电力系统通讯.doc

现场总线与电力系统通信
佟为明
（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江 哈尔滨，150001）
摘 要： 现场总线和电力系统通信协议分别是工业自动化领域和电力系统的研究热点，二者既有联系又有区别.首先单独介绍了现场总线的概念、特点与优点、国际标准与中国标准及应用领域，列举了9种电力系统通信协议国际标准，重点分析了与通信技术密切相关且在电力系统中影响较大的远动设备和系统传输协议国际标准IEC 60870-5配套标准及变电站通信网络和系统国际标准IEC 61850；然后给出了现场总线在电力系统通信中的一些应用情况；最后对现场总线与电力系统通信网络进行了初步比较,提出了现场总线与电力系统通信的一些共同发展趋势。
关键词:现场总线 电力系统 通信协议 IEC 60870—5 IEC 61850
1 现场总线及其特点与优点
国际电工委员会IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义是：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。第2版（Ed2。0）IEC61158-2用于工业控制系统中的现场总线标准－第2部分：物理层规范（Physical Layer Specification）与服务定义（Server definition)又进一步指出:现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（transducers）、执行器(actuators）和本地控制器(local controllers)之间的数字式、串行、多点通信的数据总线［1］。
现场总线（系统）在本质上具有以下技术特点：
（1）现场总线是现场通信网络
（2）现场总线是数字通信网络
（3）现场总线是开放互连网络
（4）现场总线是现场设备互连网络
(5）现场总线是结构与功能高度分散的系统
（6)现场设备的互操作性与互换性
现场总线所具有的数字化、开放性、分散性、互操作性与互换性及对现场环境的适应性等特点决定和派生了其一系列优点：
（1） 导线和连接附件大量减少
（2） 仪表和输入／输出转换器（卡件)大量减少
（3） 设计、安装和调试费用大大降低
（4） 维护开销大幅度下降
（5） 系统可靠性提高
（6） 系统测量与控制精度提高
（7） 系统具有优异的远程监控功能
（8） 系统具有强大的（远程）故障诊断功能
（9） 设备配置、网络组态和系统集成方便自由
（10） 现场设备更换和系统扩展更为方便
（11） 为企业信息系统的构建创造了重要条件
2 现场总线标准与应用
世界上已有现场总线100多种，其中宣称为开放型总线的有40多种［2]，主流的成为国际标准的现场总线有十几种［3］。
2.1 现场总线国际标准
(1)国际标准IEC61158
IEC61158是测量与控制用数字式数据通信系统－工业控制系统用现场总线，有三个版本，第1版和第2版包括8种现场总线:FF H1、ControlNetTM、ProfibusTM 、P—Net®、FF HSE、SwiftNetTM、WorldFIP、Interbus®,第3版又增加了两种现场总线:Ethernet/IPTM、PROFInetTM.
（2）国际标准IEC62026
IEC62026是用于低压开关设备和控制设备 ― 控制器—设备接口的现场总线，即设备层现场总线，包括4种现场总线 ：AS-i、DeviceNet、SDS、Seriplex。
（3)国际标准ISO11898和ISO11519
ISO11898是道路交通工具－数字信息交换－用于高速通信的控制器局域网（CAN），通信速率为125kbit/s～1Mbit/s。
ISO11519是道路交通工具－低速串行数据通信:低速控制器局域网（CAN）和交通工具局域网(VAN)，通信速率不大于125kbit/s.
2。2 现场总线中国标准
我国有关协议的标准化工作的基本方针是等效采用IEC标准，因此相应于IEC62026和IEC61158开展了中国现场总线标准的研究工作，现已取得了一定成果。
与IEC62026相应的现场总线中国标准
·AS—i
·DeviceNet
IEC61158包含的现场总线尚未成为中国标准,只是Profibus中文版作为中国机械工业的行业标准。
2.3 现场总线应用
现场总线可广泛应用于汽车工业（焊接工程、生产输送线、制动器组装线、整车组装、冲压输送、车体输送、车窗玻璃加工、注塑机、发动机加工和组装、涂装线、铸造工程、轴组装线、变速器加工和组装、门框制造、点火线圈装配、检测装置、码堆机)、半导体芯片制造和半导体产品制造（磁盘制造、喷镀装置、印刷板生产、电池检查、刻蚀、洗净装置、电镀工艺、铸模工序、电容制造线、护罩、搬送、压焊、曝光）、食品饮料（啤酒酿造、啤酒罐装、啤酒罐排列、啤酒发酵和储藏、咖啡生产、豆芽生产和培育）、物流业/搬运业（传输线、显像管制造线、机械输送、机场行李输送系统、物流仓库系统、电梯)、电力系统(继电保护、电力监控)、包装、石油、化工、钢铁、水处理、楼宇自动化、机器人、制药、冶金、造纸等领域.
