基于IEC/TC57國際標準體系現狀分析研究與展望

丁心志, 李慧杰, 楊慧霞, 張喜玲，劉柱揆

（1.云南電網公司技術分公司，云南 昆明 650217；2.中國南方電網公司電能計量重點實驗室，云南 昆明 650217；3.阿爾斯通電網技術中心有限公司，上海 201114；4.許昌開普電氣研究院，河南 許昌 461000；5.合肥工業大學，安徽 合肥 230001；6.華中科技大學，湖北 武漢 430074）

0 引言

1964年，在急需制定電力系統電氣設備與系統之間進行通信的國際標準的大環境下，IEC/TC 57順應需求而成立，其目標在于為實現遠方控制、遠方保護以及所有其他遠方通信以達到電力系統的自動化控制[1-2]。市場需求的不斷變化，要求IEC/TC 57制定標準時不僅要考慮設備層面，而且越來越多地要求其考慮系統層面[3]，因此TC57先后在1994年和2003年兩次修訂了其標準應用范圍。如今，TC57已經成為了制定智能電網相關標準中一個關鍵的標準化分委會。

當前的TC57工作范圍是：制訂電力系統控制設備和系統需要的國際標準，包括能量管理系統（EMS），監控與數據采集系統（SCADA），配電網自動化，以及相關的用于電力系統規劃、運行和維護的在線和離線信息交換。

截止到2013年12月底，IEC/TC 57共發布標準181項，其中125項標準正在有效使用，其他56項標準被替代、合并或者撤銷[2]。目前尚有41項標準處于修訂或制訂過程中。致力于開展各項工作的500多位專家來自31個參加成員國和13個觀察成員國。

伴隨著能源市場的壟斷化，對于不同的電力設備供應商提供的設備與電力系統之間，以及區域電網之間實現能源傳輸與交換時，都要求有一致的規約和標準以實現系統的整體性。這對于原有的封閉式能源管理系統來說是一個很大的挑戰，這就需要設置接口與外部系統進行信息交互，并且不僅僅用于電力系統的規劃、運行和維護，還要用于電網運營商根據能源市場的變化進行業務優化。

電力用戶和分布式能源將在未來的電力系統管理中扮演越來越重要的角色。因此電力設備和系統應該具有互操作性，接口、規約及數據模型也應該具有相互兼容的特性以實現這一目標。勿容置疑，制定統一、規范的國際標準是實現電力市場化交易的基礎。

IEC/TC 57制定標準的目標客戶是電力公司和實現電力系統控制、保護和自動化解決方案的設備供應商。IEC/TC 57制定的標準得到了廣泛應用，例如IEC 61850、IEC 60870-5、IEC 60870-6和 IEC 61968 / IEC 61970，且對于最近頒布的IEC 62351等標準需求也在增加。

未來的IEC/TC 57參考結構圖如圖1所示[1]。

圖1 IEC/TC 57未來的參考結構圖Fig.1 Reference structure of IEC/TC 57 in the future

1 IEC/TC 57制定修訂標準概述

1.1 IEC 60870系列：遠動設備及系統

IEC/TC 57制定的IEC 60870系列標準家族龐大，目前正在使用中的標準有36項。該系列標準從總則、工作條件、接口、性能要求、傳輸規約、與ISO標準和ITU-T建議兼容的遠動協議等方面，對電流系統及其相關公用事業的遠東設備及系統進行了技術規范。尤其是IEC 60870-5和第IEC 60870-6，其內容與智能電網技術密切相關。該系列標準的采用，為我國電力系統調度自動化技術的發展和運行穩定性發揮了很大的作用。

IEC 60870-5是我國電力行業普遍采用的信息傳輸通信協議。它包括基本標準7項和配套標準6項?；緲藴始碔EC 60870-5-1至IEC/TS 60870-5-7，分別規定了傳輸幀格式、鏈路傳輸規則、應用數據的一般結構、應用信息元素的定義和編碼、基本應用功能、配套標準的一致性測試指南和傳輸規約的安全擴展。配套標準即IEC 60870-5-101至IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-601和IEC 60870-5-604，它們是對基本標準的具體應用說明和指引，尤其是IEC 60870-5-601和IEC 60870-5-602這兩項標準，還給出了配套標準的一致性案例，為實現互操作性提供了測試協議實現的標準方法，同時也降低了互操作性帶來的風險。

