中国电力规约一致性测试的发展道路

linzyi

摘要：随着在电力系统自动化飞速发展，为了保证不同厂家之间设备的兼容性，从上个世纪90年代开始，IEC-TC57陆续推出了一系列的国际标准，随着对国际标准的使用，又诞生了一个新的问题，就是对国际标准使用、解释上的不一致，最终导致不同厂家、不同国家的设备之间兼容性较差，没有达到人们预期的目的。因此规约一致性测试的问题就摆在了我们的面前，在国际上开始进行一致性测试的情况下，如何寻找一条适合中国国情的规约一致性测试道路成为我们的新课题。本文结合国际上的经验，从国内的实际情况出发，提出我们进行规约一致性测试的思路，供业内人士进行参考。
1. 规约的发展历史
    随着数字化时代的到来，电力系统自动化也进入到一个崭新的时代，从以继电器为主的保护、测控设备过渡到以计算机为主的数字化的保护、测控等自动化设备，设备之间开始了信息的交换，也就产品了对通信规约的需求，在形成国际标准之前，各个设备制造厂家使用自己定义的规约进行通信，这给不同厂家的设备互相通信、操作带来了极大的不便，根据这一需求，开始出现了通信规约方面的国际标准，下面以IEC TC57委员会所制定的国际标准为例来说明规约的发展历史。
    首先是IEC60870-5 系列规约，它有下面几个里程碑:
- r. }2 N1 |# W. L( P4 j) ^    1990 年2 月完成第一份文件IEC60870-5-1 (帧结构)；
    1995 年11 月完成第一个完整规约的文件IEC60870-5-101 (远动)；
0 g' j2 O1 U0 x+ z0 w    1996 年6 月完成第二个完整规约的文件IEC60870-5-102 (RTU 与电表)；
( `5 h' R& ]# N    1997 年12 月完成第三个完整规约的文件IEC60870-5-103 (RTU 与保护)；
    2000 年12 月完成第一个完整基于以太网规约的文件IEC60870-5-104 (远动)；
) u9 l5 l) f; B2 R4 p1 B1 [    2002 年11 月完成IEC60870-5-101 第二版(远动)；
; l" M* r4 v1 @8 I* @    2003/2004 计划完成IEC60870-5-6 (IEC60870-5 系列规约的兼容测试步骤)。
, S: k' H0 m! r3 R* }    IEC60870-5 系列规约的发展比较长，10 年了才有了今天被除北美外全世界的接受, 形成新的自动化功能规范，串行均以IEC60870-5-101/102/103 为基本要求, 以太网均以IEC60870-5-104 为基本要求的局面。
  Q) y; [  }9 y) p* n( A9 cIEC61850 工作组1995 年成立，目标是变电站內通讯网络及系统， 1997 年10 月正式与EPRI/UCA 工作组合作.，计划在2003 年4 月完成完整的规约文件。