图1为一种用于工业控制的三层网络结构，其设备（Device)层、控制（Control)层、信息（Information）层三层网络分别为DeviceNet、ControlNet和EtherNet.
3 电力系统通信协议
国际上，电力系统通信协议主要是由IEC TC57制定的 [4］。
3.1 远动设备和系统传输协议国际标准IEC 60870—5（IEC 60870 Telecontrol equipment and systems Part 5:Transmission protocols)
国际上,远动设备和系统传输协议国际标准IEC 60870-5系列的工作组为IEC TC57 的远动通信协议工作组WG3.IEC 60870-5系列的IEC 60870—5—1、60870—5-2 、60870-5-3、 60870-5-4、 60870—5—5等5个基础标准和IEC 60870—5-101、60870-5-102 、60870-5—103、 60870-5—104等4个配套标准已制定完毕；对IEC 60870—5系列标准的符合性测试指南IEC 60870-5—6已于2005年底成为FDIS（Final Draft of International Standard)文件,正在陆续推出IEC 60870-5-601、60870-5—602 、60870-5-603、 60870—5—604，分别对IEC 60870—5-101、
60870-5-102 、60870-5—103、 60870—5—104规定检测程序。WG3于2005年已提出了2个新
Internet
Photoelectric
Sensor
EtherNet®
ControlNetTM
DeviceNetTM
Information
Device
Control
Computer 2
Computer 1
Controller4
Controller3
Controller1

Controller2
Bar Code
Reader
Smart Speed Controller
HMI
Operator
Interface
I/O
I/O
Remote Access
Router Device
Display Station

图1 罗克韦尔推出的现场总线控制系统体系结构
工作项目的计划：解决变电站之间用IEC 60870通信、控制中心与变电站之间用IEC 60870通信的问题.WG3还计划在组内成立一个安全小组，以配合数据和通信安全标准IEC 62351的相关工作。在IEC 62351-3和62351-5完成后，再对IEC 60870—5-104第2版以附录形式增加安全方面的内容。
在国内， IEC 60870—5的基础标准和IEC 60870—5的配套标准已由SAC/TC 82的变电站工作组全部转化为我国的国家标准或行业标准 ，共有12个国标和8个行标.其中，IEC60870-5—101、IEC60870-5-104的对应行标被广泛采用.工作组计划依据IEC 60870-5—6制定新行标，原DL/Z 634。56与新版的IEC标准有很大差别，在新的行标推出之后将予以废除。
3.2 变电站通信网络和系统国际标准IEC 61850 (IEC 61850 Communication networks and systems in subsdation）
国际上，变电站通信网络和系统国际标准IEC 61850系列的工作组为IEC TC57的电力系统IED通信及其数学模型工作组WG10.WG10是由曾经为变电站自动化标准工作的3个工作组IEC TC57 WG10、WG11、WG12合并而成的一个工作组。IEC 61850系列有14个标准，包括IEC 61850—1、 61850-2、61850—3、61850—4、 61850—5 、 61850-6、61850—7-1、61850-7—2、61850—7-3、61850-7—4、61850—8—1、61850—9-1 61850-9—2、61850—10[5]，其第1版已于2005年全部完成。WG10现已开始分步实施制定IEC 61850的第2版标准，将扩充IEC61850对电能质量测量的对象模型和变电站外部接口标准。WG10建立了专门的网站——http：//。
国内SAC/TC 82的变电站工作组当前主要是在制定IEC 61850系列的14个标准，已经完成了10个行标,尚有4个标准预计在2006年完成。工作组还将密切跟踪IEC 61850第2版的修订进展。
3。3 能量管理系统应用程序接口国际标准IEC 61970 (IEC 61970 Energy management system application program interface, EMS-API）
国际上,能量管理系统应用程序接口国际标准IEC 61970系列的工作组为IEC TC57 的能量管理系统应用程序接口工作组WG13.目前， IEC 61970—1指南和一般需求(Guidelines and General Requirement）、61970—2术语（Glossary)、61970—301公共信息模型(CIM）基础(Common Information Model（CIM） Base）、61970—401组件接口规范（CIS)框架（Component Interface Specification（CIS) Framework)等4个标准已经出版；IEC 61970-302电量计划、预订和交易、61970—402公共服务、61970-403一般数据的访问、61970—404高速数据的访问、61970-405一般事件和订阅、61970—407历史数据的访问、61970—552—4（503）CIM XML模型交换格式等7个标准都在CD（Committee Draft）状态；IEC 61970—501 CIM程序引用和模型数据交换规范在FDIS状态;IEC 61970-450 CIS信息交换模型指南、61970-451 SCADA的CIS、61970—452 CIM模型交换规范、61970-453图形交换等5个标准正在起草中；IEC 61970-503-5通用数据访问的CORBA映射、61970-503—7通用数据访问的C语言映射等2个标准还未启动。鉴于信息模型的不断扩充，2005年底发布了CIM的新版文件。另外，在CIM的下一版中将采用国际单位。
