IEC61850技术培训.ppt

iec61850技术,内容提要,iec61850介绍 iec61850国内外应用现状 数字化变电站关键技术分析 四方公司的工程实践,iec61850技术-背景,全称变电站通信网络和系统，规范了变电站内ied之间的通信行为。 由iec tc57制订（19952004）。中国等同引用为dl/t860系列。 目标 “一个世界，一种技术，一个标准”。 代表了sas技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。 是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个普通通信协议。,iec61850与数字化变电站的关系,“一次设备智能化，二次设备网络化” 通信是数字化变电站的关键 iec61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案,iec61850技术-信息模型,模型- 通信传输的内容 原则： iec61850使用动态方法。采用面向对象建模方法，提供了基本素材，使用者可灵活采用建立自己的模型，也允许扩展。 优点： 1）能够满足各种ied的个性化需求； 2）能够互操作； 缺点： 实现复杂，对硬件要求高。,内容提要,iec61850发展历程 iec61850与传统技术比较 iec61850标准介绍 iec61850与数字化变电站的关系 iec61850的不足与发展 iec61850变电站网络结构 对待iec61850的态度 iec61850已解决的问题 iec61850未解决的问题,iec61850发展历程-现有技术及问题,sas在国外有20多年历史，国内有10多年历史。90年代初 多种网络与私有协议并存。 无法互操作。,iec61850发展历程-制定过程,目标：互操作性（不是互换性）。机械尺寸端子排等定义没有定义,故只能实现互操作性,而不是互换性. 一个世界，一种技术，一个标准 iec tc57 wg10、11、12 制订（19952005）。14个国家,60多人参与.任雁铭曾参与,大多来自abbsimens等大公司 2005年至今修订，2010年出第2版。 代表了sas技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。 是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个通信协议。,iec61850与传统技术比较,互操作性 数据模型 通信服务 工程配置 影响范围,iec61850技术-与传统技术比较,互操作性 60870从80年代开始,串行的;不具备网络上的互联互通互操作性 数据模型:通信双方,作为数据源的如何组织;即数据的组织,和如何去访问这些数据;两方面:数据的组织和数据的访问方法 1）现有技术:散放的珠子,一个珠子是一个信息点(点号),ua如点号间相互不清楚 优点： 简单，容易实现。 缺点： 不能满足用户各种需求，(如不够)往往需要扩充； 扩充后不能相互识别，无法互操作。(私有的,不扩充不够用,扩充不识别.101有100多个版本),iec61850技术-与传统技术比较,数据模型 1）iec61850技术 优点： 能够满足各种ied的个性化需求；使用了许多的模块,面向对象建模的技术,搭积木一样;定义了许多的扩充. 能够互操作； 缺点： 实现复杂，对硬件要求高。 软件非常复杂(解决模型和通信的问题),iec61850与传统技术比较-信息模型,iec61850数据组织示例：,“mmxu2$mx$a” = feeder #2 current measurements,网线,物理设备只有一个,可分为几个逻辑。a表示电流，三相,字符串，信息号。由不同对象组成，可指向大的对象，也可指向小的对象。,iec61850技术与传统技术比较-通信协议,通信协议 ：拿的方法 1）传统技术不严格分层，应用层与底层联系比较紧密。服务种类不能满足数字化变电站需要，不支持在线服务。101在rs485定义的，一对一，清楚，上下联系紧密；底层是通信技术，是日新月异的。 2）iec61850定义了独立于所采用网络和应用层协议的通信服务。解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾。是1对多或多对多的 3）iec61850定义了60多种服务，可以满足变电站通信需求。