9 A: K" [& m8 g; M    虽然国际上的一些文章给大家一个印象，IEC61850 马上要完全取代IEC60870－5 系列规约。我们认为近期内是不可能取代的。从IEC60870－5 系列的发展可以发现，IEC61850 和其它规约一样，肯定需要一个现场证明，改进，用户接受的过程。IEC69870-5-101 经过了7 年才有了修订补偿的第二版。
3 {& e1 W5 G' _9 D0 G# g2 RIEC61850/UCA2.0 最大的一个技术挑战是保证变电站自动化功能的实时实现。如备自投，并列变压器的保护。它们需要变电站IED 之间的点对点通讯，时间延时毫秒级。
    北美以外对EPRI 的UCA 均有些误解，首先了解一下美国EPRI.成立于1973 年的美国EPRI 为以会员制的非盈利的民间组织. 其目标是通过管理和组织来进行电力方面研究、开发，提供应用解决方案。 美国EPRI 并没有自己的科研技术人员,而是拥有大量的项目管理人员，研究、开发,应用解决方案长久以来主要靠委托学校及咨询服务公司实现。UCA ( Utility Communication Architecture ) 的研究也是如此。
% S. J  F& d: k3 ~8 I& \    UCA 并没有在北美变电站自动化中流行.到2002 年5 月为止, 15 年以上的时间內,全世界变电站使用UCA 的系统不超过30. 并且90%是实验项目. 在2002 年2 月的DistribuTech 2002 会议上, 一个UCA 试点的总结能够从一个侧面反应UCA 的试用情况.。就是在北美, 美国IEEE/PES 变电站标准通讯工作组P1525(Standard forSubstation Integrated Protection, Control, and Data AcquisitionCommunications) 还在制定与UCA、IEC61850 相近的规约,计划2004 年12 月完成。
# y, h6 E" U5 @2 h1 w1 o: g/ n    IEC61850 文本制定面临的主要问题是: 北美和欧洲变电站集成及自动化的模式不同,而目前的草稿还不能完全兼顾这两种模式.。另外，由于涉及的国家多、厂家多，厂家之间对标准规约控制权的竞争影响进度。
IEC61850 目前推荐的规约服务层为MMS。 MMS 这里作为规约报文的编译解释器。IEC61850 也在考虑使用其他的规约服务。MMS 规约服务到底是近20 年的标准,其发起的汽车行业已经不再使用。
! m2 K+ d7 _% |' a( x& O- }7 v    在现有技术水平条件下, IEC61850 大部分规约的可行性研究及实验证明是可行的。但IEC61850 规约IEC61850-9-2 部分的可行性还没有明确答案. 根据IEC61850-9-2 的要求，网络的IEC61850-9-2 数据需要103 Mbits/s.现在的测控设备和保护设备还不能保证这个要求。最重要的是IEC61850 还没有现场运行证明。