IEC 61970中最重要的概念就是CIM。有关CIM的信息可访问http://www.cimuser。org.
在国内， 负责与IEC TC57 WG13的IEC 61970系列标准对口工作的是SAC/TC 82的能量管理系统应用程序接口工作组。该工作组最近加快了进度，5个标准已经出版，2个在投票中，6个已有CD文件。以该工作组为核心的主要国内厂家已经对IEC61970做了5次互操作试验,取得了很大的成绩。
3。4电力事业应用集成－配电管理系统接口国际标准IEC 61968 （IEC 61968 Application integration at electric utilities – System interfaces for distribution management）
国际上，电力事业应用集成－配电管理系统接口国际标准IEC 61968系列的工作组为IEC TC57 的配电管理的系统接口工作组WG14。IEC 61968共有13个标准。目前,IEC 61968—1接口体系结构和一般需求(Interface architecture and general requirements ）、61968-2术语、61968-3网络操作接口（Interface for network operations) 等3个标准已由IEC出版；IEC 61968—4记录和资产管理接口标准(Interface Standard for Record and Asset Management) 已有CD文件；IEC 61968-9表记读数和控制接口、61968-13公共配电系统模型交换等2个标准已经启动；IEC 61968-5运行计划编制和优化、61968—6维护和建设、61968-7网络扩充计划、61968—8用户支持、61968-11 DSM的CIM、61968-12用户案例技术报告等6个标准还未启动。
IEC 61968的关键之一是采用公共语言即TC57的CIM来实现企业应用集成的信息交换。
在国内，IEC 61968系列标准的跟踪和转化工作由SAC/TC 82的配网工作组负责。IEC 61968的13个标准已经有3个正式出版物，3个在CD状态,其余的还未启动。工作组力争在2006年转化3个标准。
3.5 数据和通信安全国际标准IEC 62351（IEC 62351 Data and communication security)
国际上，数据和通信安全国际标准IEC 62351系列的工作组为IEC TC57的 数据和通信安全工作组WG15。IEC 62351系列标准包括IEC 60870-5系列、IEC 60870-6系列、IEC 61850系列、IEC 61970系列和IEC 61968系列在通信安全方面的标准。目前，IEC 62351—1导则、IEC 62351—2术语、IEC 62351—3含TCP/IP协议的安全、IEC 62351-4含MMS协议的安全、IEC 62351—5对IEC 60870—5及派生标准的安全、IEC 62351—6对IEC 61850协议的安全等6个标准已有了CD文件；IEC 62351-7网络管理的目标、62351—8电力工业运行环境下全面的安全过程开发建议等2个标准也已正式启动。
在国内，鉴于IEC 62351系列标准的进展较快，SAC/TC 82的通信工作组下一步的工作重点将转移到IEC 62351上来，目前正在对其进行跟踪。
3.6 解除管制的电力市场通信框架国际标准IEC 62325（IEC 62325 Framework for deregulated electricity market communications）
国际上，解除管制的电力市场通信框架国际标准IEC 62325系列的工作组为IEC TC57的电力市场的通信工作组WG16。IEC 62325—101导则和需求、62325—102电力市场模型的例子、62325-501采用ebXML的导则、62325—502 ebXML协议等4个标准已经出版。
IEC 62325系列标准遵循CIM概念，借助于IEC 61970、IEC 61850扩充了电力市场方面需要的CIM,同时开发了独立的平台服务模型和基于Web服务的特殊平台模型。
在国内，IEC 62325系列标准的跟踪和转化工作由SAC/TC 82的电力市场工作组负责.该组是2005年正式成立的.目前，该组已安排了IEC 62325已经出版的4个标准的转化计划。
3.7 分布能源通信国际标准IEC 62350
国际上，分布能源通信国际标准IEC 62350的工作组为IEC TC57在2004年成立的一个新的负责分布能源通信系列标准制定工作的WG17.分布能源对象目前是指燃料电池、柴油发电机、太阳能、组合的热能和电能。IEC 62350标准是由WG17于2005年起草的，目前在CD状态.
