IEC61850技术体系分析.ppt

技术体系分析,国电南思系统控制有限公司 张结,IEC61850,IEC61850是一个技术体系，在追求互操作性的同时，也追求长期肯定性，和应用的灵活性。对长期肯定性，和应用灵活性的追求使IEC61850的互操作性成为一种“实现互操作性”的基础，并不等于互操作性本身。,引言,探讨IEC61850长期稳定性、应用灵活性、互操作性的本质和关系，以及其所建立的技术体系是本研究的基本目的。,以IEC61850技术体系为基础，明确IEC61850互操作性与应用互操作性的关系，建立应用所需要的互操作性的技术途径是本研究的现实目的。,IEC 61850 Communication Networks and Systems in Substations 变电站通讯网络及系统系列标准,文档结构 目标及作用 互操作性、自由分布、长期稳定性 开放性 技术路线 协议栈与通信服务的解偶协议栈 通信服务与模型结构的偶合服务 开放的建模模型 对过程数据的支持 描述语言,目录,文档结构,长期稳定性 标准应向后兼容, 以适应通讯技术和 系统要求的发展,目标与作用,互操作性 来自一个或多个厂家的IED之间交换信息和 正确使用信息完成各自功能的能力,功能自由分布 标准需要支持各种策略以允许功能的自由分 布，例如：集中式和分布式系统,传统通信协议 信息规定在传输帧格式中 协议的过时信息的扩展、通信技术的发展 导致协议的不稳定103最明显 IEC61850 不受通信技术发展的影响 不受信息扩展的影响 适用范围广一个标准2版的目标更明显 作用 对标准化组织长期利益 对产品开发过程中的利益 对运行单位 ？信息的稳定性,目标与作用 长期稳定性,数字化变电站中的功能自由分布 变电站自动化形态的发展和变化可能 数据、信号的共享是前提 通信技术的支持是保障？ IEC61850的作用 覆盖过程层、间隔层、站控层 2版包括纵联通道、甚至远动 传输信息的内容根据功能分布设计结果 与传统协议的对比 前提是功能分布确定事实上不可能确定 协议不体现设计结果产品、工程 协议体现设计结果IEC61850本身不满足目前数字化变电站的矛盾所在,目标与作用 功能自由分布（1）,目标与作用 功能自由分布（2）,目标与作用 功能自由分布（3）,互操作性与其它目标的关系 不受协议栈更换的影响长期肯定性 一种通用的通讯协议中承载所有可能的数据和信息自由分布特性 交换信息和理解信息 作用 最终价值 IEC 协议栈更换 产品制造 协议栈更换 IEC61850修订 设计、运行 数字化变电站发展,目标与作用 互操作性（1）,目标与作用 互操作性（2）,61850,通信服务,产品的通信方式,产品设计,通信信息 如何通信,产品的通信内容,工程/运行设计,哪些信息向哪里通信,通信技术,通信协议栈,产品所采用的通信技术,变电站的通信内容和方案,自由分布,承载任何信息,一种通信标准,信息承载方式,目标与作用 互操作性（3）,61850,产品的通信方式,产品设计,产品的通信内容,设计/信息规范,产品所采用的通信技术,信息互操作性,通信互操作性,信息承载方式,数字化变电站互操作性,工程/运行设计,变电站的通信内容和方案,目标与作用 互操作性（4）,目标与作用 开放性,IEC61850怎样建立了互操作性 产品如何应用IEC61850才能获得互操作性支持 IEC61850所建立的互操作性是什么样的互操作性 什么情况下有必要应用IEC61850 把对IEC61850应用的重点放在信息建模上 不仅仅是实现一种通信 应用的差异性导致无法实现互操作性 互操作性分为不同的层次,技术路线 探讨重点,协议栈与通信方式的解偶 通信方式固定抽象通信服务（7-1、7-2） 抽象通信服务向通信协议栈的映射（8-1、9-1、9-2） 协议栈更换再映射 通信服务与模型结构的偶合 模型决定了产品所具有的通信服务（6） 模型表达了信息的承载方式（7-3、7-4） 信息建模 描述哪些信息需要通信（7-4、6） 描述信息如何通信（7-2、6） 对过程数据的支持,技术路线,变电站自动化应用领域,通讯技术,技术路线 协议栈与通信服务的解偶(1),如何使标准具有向后兼容性 ?,写 配置参数 控制 设备 (直接控制 /选择控制) 基于事件的 报告传输 带时标的事件当地存储形成 记录 获取 目录信息 文件传输 例如： 参数或软件下载 上装监视信息，例如曲线或历史记录 传输 变电站通用对象事件 (GOOSE*) 传输 采样值 (SAV*),技术路线 协议栈与通信服务的解偶(2),技术路线 协议栈与通信服务的解偶(3),技术路线协议栈比较（1）,Layer,Application,IEC 60870-5-101 Based on IEC60870-5-3/4/5,Presentaion,Session,Transport,Network,Data Link,Physical,V.24, X.21,.,IEC 60870-5-104,IEC 60870-5-102 Based on IEC60870-5-3/4/5,IEC 60870-5-101 FT1.2 ; -5-1/2,IEC 60870-5-102 FT1.2 ; -5-1/2,V.24, X.21,.,ISO 8802.2LLC2 ISO 8802.X MAC,Media,RFC 791 IP,RFC 793 TCP,映射,映射,映射,CL WAN 5-101,CL WAN 5-104,CL WAN 5-102,技术路线协议栈比较（2）,Layer,CO TASE.1 Architecture,CO TASE.2 Architecture,Application,IEC 60870-6-501/502 TASE.1 ISO 9072-1/2 