IEC61850标准解读：模型构建与实施的核心要点

参考资源链接：[理解IEC61850模型与MMS报文：从ICD到CID的配置解析](https://wenku.csdn.net/doc/1gknnfpz01?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. IEC61850标准概述

IEC 61850标准作为国际电工委员会（IEC）制定的一项标准，专门针对电力系统的自动化和通信设计，它是一系列用于电力系统通信的国际标准。该标准定义了如何对电力设备进行描述，以及如何在设备之间进行数据交换。通过IEC61850，实现了电力设备的互操作性，以及将设备无缝集成到自动化系统中的能力。

## 信息模型的基本概念

IEC61850标准的核心之一是信息模型，它使用分层结构来描述电力系统内的设备和功能。其中，“数据对象”指代了电力系统中的物理量、状态、参数等实体。而“数据属性”则描述了数据对象的特性，如名称、值、类型等。这种分层和面向对象的设计方式，不仅增强了数据的可重用性，也为系统集成提供了极大的便利。

## 信息模型的定义和分类

信息模型在IEC61850标准中根据其功能和用途分为多个类别，涵盖了从基本数据模型到复杂的系统配置。公共数据类（CDCs）是构建不同设备间通用通信接口的基础，而特定通信服务映射（SCSM）则处理了数据在不同通信协议之间的映射问题，从而确保不同厂家生产的设备能够顺利通信。

通过这种方式，IEC61850提供了一个统一的框架，使得电力系统内的不同设备和应用可以有效交换信息，从而实现整个系统的高效和可靠运行。随着对第一章内容的了解，我们将继续深入了解信息模型的构建细节以及后续章节中对通信协议和服务模型的深入探讨。

# 2. IEC61850的信息模型构建

## 2.1 信息模型的基本概念

### 2.1.1 数据对象和数据属性

IEC 61850标准中的信息模型是一套复杂的抽象表示方法，用于描述电力系统的设备、功能以及它们之间的相互关系。在这个模型中，数据对象是一个关键元素，它代表了系统中的一个具体信息或一个组态单元。数据对象由一系列的数据属性组成，这些属性包含了数据的类型、值和状态。

数据属性是信息模型中最小的数据单位，它不仅定义了数据的类型（例如布尔型、整数型、浮点数型等），还包含了数据的值、状态和品质。这些属性在物理设备和逻辑节点间交换信息时起到了决定性作用。

例如，一个物理设备的测量值可以被表示为一个数据对象，而该数据对象的属性则可以是测量值、质量标记、以及时间标记。质量标记可能包含数据是否有效、是否超出范围等信息。时间标记则表明了数据的采集时间。

// 示例：定义一个带有数据属性的数据对象
DATA OBJECT Measurement
    {
        DATA attribute1 : INT; // 测量值为整数类型
        DATA quality    : QualityDescriptor; // 数据品质描述符
        DATA timestamp  : TIMESTAMP; // 时间戳
    };

在上述代码段中，我们定义了一个名为`Measurement`的数据对象，其中包含三个数据属性：`attribute1`是测量值，`quality`是数据品质描述符，而`timestamp`是测量发生的时间戳。在实际应用中，数据对象和它们的属性将被映射到具体的数据模型和协议中，使得系统中的不同部分能够理解和使用这些数据。

### 2.1.2 逻辑节点的概念和应用

IEC 61850中的逻辑节点是信息模型中的另一个核心概念。逻辑节点是对智能电子设备（IED）内功能的逻辑表示，它们能够执行特定的服务，例如测量、控制或监视等功能。逻辑节点通过其内部的数据对象和数据属性与外界通信。

逻辑节点的概念允许设备制造商定义设备的标准化功能，而不是仅依赖于物理属性。这样一来，不同的制造商可以生产出可以互换且能够无缝集成的设备。在实际应用中，逻辑节点是实现设备间互操作性的关键。

// 示例：定义一个逻辑节点
LOGICAL NODE XCBR // 断路器控制
    {
        DATA OBJECT Status // 断路器状态
        {
            DATA attribute1 : BOOL; // 开关状态（开或关）
            DATA quality    : QualityDescriptor; // 状态品质描述
            DATA timestamp  : TIMESTAMP; // 状态变化时间
        };
    };

