IEC61850标准介绍.ppt

IEC61850 标准介绍,东方电子技术中心,目 录,什么是IEC 61850 内容简介及理解,什么是IEC 61850?,IEC 61850系列标准的全称是变电站通信网络和系统(Communication Networks and Systems in Substations)，它规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系统要求 IEC 61850系列标准是由国际电工委员会第57技术委员会(IEC TC57)从1995年开始制订的,目前，IEC61850共14个部份已经全部通过为国际标准。我国的标准化委员会对61850系列标准进行了同步的跟踪和翻译工作,IEC 61850系列标准吸收了多种国际最先进的新技术，并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国际标准作为61850系列标准的一部分。所以它是一个十分庞大的标准体系，而不仅仅是一个通信协议标准 IEC 61850看起来很像又一新的协议。其实它不是。确切地说，它是一种新的变电站自动化的方法，一种影响工程、维护、运行和电力行业组织的新方法 它采用面向对象的建模技术，面向未来通讯的可扩展架构，来实现“一个世界，一种技术，一个标准”的目标,什么是IEC 61850?,标准的特点,开放性： 全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/ OSI可用 的通信标准的基础上;不考虑具体实现 先进性： 采用ACSI、SCSM、OO的技术 采用抽象的MMS作为应用层协议 自我描述,在线读取/修改参数和配置 采用XML语言来描述变电站的配置 完整性： 适用对象几乎包容了变电站内所有IED，例如： 常规的测控装置、保护装置、RTU、站级计算机、 可选的同期、VQC装置 未来可能广泛使用的数字式一次设备如PT、CT、开关,以往的设计对象是优化 带宽 硬件资源（CPU性能、存储需求） 今天的趋势,61850产生于技术的变迁,带宽成本,硬件成本,集成成本,1 从规约角度分析,通信接口:串行口,现场总线,以太网 通信传输规约:多! 为规范远动系统中的通信系统，IEC于1990年至2002年制订IEC60870系列标准（远动设备及系统）:变电站与控制中心通信的101、104规约和保护与监控系统通信的103规约 由于没有标准，不可能进行一致性测试，厂家间就算提供了规约，也无法保证其实现与规约的一致性，一切只能现场见或事先在实验室联调 厂家在技术水平、经验、理解等各方面有差异,个性扩展 产品互操作性问题日益突出 工程费用增加 成为变电站自动化行业发展的巨大障碍,1 从规约角度分析,2 从信息模型角度分析,按点号数据含义不明,2 从信息模型角度分析,按点号数据之间无关联,对象模型,点模型,组态的内容各不相同，组态的结果互不通用，组态信息的交流通过书面方式，易出错 IEC61850的优点不是体现在设备的价格上,而是在设备的长期使用上,3 从组态及工程角度分析,1.对制造厂非常有利,IEC61850带来什么好处,可以避免劳民伤财的协议转换工作; 采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述，采用配置语言，在信息源定义数据和数据属性，传输采样测量值等技术,在组态、配置和维护工作上,节省了大量开支; 将来会有越来越多的智能设备(电能质量、同步相量、设备诊断等)集成到系统中，无缝数据集成和共享信息节省了大量开支,用户可选择最好的产品,不必担忧互联,互换,能大幅度改善设备集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。 提供了变电站通信网络和系统总体要求、系统和工程管理、一致性测试等,2.对用户非常有利,IEC61850带来什么好处,标准制定的主要目的,互操作性 为不同厂家的设备互联提供互操作性,即不同制造 厂家提供的智能设备可交换信息和使用这些信息 执行特定功能 自由配置 满足变电站自动化系统（SAS）功能和性能的要 求；可灵活配置，将功能自由分配到装置中，支 持用户集中式（如RTU）和分散式系统的各种要求 长期稳定性 支持未来的技术发展，因为它可兼容主流通讯技 术而发展，并可伴随系统需求而进化,二 内容简介及理解 61850(1-5) 61850-6 61850-7 61850-8 61850-9 61850-10,61850-1 介绍和概述,该标准介绍了整个61850系列标准的制定目的、历史沿革，对61850的其它标准的核心内容作了一个提炼并加以介绍，对以后的标准中涉及的核心概念作了初步的阐述,三层架构及逻辑接口,技术服务,远方控制,(,NCC),功能,.,A,功能,.,B,保护,.,控制,传感器,执行元件,远方保护,间隔,/,单元层,变电站层,过程层,远方保护,1,6,3,3,7,9,8,1,6,2,2,4,5,4,5,10,IEC61850变电站架构,IEC61850变电站架构,IEC61850变电站架构,过程总线的基本组网方案,1 每个间隔拥有自己的通信网络 2 通信网络可以跨越多个间隔 3 所有设备共用一个通信网络 4 面向继保功能区划分网络,按电气间隔划分网段,按继电保护区域划分网段,61850-2 术语,该标准搜集了整个61850系列标准所涉及的术语解释、缩写名词定 义、规范性引用文件。