6 g0 l3 a) {5 L% t- H% o  V2. 规约测试在国外的发展历史
    制定通信规约的国际标准其目的在于加强不同厂家之间产品的兼容性或者说是互操作性，从而降低工程的周期和成本，为制造商和用户带来利益。
* E9 A  J; o' R" ?% v5 r    为了保证设备相互间的兼容性, 从国际上比较成功的标准规约IEC60870-5 及DNP3 的来看,他们经历的过程非常值得注意.。第一, 规约的统一解释对一个标准规约的实施推广起非常重要的作用。IEC60870-5 系列规约比DNP3 公布的早, 实施推广却晚2-3 年，3-5年前，IEC60870-5 作为国际标准，国际上却没有一个组织可以对IEC60870-5 的实施细节进行解释. 北美的DNP3 规约在1993 年就成立了由以各个竞争厂家为主的DNP3 用户协会,负责DNP3 实施细节的解释以及规约的修改，目前DNP3 的用户协会需要200 美元加入。IEC60870-5 没有用户协会，但从2000 年9 月起, 美国的Triangle MicroWorks 发起了IEC60870-5 规约的INTERNET 讨论组，网页地址为:http://www.trianglemicroworks.com/iec60870-5/index.htm。这个讨论组得到全世界IEC60870-5 方面专家的支持。
    可见规约的统一解释非常关键，通常标准规约文本仅仅定义了90%，而10%是选择项。各个厂家的实施实现程度也不相同。用户也未必在功能规范书中将规约的要求明确。这就给规约的使用带来了极大的困难，一个影响互操作性的新问题由此就诞生了，如何保证使用了国际标准规约的设备兼容性呢？
    1999 年DNP3 用户意识到标准测试的重要性,第一个完成了DNP3 的标准测试步骤,并在各竞争厂家,用户组成的DNP 用户协会中投票通过成为DNP3 规约的标准文件之一。以此文件为标准, 目前DNP3 用户协会批准了三家公司进行DNP3 兼容性认证的测试及兼容证书的发放。注意的是，由于DNP3 有标准测试步骤作为兼容测试的依据，对兼容认证测试公司并没有特别的要求,如不能生产提供DNP3 方面的产品。
- F! h; f- M$ u    这样保证设备相互间的兼容性必须经过测试，最终认证。因此标准测试步骤也慢慢成为标准规约的一部分。
IEC60870-5 系列规约的兼容性测试目前仅仅是欧洲的KEMA咨询公司。由于KEMA 积极参与了IEC60870－5 系列规约的制定，甚至起草一些相应标准。KEMA 从1996 开始进行IEC60870-5 系列规约的兼容性测试。
( E/ q0 E, {1 M1 E0 U    现在IEC60870-5 系列正在制订IEC60870-5-6 作为IEC60870-5 的标准测试步骤.计划2003 年完成。而IEC61850，从一开始就设计了兼容认证步骤，即IEC61850-10 部分。
: n. f. q2 Y* b3 D. f    由此可以看出，今后通信方面的国际标准将开始配套其测试标准，用来指导如何对国际标准规约进行一致性测试，从而真正实现设备的兼容性。
    KEMA 的经验统计表明，在KEMA 做IEC 规约兼容测试的设备及系统，60%没有一次通过的，必须进行第二次测试。
自从认识到规约一致性测试的重要性后，规约一致性测试与规约产品开发基本保持了同步发展的态势，目前IEC61850国际标准的制定尚在进行中，但使用IEC61850规约的产品已经在ABB、SIEMENS开发研制中，他们各自按照IEC61850-9-1标准开发出了电压/电流互感器，并且使用这个报文接口开发出了距离保护，它的电压/电流输入信号就采用了上面所说的电压/电流互感器。另外SIEMENS公司还在这个接口上开发出了计量仪表。与此同时，前面所说的5个产品都经过已经与2001年12月通过了KEMA的规约认证，符合IEC61850-9-1。
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$ B/ y  F/ [  K( `' B8 a, cIEC61850测试
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- B4 l0 b# t# @$ X/ `- H" a8 F4 F3. 我国进行规约测试的道路
6 Q4 M4 S3 v. j3 F7 o  p    从国外来看，北美和欧洲的规约兼容测试中心均不是政府部门，而是在行业中自然形成。这在中国短期内可能难以实现。因此我们提出如下的一种发展思路。
3.1. 吸收国际先进经验
7 T/ _5 E3 u. C    从国际上比较成熟的测试机构学习他们的经验，在可能的情况下利用他们的技术资源帮助我们建立规约测试机构。并借助他们在国际上的权威性，来保证我国规约测试机构的技术实力和权威性。
5 X7 ^# b/ [  j: ?7 b5 }" L$ p$ O    其中荷兰KEMA是比较成功的规约测试机构，在建立、健全了对IEC60870-5系列规约一致性测试的基础上，它们又致力于IEC61850规约的测试，并且成功地为ABB等公司的61850产品进行了规约的一致性测试工作。
! b- l% u. M: W4 I: j    目前国家继电器质量监督检验中心已经与荷兰KEMA公司签定了长期的合作协议，荷兰KEMA公司负责帮助国家继电器质量监督检验中心建立中国的规约测试机构，并为测试人员提供技术的培训和帮助，从而使我们能少走弯路，直接与国际先进水平保持同步发展。

