 #

实例名称的一般格式遵循以下模式：

LD/LN.Data[.Data[...]]DataAttribute[.DAComponent[...]]

其中，内括号表示嵌套数据属性组件的递归定义。例如，

E1QA5/XCBR.Pos.ctlVal

既可以指类定义，也可以指该类的实例。另一方面，

E1QA5/XCBR8.Pos.ctlVal

只能指实例，因为逻辑节点名称包含数字 8，而类名称不能包含数字 8。名称还必须符合特定的长度规定。

文件传输 #

文件模型提供文件存储。它包含 FILE 类的定义，以及以下服务：

• 从服务器检索文件内容到客户端
• 从客户端向服务器发送文件内容
• 从服务器的文件存储中删除文件
• 从文件存储中检索文件名和属性

通信 #

IEC61850 标准第 7-4 部分（含第 7-4 部分）描述了如何在具有控制和监控变电站功能的软件中对变电站及其相关组件进行建模。第 8 部分和第 9 部分则将重点转移到更宏观的层面，涉及可能位于服务器以外的其他计算机上，但通过网络连接到服务器的客户端。为了实现这一点，必须确定一种通信结构，以便客户端和服务器能够相互“理解”。

这意味着必须以服务器和客户端都能应用的某种协议来提供 ACSI 中的抽象服务。术语“抽象”表示仅包含请求接收方所需的方面。因此，ACSI 仅定义了服务的语义，而不定义其语法。

为了使客户端能够使用这些服务，还需要语法。这可以通过多种方式实现。例如，通信协议可以作为IEC61850标准的一部分进行开发。然而，为了实现互操作性并简化新标准的实施，最好选择一种现有的、广泛应用的通信架构，并将其映射到其中的一个或多个协议。这可能就是IEC选择提供与MMS和以太网等已标准化协议的映射的原因。这种映射被称为特定通信服务映射（Specific Communication Service Mappings），简称SCSM。

图 2.6：IEC61850 的 SCSM 根据 OSI 层

图 2.6 展示了 IEC61850 标准中提出的三个 SCSM，并根据 OSI 模型对其进行了定位。图中，SCSM 的名称与其在标准中的编号一致，IEC61850-8-1 和 IEC61850-9-x 分别对应 IEC61850-9-1 和 IEC61850-9-2 。

IEC61850-8-1 的 SCSM 将大多数 ACSI 服务映射到制造消息标准（Manufacturing Message Standard，简称 MMS），这是一种国际网络标准 (ISO 9506)。它还提供了采样值 (Sampled Values)、GOOSE、时间同步 (Time Synchronization) 和 GSSE 到以太网的映射。因此，该 SCSM 涵盖了本章所述的大部分服务。MMS 位于 OSI 模型的应用层，而 TCP/IP 和以太网则位于所谓的 T 层，该层由传输层及其下层组成。以太网也是一项国际标准（IEEE 802.3）。

以太网也是IEC61850-9-1和IEC61850-9-2中提出的采样测量标准（SCSM）的基础。IEC61850-9-1的名称为“基于串行单向多点点对点链路的采样值”。如图所示，该SCSM仅应用于T型链路，而A型链路未作规定。该SCSM为需要原始数据的并网单元和机架级设备之间的通信提供了一种映射。

IEC61850-9-2的名称为“基于ISO/IEC 8802-3的采样值”，旨在作为IEC61850-9-1的补充，为采样测量值提供完整的映射。