從標準到實踐：工業以太網交換機扎根電力應用

　　IEC61850 是一個關于變電站自動化系統結構和數據通信的國際標準，其目的是使變電站內不同廠家的電子設備（IED）之間通過一種標準（協議）實現互操作和信息共享。 IEC61850技術將成為電力系統信息技術的基礎，對電力自動化技術的發展產生巨大的影響。目前IEC61850技術在變電站層和間隔層的技術已經成熟，已經到了批量推廣的時機。

　　IEC61850變電站通信網絡和系統系列標準對于建設現代數字化變電站統一信息平臺的意義，符合電力專用的通信產品提供商的進展以及工業以太網交換機的行業專用化趨勢。

　　構建符合IEC61850的現代數字化變電站

　　眾所周知，隨著變電站自動化技術和現代網絡通信技術的發展，IEC61850標準已成為近年來數字化變電站自動化研究的熱點問題之一。所謂數字化變電站，就是使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息全部轉換為數字信息，并建立與之相適應的通信網絡和系統。傳統以來，國內主流的變電站自動化系統中廣泛采用的是國際電工委員會IEC于1997年頒布的繼電保護信息接口配套標準IEC60870-5-103規約。由于該規約制定時間較早，受技術條件的限制，在以太網和智能數字化設備迅速發展的今天，其缺陷日益明顯，如：

　　（1）沒有定義基于以太網的通信規范。

　　（2）沒有標準的系統功能、二次智能設備的模型規范。

　　（3）缺乏權威的一致性測試。

　　（4）不支持元數據傳送，沒有統一的命名規范。

　　上述缺陷直接導致變電站自動化系統在建設過程中不同廠家設備之間互操作性較差，不同廠家設備之間互聯需要規約轉換設備，需要進行大量的信息對點工作，變電站自動化系統集成工作量增加，系統信息處理效率低下。

　　因此不難看到，隨著變電站二次設備及系統的發展，設備一體化、信息一體化已成為必然的趨勢，迫切需要一個統一的信息平臺實現整個自動化系統。為了統一變電站通信協議，統一數據模型，統一接口標準，實現數據交換的無縫連接，實現不同廠家產品的互操作，減少數據交換過程中不同協議間轉換時的浪費，IEC TC57工作組在IEEE協議UCA2.0基礎上，組織制定了IEC61850——變電站通信網絡和系統系列標準，并于2004年正式發布。

　　IEC61850 是全世界唯一的變電站網絡通信標準，目前IEC61850標準已被等同引用為我國電力行業標準（DL/T860系列）。作為電力系統中從調度中心到變電站、變電站內、配電自動化無縫自動化標準，當前該標準以引起相關電力產品國內外生產商的高度重視，并提出IEC 61850的發展方向是實現“即插即用”，在工業控制通信上最終實現“一個世界、一種技術、一個標準”。

　　作為IEC 61850系列標準的重要部分，IEC 61850-3則詳細定義了變電站網絡通信設備需求的環境和抗電磁干擾等條件要求，因而受到了目前包括赫思曼、MOXA、羅杰康、格雷特、卓越信通 TSC、東土、西門子等著名工業以太網交換機提供商的強烈關注和產品更新。

　　IEC 61850標準要求、認證及其產品進展

　　IEC61850 是一個關于變電站自動化系統結構和數據通信的國際標準，其目的是使變電站內不同廠家的智能電子設備（IED）之間通過一種標準（協議）實現互操作和信息共享。電力行業尤其是變電站環境對數字化網絡通信的要求是非常苛刻的。按照IEC 61850系列標準的要求，工業以太網交換機產品至少要滿足其中的功能性要求、電磁兼容設計要求、寬溫環境要求和機械結構驗證等四大類要求。

　　功能性方面，最重要的至少有兩點，一是要求工業以太網交換機能夠支持快速轉發和QoS服務質量以保證IEC61850標準中重要的GSE/GOOSE數據包得到實時的傳輸，并且能夠支持組播通信管理IGMPsnooping。二是工業以太網交換機必須能夠支持構建冗余的網絡拓撲例如環網架構以提高拓撲的可靠性，并且同時能夠提供極短的網絡故障恢復時間。此外還包括像VLAN、優先級和快速生成樹等技術功能測試要求。

　　在電磁兼容設計方面，工業以太網交換機要能夠通過包含電擊、雷擊和其他電磁干擾測試；在寬溫環境要求方面，交換機設備必須在-40℃～85℃的極端溫度環境下可以正常工作；在機械結構要求方面，交換機設備還要通過專業第三方的振動和沖擊耐受度測試。

　　要表明符合上述IEC61850和IEEE1613標準，必須通過第三方權威測試機構認證。在電力產品測試領域，來自荷蘭的KEMA無疑是鼎鼎大名的獨立測試機構之一。KEMA 成立于 1927 年，最初為荷蘭電力行業在阿納姆的測試機構。在其長達80多年的歷史中，KEMA 作為測試機構在國際上一直享有盛譽，其Dutch KEMA-KEUR 標志擁有很高的知名度，并且還擁有其他數十種質量標志。目前KEMA擁有 1500 多位專家，已經為全球 70 個 國家的大約 500 家公共事業單位提供了能源咨詢和技術實施服務。

　　目前從中國市場的交換機產品來看，越來越多的工業以太網交換機提供商在推出符合電力行業IEC61850標準的產品，德國赫思曼、臺灣MOXA科技、加拿大羅杰康和美國格雷特無疑算是其中的佼佼者，都有代表性產品（如赫思曼的MICH1000系列、羅杰康的RSG2100系列、Moxa的PT全系列產品）率先通過了各個獨立測試機構認證，宣布符合上述標準。

　　工業以太網交換機的行業未來

　　在對通信產品的行規方面，除了變電站通信領域的 IEC61850系列標準，還有諸如面向交通控制通信領域的NEMA TS2規范——美國電氣制造商協會制定發布的道路交通信號控制器設計、制造、測試的標準。因此，正如筆者曾在本刊8月號雜志的編者寄語中所言，“工業以太網交換機將進入專業細分階段。” 行業專用性提升了這一市場的進入門檻，尤其是在像輸變電這樣的高端應用市場，未來真正能夠有所斬獲的廠商必然是未雨綢繆，緊緊靠攏國際行業標準，不斷開發符合行規標準的產品的領先供應商們。