ROSE ISO 8650 ACSE,IEC 60870-6-503/802 TASE.2 ISO 9506 MMS ISO 8650 ACSE,Presentaion,ISO 8823/8825 BER,Session,ISO 8237,Transport,ISO 8072/8073 class4,2,0 or RFC 1006/TCP (with IP),Network,ISO 8348 Add.1/8473 CLNP or ITU-T X.25 PLP ISO 8208 or Frame Relay or RFC 791 IP,Data Link,ISO 8802.2 LLC1 or ISO 7776 LAPB or LLC2/ISDN,ISO 8802.X MAC or ISO 9314 FDDI MAC,Physical,media,X.21,X.21bis,.,技术路线协议栈比较（3）,Layer,Application,IEC 61850-7-1/2/3/4 61850-8-1/2 ISO 9506 MMS ISO 8650 ACSE,Presentaion,Session,Transport,Network,Data Link,Physical,ISO 8802.2 LLC1 / ISO8802.3 CSMA/CD,media,CL 3 LAYER,CL 7 LAYER,CO 7 LAYER,ISO 8823/8825 ITU-T Fast Byte,ISO 8327,ISO 8072/8073 CLASS 4,ISO9576/8825,ISO 9548,ISO 8602,ISO 8348 A.1 / 8347 CLNP,映射,技术路线协议栈比较（4）,技术路线 通信协议和通信服务的演示,技术路线 通信服务与模型结构的偶合,模型的作用 模型表达了信息的承载方式数据类型 描述哪些信息需要通信数据、信号 描述信息如何通信通信参数 对模型体系的要求 能够描述任何信息扩展 传输单位灵活根据功能组合自由分布 表达信息的语义,技术路线 模型,技术路线 分层模型结构,是全部吗 ?,依据可选数据判断是否完整 !,对象列表,技术路线 从信号列表到对象列表,技术路线 信号在模型中的形式,变电所自动化系统中的通讯 信息在设备之间交换，所有设备 构成了系统 确切地讲, 是贮流在设备中的功能及功能模块之间在交换信息 在IEC 61850中称进行信息交换的最小功能模块为逻辑节点(LN) ，在特定的设备中可以被独立实现 LN 是与功能相关的信息容器但通常完成了整体功能的一个部分,技术路线 LN的概念（1）,变电站中的LN,技术路线 LN的概念（2）,技术路线 LN的概念（3）,L 系统 LN (2*) P 保护 (28) R 保护相关 (10) C 控制 (5) G 一般 (3) I 接口和记录 (4) A 自动控制 (4),M 计量和测量 (8) S 传感器及监视 (4) X 开关设备 (2) T 仪用变压器 (2) Y 电力变压器 (4) Z 未来电力设备 (15),以首写字母区分,技术路线 LN的概念（3）,技术路线 LN的内容（1）,逻辑节点 包括 数据 (对象) 数据分为：必选 (M), 条件可选 (C), 和可选 (O) M : 针对该LN适应的功能都必须存在的数据 C : 在一定条件下这些数据必须存在 O: 可以存在或不存在 数据表现为对象,数据 包括 属性 属性分为：必选 (M), 条件可选 (C), 和可选 (O) 属性用于描述功能的特性 属性携带了数据值,逻辑节点的组合和实现 逻辑节点被组合在 逻辑设备(LD)中,例如：依据共同的使用特 征。 逻辑设备在 物理设备 (IED)中实现,技术路线 LN的内容（2）,技术路线 DO的类型/CDC,*) Original representation form IEC 61850-7-3,具有共同数据属性的数据类型称为 公共数据类型 (CDC). 例如 DPC 代表可控的双点信号量,技术路线 模型/建模演示,技术路线 SAV/GOOSE（1）,Merging Unit (MU) 来自60044-7/8 采样值 (SAV) 9-1固定 9-2可自定义 协议栈相同802.3/802.1PQ 执行机构（被智能化为 Breaker IED） 8-1GOOSE 9-2 协议栈802.3/802.1PQ 数据版本和响应时间 使用意义 仍然需要通信技术的保证（另述）,技术路线 SAV/GOOSE（2）,技术路线 SAV/GOOSE通信过程演示,设备和系统结构 为了支持 互操作性 形式描述应包括 变电站自动化系统 的所有通讯连接 无歧义地描述所有的 IED 能力 无歧义地描述所有的 通讯服务 无歧义地描述变电站自动化系统数据与 现场数据的对应关系,描述语言 作用（1）,为了进行形式描述，提供了 变电站配置描述语言 Substation Configuration description Language (SCL) 基于 XML 用于 设备配置描述文件 (ICD) 系统配置描述文件 (SCD) 系统功能定义文件 (SSD) 这些工程描述信息可以在工具之间交换 !,描述语言 作用（2）,描述语言 作用（3）,61850,通信服务,产品的通信方式,产品设计,通信信息 如何通信,ICD/CID,工程/运行设计,哪些信息向哪里通信,通信技术,通信协议栈,产品所采用的通信技术,SSD/SCD,自由分布,承载任何信息,一种通信标准,信息承载方式,描述语言 使用,强调“狭义应用” 对IEC61850信息语义约定的应用 对语义空间约定方法的应用 “广义应用”不等于互操作性 强调发挥IEC61850的价值 从变电站自动化整体考虑 以“功能自由分布”为目标 从产