IEC 60870-6系列標準是定義用于電氣工程和電力系統自動化應用中的遠方控制（監控和數據采集）。目前使用中的該部分標準共有12項，是由IEC/TC 57的WG13完成制定的，目的是提供與ISO標準和ITU-T建議兼容的遠動協議，以便在跨系統間傳送基本的遠動信息。

IEC 60870系列標準及國內標準對應情況如表1所示。

表1 IEC 60870系列標準及國內標準對應情況Table 1 IEC 60870 series standard and the corresponding situation of standard in China

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續表1

續表1

1.2 IEC 61334系列：采用配電線載波系統的配電自動化

自1995年，IEC/TC 57陸續發布了IEC 61334系列標準和技術報告，用于指導和規范采用配電線載波系統的配電自動化系統。IEC 61334系列標準文件內容涉及用中低壓配電線作為傳輸介質的雙向通道支持的配電自動化系統，這些通道采用DLC即配電線載波傳輸信號[2]。但由于中壓和低壓配電線傳輸載波信號的性能比較差，因此為了保證實際應用所需數據的完整性和傳輸效率，IEC 61334系列標準對此提出了嚴格要求，以保證為采用配電線載波系統的配電自動化系統提供正確設計和可靠運行的資料。IEC 61334系列標準與當前的智能電網建設密切相關，其相關信息及國內標準對應情況如表2所示。

1.3 IEC 61850系列：變電站通信網絡和系統

IEC/TC 57自2002年先后發布了IEC 61850系列標準41項，其中有20項標準因為更新、合并或作廢等原因不再有效，目前尚有21項標準正在使用中。這些正在使用中的標準及其相關信息如表3所示。

2005年之前發布的IEC 61850系列標準主題名稱為“變電站通信網絡和系統”，之后更名為“電力公用事業自動化用通信網絡和系統”。

IEC 61850是新一代的變電站自動化系統的國際標準，是為了滿足變電站自動化系統的發展需要而產生的，也是為了實現“一個世界、一種技術、一項標準”而制定的。如今IEC 61850已經成為了唯一的變電站網絡通信標準，也將成為電力系統中從調度中心到變電站、變電站內、配電自動化的無縫連接標準。該標準為電力系統自動化產品統一標準、統一模型、互聯開放的格局奠定了基礎[3]，使變電站信息建模標準化成為可能，使信息共享具備了可實施的基礎前提。

表2 IEC 61334系列標準及國內標準對應情況Table 2 IEC 61334 series standard and the corresponding situation of standard in China

表3 IEC 61850系列標準及國內標準對應情況Table 3 IEC 61850 series standard and the corresponding situation of standard in China

1.4 IEC 61968系列：電業的應用綜合配電管理的系統接口

IEC 61968是一系列為了規范配電系統信息交換而制定的標準。這些標準是由IEC/TC57的WG14工作組負責編制的。自2002年WG14先后發布了IEC 61968系列標準14項，其中有6項標準因為更新、合并或撤銷等原因退出使用，目前尚有8項標準在有效期內。這些在有效期內的標準及其相關信息如表4所示[4]。

表4 IEC 61968系列標準及國內標準對應情況Table 4 IEC 61968 series standard and the corresponding situation of standard in China

IEC 61968的目的是為了滿足一個電力企業跨應用集成的需求。電力企業需要收集來自原有的或新增的應用系統中的數據信息，這些應用通常情況下它們的接口和運行環境是不同的。IEC 61968為配電管理系統（DMS）架構中的所有主要構件定義了統一的接口，并在多應用之間提供中間件服務代理消息。其范圍包括DMS的電網運行、臺賬和資產管理、運行計劃與優化、維護與建設、配網規劃、客戶支持、抄表與控制、配電管理系統外部接口等八類業務。