3.2. 在有条件的地区进行试点
    规约一致性测试虽然重要，但是我们不能急于求成，因为规约的一致性测试在某种程度上会影响规约的使用和发展，在借鉴国外先进经验的基础上，我们必须充分考虑中国的国情。
    目前国内的规约使用向大的电力设备制造商倾斜，当出现了使用和解释不一致的时候，通常都是小的制造厂家修改自己的成员来保证规约的一致性，但这并不是规约发展的本意，在有了比较明确的国际标准前提下，遵守国际标准的要求才是最终的必由之路，否则即使我们在国内使用一致了，如果与国外产品互连将可能依然存在问题，而到那时再去解决这些问题，难度和工作量可想而知。
    从国家的角度来进行推广难度也比较大，因为各个地区有不同的应用习惯和实际情况，有些统一起来难度非常大，除非重新更换设备，这样可能会造成大量的重复投资，因此各地区根据自己的实际情况，因地制宜地开展规约一致性工作是比较理想的选择。
    目前华东和华中地区电网公司正在积极地做这方面的工作。

3.3. 向全国推广经验
    在个别地区规约一致性测试成功的经验基础上，向国内其他地区进行推广，使国内的其他地区根据自己的实际情况建立本地区的规约应用规范，然后进行统一的规约一致性测试工作。
    随着规约一致性测试的开展，在考虑各个地区实际情况的基础上，尽量推动各个地区对规约使用的一致性，从全国的角度建立统一的规约应用规范，这样可以最大化地降低生产厂家和电力用户的成本，缩短工程周期，提高系统可靠性和安全性。
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3.4. 建立第三方的规约测试中心
: r1 s4 u/ F7 W6 U1 N4 V    规约一致性测试机构应该由第三方机构来执行，因为：
    1． 虽然某些制造厂家或者用户技术实力比较强，但是比较专业的规约一致性测试依然需要第三方机构来完成；
    2． 制造厂家与电力用户在信息技术与规约上的不对称性，制造厂家可能对规约本身比较了解，但是对用户需求以及需求的变化根据缓慢，电力用户虽然对应用非常了解，但是对规约本身的掌握比较欠缺，这样需要一个专门从事规约一致性测试的机构来沟通和协调；
    3． 公正性，第三方机构可以从一个中间人的角度上来分析、解决问题，从而可以客观地处理和使用规约；
  `+ W  R0 [6 h+ R" U% @' u( K2 k9 {    4． 专业性，第三方测试机构可以从测试的角度出发，更深入地研究和把握规约测试工作，从而保证规约一致性测试的效果。另外第三方机构拥有比较专业的测试设备和工具，能够准确地把握规约测试的要点。
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    目前国家继电器质量监督检验中心正在和荷兰KEMA公司进行规约一致性测试合作，希望在规约测试领域进行深入的研究，为中国的规约一致性测试进行探索和尝试。
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& O, n7 x9 B! \3 p, C5 L5 n( \3.5. 在国际IEC TC57的领导下，统一开展工作
/ P1 G+ o2 t/ z: E5 F9 Q    要保证规约一致性测试的效果，就必须全面考虑国内外的因素，否则即使我们国家的规约一致性得到了保证，但在国际大舞台上，可能还是无法保持与国外产品的兼容性，既然一个世界有一个标准，那我们就要在国际IEC-TC57的统一协调和领导下工作。对于不能满足中国需要之处，应该通过正常的渠道向国际IEC-TC57委员会相关工作组提出异议，并经过协调和讨论，使之成为国际标准中的内容，这样才能从根本上解决规约一致性的问题。

    规约一致性测试的工作在我们还有很长的路要走，我们任重而道远，只有各个生产厂家和电力用户能够本着开放的心态进行积极的沟通和协调，这才能保证不同厂家设备的兼容性，从根本上提高我国电力系统自动化的水平，实现我们的产品能在国际上保持领先的优势，走出国门，走向世界，赢得我们在国际上应有的地位。

lbc_2008

许昌继电器检测中心规约测试中心主任的大作

ychhu

关键是要把一致性测试作为强制性标准，或用户一致认可的才行，所以一致性测试的突破点在电力用户，而非电力系统提供商

zhangweih

许继开普实验室的测试确实比较严格。

zhangweih

我们就碰到了这样的问题，通过一致性测试的104主站规约和好多厂家的子站都接不上，只好又增加很多配置项来适应一些不规范的场合。

maplefly

规约一致性测试很重要，现在规约测试太粗放 了

42032210

谢谢分享

wangjianeast

就是简单了点。详细点就好了。

pingzi403

文章不错，很受启发

mzx699

学习学习，谢谢了。