支持在线获取数据模型，也支持ied水平通信（goose报文） 。,iec61850与传统技术比较-通信服务,通信服务-数据访问的方法 iec61850定义了60多种服务，可满足数字化变电站通信需求。 特点： 1）支持在线获取数据模型； 2）支持保护设备之间横向通信（goose报文） 。,iec61850技术与传统技术比较-通信服务,传统ied之间沟通方式：,此图显示的是保护间通过电缆进行二次逻辑闭锁,iec61850技术与传统技术比较-通信服务,ied之间逻辑互锁：,二次电缆被光缆或通信电缆所代替,iec61850技术与传统技术比较-通信服务,ied之间通信的要求： 1）1台设备同时向多台设备发报文； 2）快速性（4ms），从指令发出到跳闸，4ms是在国外60hz，1/； 良好的性能,iec61850技术与传统技术比较-通信服务,上层定义与底层网络技术分开定义，可以随网络技术而发展,iec61850技术与传统技术比较-通信服务,iec61850技术与传统技术比较拗-通信服务,xyz可以是其他的通信技术,iec61850技术与传统技术比较-通信服务,通信服务层次,说明了iec61850在iso中所处的层次，用了最高层的应用层；传输层用了tcp/ip，所有层都用了，故其复杂；104、101是直接在应用层下加了传输层tcp、udp,iec61850技术与传统技术比较-工程配置,iec61850技术与传统技术比较-影响范围,iec61850标准介绍-文件构成,系统概貌 iec61850-1 介绍和概述 iec61850-2 术语 iec61850-3 总体要求 iec61850-4 系统和项目管理 iec61850-5 功能的通信要求和设备模型 数据模型 iec61850-7-4 兼容逻辑节点类和数据类 iec61850-7-3 公用数据类,iec61850标准介绍-文件构成,抽象通信服务 iec61850-7-1 原理和模型 iec61850-7-2 抽象通信服务接口（acsi） 映射到实际的通信网络 iec61850-8-1 映射到mms和iso/iec8802-3 iec61850-9-1通过单向多路点对点串行通信链路采样值 iec61850-9-2 通过iso/iec8802-3传输采样值,iec61850标准介绍-文件构成,配置 iec61850-6 变电站ied的配置语言 测试 iec61850-10 一致性测试,iec61850标准介绍-变电站通信接口模型,iec61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案,iec61850标准介绍-变电站通信接口模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850技术介绍-数据模型,physical device (network address),logical device (e.g. relay1),mmxu1,mmxu2,do,do,da,da,logical nodes,源自于cdc,iec61850技术介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,（部分）,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,（局部）,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,iec61850标准介绍-数据模型,专业工具,iec61850模型复杂，文件篇幅较大，可通过xmlspy等软件工具进行阅读。 可通过专业工具完成模型文件的静态合法性检查、动态合法性检查。例如sclchecker等。 专业工具对于工程实施非常重要。,iec61850标准介绍-通信服务,iec61850定义了9大类60种acsi 。 1）关联服务 2）信息模型服务 3）定值组服务 4）主动上送的报告服务 5）日志服务 6）快速报文服务 7）采样值服务 8）对时 9）文件服务,iec61850标准介绍-通信服务,客户/服务器模式,iec61850标准介绍-通信服务,发布/订阅模式,iec61850标准介绍-通信服务,iec61850标准介绍-通信协议,iec61850标准介绍-通信服务,控制,iec61850标准介绍-通信服务,报告的配置,iec61850标准介绍-通信服务,事件：数据改变 周期性报告 总召唤,2种报告： 非缓存报告 缓存报告,iec61850标准介绍-通信服务,goose的配置,iec61850标准介绍-通信服务,goose通信过程,iec61850标准介绍-通信服务,goose通信过程,goose sender device x,goose receiver device y,goose receiver device z,ethernet,一个装置（发布者）发布消息, 只有订阅者装置正在接收它。 