1.5 IEC 61970系列：能量管理系統應用程序接口(EMS-API)

IEC 61970是囯際電工委員會制定的能量管理系統（EMS）應用程序接口（EMS-API）系列囯際標準。這些標準是由IEC/TC57的WG13工作組負責編制的。自2002年WG13先后發布了IEC 61970系列標準21項，目前正在使用的標準有9項[7]，其余12項標準因為更新、合并或撤銷等原因退出使用。例如分別于2007年和2008年發布的標準IEC 61970-402，403，404，405，407在達到其穩定使用年限后宣布撤銷；而IEC 61970-301 Ed.1于2003年發布，2009年第一次修訂，之后的Ed3、Ed4分別于2011年、2013年發布，且Ed5計劃在2014年初發布，如此頻繁的修訂，市場驅動力之大可見一斑。

IEC 61970系列標準定義了參考模型、公共信息模型（CIM）、組件接口規范（CIS）和信息交換模型（IEM），并提供了一系列的指南和標準用于集成來自不同廠家的EMS內部的各種應用，將EMS與調度中心內部其他系統互聯，以及便于為不同調度中心及新、舊系統之間提供恰當的數據交換接口。

1.6 IEC 62325系列：電力市場的通信框架

IEC 62325系列標準是由IEC/TC 57的WG16工作組負責完成的，是主要針對電力市場通信而制定的國際標準，它必將成為電力系統中從調度中心到電力市場、電力市場內、電力市場與配電中心的無縫連接標準。

IEC 62325系列標準的前身是IEC 62195，該標準于2000年發布，2002年補充了修改單，2006年廢止。國內2004年發布的DL/Z 885等效采用了該標準，目的是為了借鑒其內容，為國內電力市場化提供參考[5]。盡管WG16在2005年后推出了更加細化的系列標準，但國內并沒有相應跟進。目前正在使用中的IEC 62325系列標準有7項，如表6所示，但計劃在2014年發布的該系列標準就有4項，即IEC 62325-301、IEC 62325-451-1、IEC 62325-451-2和IEC/TS 62325-503，并且在計劃制定中的標準還有9項。由此可見一些發達國家的電力市場發展步伐是在不斷加快的。

1.7 IEC 62351系列：電力系統管理及相關信息交換數據和通信安全

IEC62351系列標準是由IEC/TC 57的WG15工作組負責完成的，它是為實現安全運行電力系統

有關通信協議，包括IEC 60870-5 系列、IEC 60870-6系列、IEC 61850系列、IEC 61970系列和IEC 61968系列而開發的數據和通信安全標準。

表5 IEC 61970系列標準及國內標準對應情況Table 5 IEC 61970 series standard and the corresponding situation of standard in China

2003年發布的技術報告IEC/TR 62210針對電力部門的計算機化的監視、控制、計量和保護系統，提出了在通信協議的應用層如何采取防護措施，國內于2005年發布了對應的標準DL/Z 981-2005[6]。

2007年后陸續出版的IEC 62351系列標準在借用因特網上廣泛使用的通信安全機制和安全算法的基礎上，針對電力通信協議的特殊需求做了改進，以滿足電力系統網絡安全通信的需求。實現了通過電子簽名授權的方式傳輸數據，設置特定安全訪問權限，防止信道竊聽，防止重放和篡改，以及監視侵入等功能。

目前使用中的IEC 62351系列標準有9項，相關信息如表7所示。

表6 IEC 62325系列標準及國內標準對應情況Table 6 IEC 62325 series standard and the corresponding situation of standard in China

表7 IEC 62351系列標準及國內標準對應情況Table 7 IEC 62351 series standard and the corresponding situation of standard in China

1.8 其他相關標準

由IEC/TC 57制定的有關電力線載波系統的4項標準在有效期2013年到達之前并沒有新的修訂計劃。而WG20工作組在2012年完成的IEC 62488-1是電力公用事業用電力線路通信系統中針對EHV/HV/MV電網操作中的模擬和數字電力線路載波系統的運轉規劃而制定的標準，未來的IEC 62488-2、IEC 62488-3和IEC 62488-4將從模擬接口、數字接口和寬帶系統角度完善該系列標準。

