IEC870-5/IEC61850规约的现状及如何保障规约的兼容性
一.简单历史及现状
IEC60870-5系列规约有下面几个里程碑:
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)
1996年6月完成第二个完整规约的文件IEC60870-5-102(RTU与电表)
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)
2002年11月完成IEC60870-5-101第二版(远动)
2003/2004计划完成IEC60870-5-6(IEC60870-5系列规约的兼容测试步骤)
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.
IEC61850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.
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。
IEC61850/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,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(UtilityCommunicationArchitecture)的研究也是如此.
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DistribuTech2002会议上,一个UCA试点的总结[1]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 for Substation Integrated Protection,Control,and Data Acquisition Communications)还在制定与UCA,IEC61850相近的规约,计划2004年12月完成.
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.
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103Mbits/s.现在的MergingUnit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。
二.如何保障规约的兼容性
作为标准规约,其目的自然是相互之间的兼容性(Interoperability).或通俗地说,不同厂家设备之间的无缝通讯.
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TriangleMicroWorks发起了IEC60870-5规约的INTERNET讨论组.网页地址为: http:///iec60870-5/index.htm.这个讨论组得到全世界IEC60870-5方面专家的支持.
虽然,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.
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。
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。但KEMA的IEC60870-5系列规约的兼容性测试非用户协会或任何标准机构指定的测试认证。但是欧洲还是仍然将KEMA认为是IEC60870－5系列兼容测试的中心。
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。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。
三．建议
1．加强国际，国内厂家之间的交流
IEC规约作为国际性标准规约，而欧洲及北美目前显然是制定IEC规约的主要技术来源，虽然中国有语言的障碍，但必须努力，启用新人。每次国际IEC和DNP规约会议参加者基本上均是各公司具体进行规约编程实现的技术人员。
中国变电站计算机监控的市场规模大于世界上任何国家，完全具有影响IEC61850规约制定基础。遗憾的是IEC61850的制定并没有考虑我们中国的情况。IEC60870－5－103规约的制定就是一个典型例子。中国保护类型比任何国家全，可IEC60870－5－103未能包括中国的所有并且是常用的保护类型。这自然为中国各厂家IEC60870－5－103设备的兼容带来困难。但同时中国内部也花了不少年的时间来理解如何利用标准IEC60870-5-103的功能实现遥控和保护整定的下载。
IEC标委会和中国的标委会为制定标准的机构，每次的会议均已制定修改标准为主。规约的解释实施所以还是靠厂家和用户。厂家和用户的正式非正式的交流起非常大的作用。北美欧洲厂家用户较正式方式的交流，除标委会外，主要是每年中的各种电力技术及展销会的机会，如IEEE/PES的冬季夏季会议，DA/DSM展销会。这些会议均安排规约讨论小组会议。中国完全可以借鉴。
2．从用户设计方面，加强规约兼容性的要求
自然，保证标准规约的实施以及设备的相互兼容最终的最大受惠者是最终用户。表面上看，用户会说，不管你几个厂家怎么做，只有系统能联起来，保证实时性，不掉数据就行，规约是厂家的事。其实不然。第一，就投运时来看，这里不谈规约不兼容带来的工期及成本问题，系统规约的不统一，会大大降低整个系统的功能。我们知道，变电站计算机监控系统的核心技术是系统集成技术，而系统集成技术的中心就是通讯规约。其二，长期维护来看，设备系统的维护升级关键不都是规约问题吗。现在全世界没有几个用户，希望绑定一个厂家，二厂家绑定一二个技术人员。现在中国系统的升级基本还是推倒全部重来，规约不也是原因之一吗。
如何在功能规范书中，加强规约兼容性的要求呢。理想情况是在功能规范书中要求提供IEC规约的兼容测试证书。目前公认的只有荷兰的KEMA能发放这样的兼容证书。如果要求中国厂家的设备均提供这样的证书，目前不现实。在中国没有自己的兼容测试中心之前，我们提出下面建议供用户设计人员参考。
在功能规范书中，要求厂家必须提供三份文档，IEC60870－5系列规约的兼容表，点表以及兼容表的测试报告。IEC60870－5系列规约标准文档中已经提供了各个规约的兼容表(interoperability).这部分完全可以拿出来请厂家按规约的实施情况添好。这个表也称ProtocolProfile。这个表有标委会提供更好，不容许厂家更改这个表。IEC60870-5-101/103/104规约兼容表的标准英文版本，作者可以提供。点表自然必须由厂家提供。点表的格式没有固定的要求，但至少必须提供点的地址，数据格式，数据类型，数据组。最后，测试报告。这个测试报告可以不是由第三方测试的结果，厂家自己的也可以。但应指明测试的手段。
3．建立中国的标准规约兼容测试中心
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。可能还必须按政府部门的方式完成，例如将规约的兼容测试放在国家级的检测中心。
有了政府部门，国家级监测中心的行政权威，规约监测中心还必须建立技术权威。目前IEC60870－5系列规约的兼容测试标准正在制定之中，估计还需要一两年可能完成。这样中国可能还只能通过引进国际上规约兼容测试中心的经验来装备树立监测中心的技术权威性。
总结起来，保障规约的兼容性，首先,用户要明确提出对标准规约认证的要求.在保障规约的兼容性的过程中，各个厂家之间的交流必须真正落实到实处。最后利用国家级的兼容性认证来保障兼容性。