每个接受者的反应取决于它的配置和功能,goose message,goose技术介绍,传输内容 传送数据集，内容丰富、灵活 基于模型,iec61850标准介绍-通信服务,专业工具的必要性,iec61850通信服务、协议比较复杂，报文使用了asn.1编码，直接阅读很困难。有必要利用专业的工程调试工具对通信过程进行监视、分析、模拟，作为调试和维护的手段。,iec61850标准介绍-通信网络,iec61850使用以太网技术。 总线型和环网以及双网或单网等多种形式。 以太网交换机必须支持优先级设置（ieee802.1q）和虚拟局域网（vlan，ieee802.1p）。,iec61850标准介绍-工程配置语言scl,基于xml技术，iec61850定义了一种变电站配置语言（scl），描述变电站自动化系统与一次开关场之间的关系及ied配置情况。 scl提供了统一工程数据格式。 scl有4种文件类型， 1）系统规范描述文件（ssd） 2）系统配置描述文件（scd） 3）ied能力描述文件（icd） 4）ied配置后的描述文件（cid）,iec61850标准介绍-工程配置语言scl,scl-实现了不同厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程。,iec61850标准介绍-工程配置过程,iec61850技术-一致性测试,iec61850技术-一致性测试,iec61850技术-一致性测试,测试案例举例,iec61850技术-一致性测试,目前一致性测试的局限性。 面向功能测试。 面向性能测试。,荷兰kema公司iec61850权威测试,iec61850一致性测试的必要性。 ucaiug负责对检测机构进行授权。 kema公司。 kema公司测试原则及业务。 目前已经通过检测的公司：abb、siemens、areva、ge、toshiba等。,荷兰kema公司iec61850权威测试,2008年1月四方公司间隔层6大类设备通过kema公司iec61850一致性测试。,iec61850技术-获得互操作性的途径,统一数据模型 统一服务模型 统一通信协议 统一物理网络 统一工程数据交换格式 统一一致性测试标准,iec61850与数字化变电站的关系,数字化变电站关注功能 通信是数字化变电站的关键技术 互操作性对对数字化变电站的基本要求 iec61850提供了完整解决方案,iec61850的不足与发展,第一版(ed1)存在描述歧义和错误的地方。 iec继续修订和补充，不断考虑新的需求，产生ed2和ed3. 国内一些应用习惯不能直接套用 dl/t860工程实施规范,iec61850的不足与发展,iec61850 ed2 tissues new tissues 收集到cdv阶段； 基本模型扩展 statistical/historical 水电和风电常用公共元素； 领域扩展： 电能质量； 变电站之间通信的影响： 2010年出版,iec61850的不足与发展,iec61850 ed2 对7-2，7-3，7-4等修改部分进行支持 对工程配置过程进行功能扩展，尤其是系统配置工具之间的数据交换。 对iec61850-6 ed1的错误、模糊不清部分进行更正和澄清。 工程过程定义更加明确，考虑了ied修改等。,iec61850的不足与发展,iec61850 ed3 tissues 基本模型扩展： 使用scl对plc逻辑进行描述； 网络与系统管理； 冗余； 来自iec62351的安全观点； 基于角色访问的安全； ieee1588的对时； 配置文件的下载和激活。 der标准的通用元素； 去掉ied特殊设置； 变电站之间通信的影响； 测试： 系统测试,iec61850的不足与发展,dl/t860工程实施规范 是dl/t860标准的细化和补充。 细化了不全面的部分，规范了不明确的部分，补充了满足国内应用习惯的部分模型，并规范了工程中可能引起歧义的其它内容。 