2013年發布的IEC 62361-2由IEC/TC57的WG19負責完成。該標準記錄了現有的IEC標準中與電力系統管理領域中的監控和數據采集（SCADA）相關的標準中使用的質量代碼，但不包含抄表質量編碼。它提供了SCADA系統與IEC60870-5，IEC60870-6 TASE.2，IEC 61850，IEC61970，DAIS DA，OPC DA和OPC UA之間的關聯性、應用或者接口。目前還有該系列的其他3項標準正在制定過程中[7]。

2012年發布的IEC/TR 62357-1第二版也是由IEC/TC57的WG19負責完成的。它是一個服務于IEC/TC 57內部，以便更高效地開展多項標準制定工作而編寫的技術報告。計劃制定的IEC 62357-2將從應用案例的角度共享一些標準制定過程中的經驗和教訓。

由IEC/TC 57制定的IEC 60834-1和IEC 60834-2即電力系統遠方保護設備的性能及試驗方法兩項標準于2013年達到其使用年限，但在此之前并沒有與之相關的制修訂計劃發布。

本節述及的相關IEC標準及國內標準對應情況如表8所示。

2 IEC/TC57正在修訂與制定中的標準項目

目前IEC/TC 57的正在修訂或制定中的標準共29項，其中WG19工作組承擔著3項IEC 60870系列標準和3項IEC 62361系列標準；5項IEC 61850系列標準由WG10、WG17、WG18等三個工作組分別承擔；WG14工作組承擔3項IEC 61968系列標準；WG13工作組承擔5項IEC 61970系列標準；WG16工作組承擔6項IEC 62325系列標準；WG15工作組承擔3項IEC 62351系列標準；最后一項標準是新系列標準—IEC 62746，由WG21工作組承擔。這些正在修訂或制定中的標準及其進展情況如表9所示（截止2013年12月）[8]。

新標準IEC 62746標準的制定，從其標準名稱“系統連接到智能電網相關的系統接口及通信規約協議”不難看出[9]，該標準力圖做到與智能電網中的智能建筑、工業網關等實現信息互通互聯，并實現大量配電系統的有效整合，是非常值得關注的。

表8 其他IEC相關標準及國內標準對應情況Table 8 Other IEC relevant standard and the corresopnding situation of standard in China

表9 IEC/TC 57正在修訂或制定中的標準項目Table 9 The being revised or formulated standard project of IEC/TC 57

續表9

3 IEC/TC 57標準制修訂計劃

目前，IEC/TC 57標準制修訂計劃中處于PWI（新項目公示）階段的項目有27項。僅IEC 61850系列標準就有14項，其中由WG10承擔7項，由WG17承擔6項，由WG17承擔1項。公示的新項目中還有IEC 61968-5，由WG14承擔；有IEC 61970系列標準兩項，由WG13承擔；有IEC 62325系列標準6項，由WG16承擔；有IEC 62357-2，由WG19承擔；有IEC 62488系列標準3項，由WG20承擔[10]。這些處于新項目公示階段的標準均在2013年10月提出，其標準名稱與項目號如表10所示（截止2013年12月）。

表10 其他IEC/TC57計劃中的新制訂標準項目Table 10 Other new standard project of IEC/TC 57 in contemplation

4 結論

當我們把目光關注到IEC/TC 57發布的正在實施中的125項標準時，我們很驚訝地發現，2013年完成的標準有90項，占72%，這就意味著今后幾年內相關標準的修訂工作壓力將非常大。與其他標準系列相比，IEC 61850系列標準的修訂頻率顯然要高很多，修訂周期也大大縮短，這與當前智能技術的發展迅猛不無關系。

來自商業環境中的戰略驅動力表現在能源短缺和能源成本的增加，所以重視能源使用效率及能源管理流程優化當務之急，這就要求不斷增加新能源轉化接入電網的需求。

鑒于發電、輸電、配電的分離，處于價值鏈上的不同角色之間需要信息溝通和相互作用，信息和通信技術的迅猛發展，鑒于電網主要的關鍵基礎設施，網絡安全要求等種種因素的存在，要求IEC/TC 57在應對這些市場需求時需要不斷創新，從而要求我們更多更好地制定相應標準，指導和引領相應領域高效、有序、健康發展。

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