在上述代码段中，我们定义了一个名为`XCBR`的逻辑节点，它代表一个断路器控制的逻辑节点。在这个逻辑节点中，定义了一个名为`Status`的数据对象，包含了断路器的状态、状态品质描述以及状态变化时间。

逻辑节点的引入大幅提高了电力自动化系统的灵活性和扩展性，因为新功能可以被添加为新的逻辑节点，而无需改变现有的物理设备。通过逻辑节点，可以简化系统的集成和配置过程，允许系统组件根据功能需求进行重新配置或升级。

## 2.2 数据模型的定义和分类

### 2.2.1 公共数据类的构成

公共数据类（Common Data Classes, CDC）是IEC 61850标准中用于统一表示电力系统中相似数据类型的一组数据属性。CDCs为逻辑节点中的数据提供了标准化的属性集合，确保不同制造商生产的IED设备能够以一致的方式交换信息。

CDC的构成对于实现数据的标准化和系统互操作性至关重要。例如，所有设备中描述电压和电流的公共数据类具有相同的属性，这使得从不同设备收集的电压和电流数据可以无缝集成并被系统其他部分正确解析。

// 示例：定义一个公共数据类（CDC）
CLASS Voltage // 电压类
    {
        DATA attribute1 : REAL; // 电压值
        DATA quality    : QualityDescriptor; // 数据品质描述
        DATA timestamp  : TIMESTAMP; // 数据时间戳
        // 其他相关属性...
    };

在上述代码段中，定义了一个名为`Voltage`的公共数据类，其中包含电压值、数据品质描述和时间戳等属性。CDCs的设计使得电力系统中的电压和电流测量值可以具有统一的属性和结构，便于在系统各部分间进行交换和处理。

### 2.2.2 特定通信服务映射（SCSM）

特定通信服务映射（Specific Communication Service Mapping, SCSM）是IEC 61850标准中用于实现IEC 61850-6中定义的信息模型到实际通信协议（如MMS、GOOSE、SMV）的映射。它描述了如何将逻辑节点、数据对象以及数据属性映射到通信协议的数据结构和消息格式中。

SCSM的目的是为了确保不同制造商的设备能够在同一通信网络上以标准化的方式交换信息。它还为特定通信任务定义了必要的服务质量参数，如时延、可靠性、同步等。通过SCSM，可以有效地将设备间的信息交换过程抽象化，隐藏底层网络协议的复杂性。

// 示例：映射到特定通信服务
MAPPING to MMS
{
    DataObject Status -> MMS Read; // 将状态数据对象映射到MMS的读操作
    DataObject Control -> MMS Write; // 将控制数据对象映射到MMS的写操作
    // 其他映射...
};

在上述代码段中，定义了数据对象`Status`和`Control`映射到MMS协议的读写操作。这说明，任何设备上的`Status`和`Control`数据对象都可以通过MMS协议的读写操作来进行访问。通过这样的映射，不同的通信协议可以透明地应用于各种操作，实现了数据交换的标准化。

## 2.3 IED设备模型的构建

### 2.3.1 智能电子设备（IED）的功能和模型

智能电子设备（Intelligent Electronic Device, IED）是电力自动化系统中的关键设备，它执行数据采集、控制、保护以及测量等功能。每个IED都有其特定的模型，这些模型基于IEC 61850标准进行构建，以便在系统中实现互操作性。

IED设备模型的构建涉及定义设备的功能、逻辑节点、数据对象以及数据属性。通过这样的构建过程，能够确保所有IED设备在系统中以标准化的方式执行其功能。这不仅提升了系统的整体性能，还便于设备的集成和维护。

// 示例：IED设备模型构建
IED DeviceModel
{
    LOGICAL NODE XCBR // 断路器控制逻辑节点
    {
        DATA OBJECT Status
        {
            DATA attribute1 : BOOL;
            DATA quality    : QualityDescriptor;
            DATA timestamp  : TIMESTAMP;
        };
    };
    // 其他逻辑节点和数据模型...
};

在上述代码段中，我们定义了一个名为`DeviceModel`的IED设备模型，其中包含了名为`XCBR`的断路器控制逻辑节点，该逻辑节点中有一个包含开关状态、状态品质描述和时