在国内，对IEC 62350的跟踪将由SAC/TC 82的变电站工作组启动,在条件成熟后完成对分布能源通信的标准制定工作。
3。8 水电厂监控通信国际标准IEC 62344
国际上,水电厂监控通信国际标准IEC 62344的工作组为IEC TC57在2004年成立的一个新的负责水电厂监控的通信系列标准制定工作的WG18。IEC 62344是在IEC 61850系列标准的基础上制定的,其中包括对IEC 61850—7-3、61850—7-4、61850-6的增加和修改.IEC 62344目前处于CD状态.
在国内，对IEC 62344的跟踪也将由SAC/TC 82的变电站工作组启动，在条件成熟后完成对水电厂监控通信的标准制定工作。
3。9 采用配电线路载波系统的配电网自动化国际标准IEC 61334(IEC 61334 Distribution automation using distribution line carrier systems）
国际上，采用配电线路载波系统的配电网自动化国际标准IEC 61334系列的工作组为IEC TC57的WG9.现在IEC 61334系列的20个标准已经完成。
在国内,IEC 61334的跟踪和转化工作由SAC/TC 82的配网工作组负责。经过几年的努力，IEC 61334系列的20个标准已经转化了16个，还有4个也将尽快转化为行业标准。
3。10 其它电力系统通信规约/协议
其它电力系统通信规约/协议有DNP3。0（Distributed Network Protocol）、CDT、SC-1801、µ4F、N4F、WISP+、12033、RP570，等等。
4 典型电力系统通信协议分析
这里主要分析与通信技术密切相关且在电力系统中影响较大的IEC 60870-5配套标准IEC 60870-5—101、60870-5-102 、60870-5—103、 60870-5-104和IEC 61850。
4.1 IEC 60870—5配套标准
4.1。1 IEC 60870-5基础标准
IEC 60870-5通信协议主要分为两层：链路层和应用层。应用层直接映射到链路层（网络层、传输层、会话层、表示层都为空层）.链路层由IEC60870—5—1和IEC 60870-5-2描述;应用层基础部分由IEC 60870—5-3、IEC 60870—5-4、IEC 60870—5-5描述。其应用层采用无连接方式，根据应用领域定义了一系列“配套标准”。
IEC 60870—5基础标准IEC 60870-5—1、60870—5-2 、60870—5-3、 60870-5—4、 60870-5-5分别为远动设备与系统传输协议的传输帧格式(Transmission frame formats)、链路传输规则(Link transmission procedures)、应用数据的一般结构(General structure of application data）、应用信息元素定义和编码（Definition and coding of application information elements）、基本应用功能(Basic application functions).
IEC60870-5系列标准涵盖了各种网络配置（点对点、多个点对点、多点共线、多点环型、多点星形）、各种传输模式(平衡式、非平衡式）、电力系统所需要的应用功能和应用信息，是一个完整的集，与其配套标准及IEC 61334一起，既可用于变电站和控制中心之间交换信息，也可用于变电站和配电控制中心之间交换信息、各类配电远方终端和变电站控制端之间交换信息，可适应电力自动化系统中各种调制方式、各种网络配置和各种传输模式的需要.