严格遵循iec61850。 不是应用指南。,iec61860的不足与发展,dl/t860工程实施规范 系统总体结构 工程配置 建模 通信服务 一致性测试,iec61850的不足与发展,dl/t860工程实施规范指导意义 可以减少歧义，有利于提高不同厂家设备间的互操作性。 有利于iec61850推广应用。 为用户、厂家、设计院提供了实施iec61850的重要支撑和依据。,iec61850变电站网络结构,以太网构成基本方式： 星型 环型 冗余方式 双网 自恢复,iec61850变电站网络结构,传输信息的重要程度对网络的可靠性提出了不同要求 安装环境对网络设备提出了不同要求 必须考虑网络设备的兼容性,iec61850变电站网络结构,装置单环网,iec61850变电站网络结构,装置单环网 优点：网络结构简单、投资费用低。 缺点： 1）实时性差，环网发生故障时自愈时间需要数十毫秒至数百毫秒，不能满足继电保护装置之间数据交换的性能要求。 2）装置检修时对环网通信的影响很大。,iec61850变电站网络结构,单星型网,iec61850变电站网络结构,双星型网,iec61850变电站网络结构,星型网 优点：网络实时性好，网络延时最少，可以满足继电保护装置之间实时数据交换的性能要求，尤其是保护goose通信。 缺点：网络冗余性较差，单星型网交换机之间网络发生单点故障时，双星型网交换机之间发生交叉故障时，网络通信将受到较大影响。,iec61850变电站网络结构,单环网,iec61850变电站网络结构,双环网,iec61850变电站网络结构,环型网 优点：网络冗余性最好，交换机之间网络发生故障时，通过环网自愈依然可以保证网络通信。 缺点：1）网络实时性差，环网中节点间的网络通信延时要高于星型网，另外环网发生故障时自愈时间需要数十毫秒至数百毫秒，不能满足继电保护装置之间数据交换的性能要求。 2) 网络可靠性较差，环网通信基于快速生成树协议，通信故障时可能会引起网络风暴问题。 3) 设备兼容性较差，不同厂家交换机的私有快速生成树协议实现方式存在差异，互联时可能会有问题。 4）投资成本高于星型网，因为交换机需要的网口数要多于星型网。,iec61850变电站网络结构,变电站层双网通信冗余机制 双网双ip通信机制 双网采用各自独立的ip网段地址进行通信。 优点：是双网各自独立，网络底层不用切换，但应用层处理较复杂，双网可靠性取决于应用层双网处理机制，常见的有双发双收模式，热备用模式和冷备用模式。 双网单ip通信机制 将双网绑定为一条逻辑链路，组成冗余网络，实现双网卡单ip通信。这种机制优点是应用层处理和配置都较简单，和单网是一样。双网可靠性只取决于双网的网络底层切换。,对待iec61850的态度,国内对iec61850 1）评价过高 所有问题都试图通过iec61850解决。 2）评价过低 持怀疑态度，担心是第2个103协议。 不习惯灵活，希望全部定死。,对待iec61850的态度,充分利用其优点，弥补缺陷 iec 继续修订 ed2 2009年推出 ed3 择机推出 注重标准本身。 cigre 就iec61850变电站设计、应用、维护问题进行研究,iec61850已解决的问题,提出了3层通信体系 解决了互操作问题。,iec61850未解决的问题,行业用户对下一代sas的期待 降低费用、减少现场劳动量、缩短调试时间 架构 成本和简化是推动架构进步的力量，iec61850对架构目前没有给出详细的规范。 冗余原则 iec61850建议采用冗余原则配置保护，但是没有给出具体做法。,iec61850未解决的问题（续）,ac 信号 1） ncit尽管有16年历史，但还没有广泛使用。 2）目前还没有形成sv的新的设计方法，还都是根据传统方式进行设计。 3）传统信号容易实现共享，数字信号相反。 4）通信引入了信号延时。 5）同步和数据丢失都是问题。 iec61850只提供了sv通信协议，没有给出满足技术、运行、维护各方面要求的可用架构。,iec61850未解决的问题（续）,dc 信号 2类：1）状态；2）跳闸、互锁等信息。要求小于4ms。 iec61850只定义了goose格式 网络拓扑没有给出。,iec61850未解决的问题（续）,lan架构 网络冗余如何实现？ 带网关功能交换机的使用，要求使用者深入理解物理拓扑和控制机制。,iec61850未解决的问题（续）,时间同步 iec61850定义几种不同的时间准确度。 所建议的sntp不能满足要求。 可选方式： 1） ir