4.1.2 IEC 60870—5配套标准
IEC 60870—5配套标准IEC 60870-5-101、60870-5-102 、60870-5—103、 60870—5-104分别为远动设备及系统传输协议的基本远动任务配套标准（Companion standard for basic telecontrol tasks）、电力系统中电能计量传输配套标准 （Companion standard for the transmission of integrated totals in electric power systems）、保护设备信息接口配套标准 （Companion standard for the informative interface of protection equipment )、采用标准传输文件集的IEC 60870-5-101网络访问（Network access for IEC 60870—5—101 using standard transport profiles)。
(1)IEC 60870-5—101
IEC 60870-5—101(我国对应的行标是DL/T634—1997和DL/T634。5101—2002)为两个具有永久连接电路的主站与子站间传输基本远动信息提供了一套通信协议集［6］，针对IEC60870—5 基础标准中的FT1。2 异步字节传输(Asynchronous byte transmission）的帧格式，对物理层、链路层、应用层、用户进程作了大量具体的规定和定义.IEC 60870-5—101 所定义的基本应用功能允许在其定义的范围内根据具体情况和要求作适当选择.为了使兼容远动设备之间能进行互换,IEC 60870-5-101 还对类型标识和传送原因等规定了严格的定义，也允许在其定义之外由制造厂和用户另行定义，但对其严格定义的内容,兼容远动设备不得违反。
IEC 60870—5—101遵从IEC 60870—5标准系列的串行物理层定义，对物理层的规定选自ISO和ITU-T标准，能支持多种网络拓扑结构，包括点对点、多点共线等。电气特性方面，对于非平衡交换电路采用V。24/ V。28，而平衡交换电路则采用X。24/X.27[7]。IEC 60870-5—101采用的链路传输规则是由启动站向从站触发一次传输服务，或者成功完成，或者报告产生差错，之后才能开始下一轮的传输服务,即所谓的窗口尺寸为1，链路服务级别为三级:发送/无应答、发送/证实、请求/响应。IEC 60870—5—101使用FT1.2异步字节帧传输格式，有变帧长帧、固定帧长帧和单字节帧3种帧格式，校验采用8位算术和校验码,启动字符随帧格式不同而不同，且有结束字符。
(2）IEC 60870-5-102
IEC 60870-5—102(我国对应的行标是DL/T719-2000)采用IEC 60870—5-2 第5部分所定义的非平衡传输规则，即传输过程的启动仅限于某一固定点，其主站端为启动端，而电能计量数据终端设备位于计数站,始终为从站，主站对各终端采用主从问答方式进行通信。IEC 60870—5-102数据传输采用的帧格式亦为FT1.2异步字节帧传输格式，有可变帧长帧和固定帧长帧2种帧格式.可变帧长格式用于主站向子站传输数据,或子站向主站传输数据。固定帧长格式用于主站向子站询问数据报文,或子站向主站回答的确认报文。
（3）IEC 60870—5-103
IEC 60870-5—103（我国对应的行标是DL/T667-1999）亦采用FT1。2异步字节传输的帧格式，对物理层、链路层、应用层、用户进程作了大量的具体的规定和定义，详细说明了继电保护设备的信息接口。IEC 60870—5-103的宗旨是在变电站或厂站中不同继电保护设备(或间隔单元）和控制系统之间达到互相交换信息的目的。IEC 60870—5-103描述了两种信息交换方法：一种方法是基于严格规定的应用服务数据单元（ASDUs)和标准化报文的传输应用过程、方法；另一种方法是使用通用分类服务可以传输几乎所有可能信息的方法。使用已定义的兼容范围的ASDU和应用过程是强制性的。对于所要求传输的继电保护信息，如果兼容范围还不能完全满足要求，可采用通用分类服务来实现。
对于物理层,IEC 60870-5-103规定在继电保护设备（或间隔单元）和控制系统之间采用既可以是光纤系统或者也可以是基于铜线的传输系统。如果采用光纤传输系统，在继电保护设备(或间隔单元）上兼容接口必须是光纤连接器，在监视方向上和控制方向上需要采用两条光纤电缆;如果采用基于铜线的传输系统，则传输系统应符合EIA RS-485标准。IEC 60870—5-103链路层采用IEC 60870-5—1：传输帧格式和IEC 60870—5-2:链路传输规则.IEC 60870—5-2提供了采用一个控制域和一个任选的地址域的链路传输规则的选集，在站之间的链路可以按非平衡式或者平衡式传输模式工作.对于这两种工作模式在控制域有相应的功能码。若是从一个控制系统到几个继电保护设备(或间隔单元)之间的链路共用一条公共的物理通道，那么这些链路必须工作在非平衡式，以避免多个继电保护设备(或间隔单元)试图在同一时刻在通道上进行传输的可能性。不同的继电保护设备(或间隔单元）在通道上容许传输的顺序取决于控制系统的应用层协议.
(4）IEC 60870-5—104
在某些应用中，可能需要在通过数据网络连接的远动站之间传输相同类型的信息，这个数据网络上含有中继站，可以存储与转发信息，并在远动站之间提供虚电路。IEC 60870—5-104（我国对应的行标是DL/T634.5104-2002）协议就是IEC为了满足IEC 60870-5-101远动通信协议用以太网和TCP/IP实现而制定的。IEC 60870-5-104协议在其第1节“范围与目的”中指出：本标准适用于具有串行位数据编码传输的远动设备和系统,用以对地理广域过程的监视和控制.本标准规定将IEC 60870—5—101的应用层与TCP/IP提供的传输功能相组合。在TCP/IP框架内各种网络类型都可使用，包括X.25、FR(FrameRelay）、ATM（Asynchronous Transfer Mode)和ISDN(Integrated Service Data Network）。根据相同的定义，其它IEC 60870—5配套标准规定的ASDUs都能与TCP/IP组合，不过这些在本标准中没有进一步描述［7］。IEC 60870—5—104采用IEC 60870—5—101的平衡传输模式。
IEC 60870—5—104协议的结构如图2所示,图3为IEC 60870-5—104推荐使用的TCP/IP协议子集（RFC2200)[6，8］，该协议子集与在其他相关标准中定义的相同。
根据IEC 60870—5—101从IEC60870—5-5中选取的应用功能
初始化
用户进程
从IEC60870-5-101和IEC60870—5—104中选取的ASDU
应用层
(第7层）
APCI（应用协议控制信息）
传输接口（用户到TCP的接口）
TCP/IP协议子集（RFC2200）
传输层（第4层）
网络层（第3层）
链路层（第2层）
物理层（第1层）
注： 第5，第6层未用
图2 IEC60870—5-104配套标准所选择的标准版本
RFC793(传输控制协议）
传输层(第4层）
RFC791（互联网协议）
网络层（第3层）
RFC 1661
（PPP）
RFC 894
（在以太网上传输IP数据报)
数据链路层（第2层)
RFC 1662
（HDLC帧式PPP)
X。21
IEEE802.3
物理层（第1层）
串行线 以太网
图3 所选择的TCP/IP协议集RFC 2200的标准版本（例子)
IEC 60870-5—103协议一般用于变电站内局域网的通信，传送的信息主要是与继电保护有关的信息;IEC 60870-5—101、60870—5-104远动通信协议一般用于变电站和调度中心之间的通信，传送的信息主要为SCADA的监控信息。IEC 60870—5-103和60870-5-104协议共享相同的应用数据结构及应用信息元素的定义和编码[9].
4。2 IEC 61850
IEC 61850（我国对应的行标是DL/T860）标准为基于网络通信平台的变电站自动化系统的唯一国际标准,其目的是规定变电站自动化系统的各项要求,并提供一个框架以达到由不同供应商提供的智能电子设备（IED）的互操作性[10，11]。
IEC 61850-1、61850—2、61850—3、61850-4、61850-5、61850-6、61850—7—1、61850-7—2、61850—7-3、61850-7—4、61850-8-1、61850—9-1、 61850-9—2、61850—10分别为变电站通信网络和系统的概述（Introduction and overview）、术语（Glossary）、总体要求（General requirements)、系统和项目管理（System and project management）、功能和设备模型的通信要求（Communication requirements for functions and device models)、变电站中与IED有关的通信配置描述语言（Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs)、变电站和馈线设备的基本通信结构—原理和模型（Basic communication structure for substation and feeder equipment – Principles and models）、变电站和馈线设备的基本通信结构—抽象通信服务接口(ACSI)（Basic communication structure for substation and feeder equipment – Abstract communication service interface (ACSI)）、变电站和馈线设备的基本通信结构—公用数据类（Basic communication structure for substation and feeder equipment – Common data classes）、变电站和馈线设备的基本通信结构—兼容的逻辑节点类和数据类（Basic communication structure for substation and feeder equipment – Compatible logical node classes and data classes）、特定通信服务映射（SCSM） – 映射到MMS (ISO/IEC 9506—1和 ISO/IEC 9506—2)和 ISO/IEC 8802—3（Specific communication service mapping (SCSM) – Mappings to MMS （ISO/IEC 9506-1 and ISO/IEC 9506—2) and to ISO/IEC 8802-3）、特定通信服务映射(SCSM） –通过串行单向多支线点对点链路的采样值(Specific communication service mapping (SCSM） – Sampled values over serial unidirectional multidrop point to point link）、特定通信服务映射（SCSM) –通过ISO/IEC 8802—3的采样值（Specific communication service mapping （SCSM） – Sampled values over ISO/IEC 8802-3）、一致性测试（Conformance testing）。
4.2.1 变电站自动化系统的功能分解与接口模型
IEC 61850是通过采用功能分解、数据流和信息建模这三种方法来制定的.功能分解用于理解分布功能组件间的逻辑关系，并用描述功能、子功能和功能接口的逻辑节点(LN）这一术语表示;数据流用于理解通信接口，通信接口必须支持分布功能组件间的信息交换和功能性能要求；信息建模用于定义交换信息的抽象语义和语法,并用数据对象类和类型、属性、抽象对象方法（服务）这些术语及其相互关系来表示。
功能可被分成由不同的但彼此之间进行通信的IED实现的许多部分（分布式功能）.因此，称为逻辑节点的这些部分的通信行为必需支持所要求的IED的互操作性。
变电站自动化系统的功能（应用功能）是控制和监视，以及一次设备和电网的保护和监视.其他（变电站自动化系统）的功能(如通信的监视）是和系统本身有关的。
功能可被分成三层/级（Levels）:变电站层、间隔层、过程层。
图4所示为变电站自动化系统的接口模型，它是IEC 61850的基础。图4中，接口1表示保护数据在间隔层与变电站层之间交换；接口2表示保护数据在间隔层与远方保护之间交换（超出本标准范围）；接口3表示数据在间隔层内交换;接口4表示CT和VT瞬时数据（特别是采样值）在过程层与间隔层之间交换；接口5表示控制数据在过程层与间隔层之间交换；接口6表示控制数据在间隔层与变电站层之间交换;接口7表示数据在变电站（层）与远方工程师工作站之间交换;接口8表示数据在间隔层之间直接交换(特别是如联锁这样的快速功能）；接口9表示数据在变电站层内交换;接口10表示控制数据在变电站（设备）与远方控制中心之间交换（超出本标准范围）。
图4 变电站自动化系统的接口模型
变电站自动化系统的设备在物理上可安装在不同功能层（站、间隔、过程）上。这即是图4的物理解释。过程层设备典型为远方I/O、智能传感器和执行器；间隔层设备由每个间隔的控制、保护和监视单元组成;变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工作站、远方通信接口等组成。
为了达到上述标准化的目的，变电站自动化系统的所有已知功能已被标识并被分解为许多子功能(逻辑节点）。逻辑节点可存在于不同设备内和不同层内。
在通信环境下这些功能的分布可通过使用广域网、局域网、过程总线技术来实现。这些功能不受任何单一通信技术的约束.
4。2.2 变电站自动化系统逻辑接口到物理接口的映射
图4所示的逻辑接口可采用几种不同的方法映射到物理接口。站总线一般覆盖逻辑接口1、3、6、9；过程总线可覆盖逻辑接口4、5.逻辑接口8可被映射到任何一种总线或同时映射到两种总线（如图5和图6所示)。若性能得到满足，所有逻辑接口映射到一条单一总线是可能的。
图5 逻辑接口到物理接口的映射(逻辑接口8映射到站总线）
图6 逻辑接口到物理接口的映射（逻辑接口8映射到过程总线）
4。2。3 变电站自动化系统对通信技术迅速发