术语定义有157条： 抽象通信服务接口 abstract communication service interface 间隔 bay 一致性测试 conformance test 通用面向变电站事件对象 generic object oriented substation event 互操作性 interoperability 互换性 interchangeability 逻辑节点 logical node 合并单元 merging unit 报告 report 自我描述 self-description 服务器 server 特定通信服务映射 specific communication service mapping,6180-3 总体要求,该标准从质量要求、环境条件、供电条件三个方面对 SAS系统的性能进行了规范,该标准主要规范了SAS的参数化、文档化等工程管理要求 SAS及其IED始于研发阶段直至停产和退出运行的生命周期内的质量管理 SAS的质量保证，重点是试验设备、试验内容，如系统测试、型式试验、例行试验、一致性测试、FAT、SAT等,61850-4 系统和项目管理,详细阐述了功能、逻辑节点和通信信息片三个概念以及三者的相互关系 对不同等级的变电站内的不同种类的通信报文的通信时间提出了要求，以及如何验证整个系统的通信性能要求,61850-5：功能通信要求和装置模型,重要术语,功能 已有装置功能各不相同 标准应让各种装置能实现 对功能的描述不是为了标准化功能，是为了确定通信需求 同一功能可以分布在不同厂家提供的物理设备之间 功能与物理设备无关，可以在物理设备上自由分布,功能分类,系统支持功能 网络管理 时间同步 物理装置自检 系统配置或维护功能 节点标识 软件管理了 配置管理 逻辑节点运行模式控制 设定 测试模式 系统安全管理,运行或控制功能 访问安全管理 控制 指示瞬时变化的运行使用 同期分合（定点分合） 参数集切换 告警管理 事件（管理和）记录 数据检索 扰动/故障记录检索,功能分类,就地过程自动化功能 保护功能（通用） 距离保护（保护功能示例） 间隔联锁 测量、计量和电能质量监视 分布自动化支持功能 全站范围联锁 分散同期检查,分布过程自动化功能 断路器失灵 自适应保护（通用） 反向闭锁（自适应保护功能示例） 负荷减载 负荷恢复 电压无功控制 馈线切换和变压器转供 自动顺控,重要术语,逻辑节点（LN）、物理设备（PD）、逻辑连接（LC）、物理连接（PC） 逻辑节点可以理解为功能分解的最小单位 逻辑节点之间的连接称为逻辑连接 一个物理连接可以包含多个逻辑连接,重要术语,功能F、逻辑节点LN 、物理设备PD 、逻辑连接LC 、物理连接PC的关系,功能自由分配！,重要术语,功能、逻辑节点和物理设备的之间的关系实例,逻辑节点组类型,功能分解,通用自动化功能、断路器控制功能和电压控制功能,功能分解,具有远动接口的通用功能、保护功能和测量/计量功能,功能分解,开关控制、联锁、同步检查、自动重合闸、继电保护的逻辑节点交互,功能分解,断路器分相控制（每相一个XCBR实例）和 带有分相测量单元的互感器（每相一个TCTR或TVTR实例）,功能分解,自动调节分接头控制调节电压,报文性能要求:报文类型,通信要求,三 内容简介及理解 61850(1-5) 61850-6 61850-7 61850-8 61850-9 61850-10,61850-6：变电站自动化系统配置描述语言 该标准描述了基于XML1.0的变电站自动化系统配置（ SCL ）语言的语法，并在附录中提供了模式文档定义（SCHEMA）文件的文本，并给出了一个不完整的变电站的SCL文件的实例,内容概述,变电站配置描述语言SCL,XML语言,变电站配置文件,IEC61850模型,XML,从HTML发展而来，1998年W3C标准化 可扩展标记式语言 广泛应用于各行各业 XML SCHEMA技术,XML实例,SCHEMA简介,W3C 2001-5-2发布 定义XML文档的规则 用一个或多个XSD文件定义,SCL,定义一个国际通用的对象模型 定义一套适用于该模型的XML标签 定义了配置文件的结构 用8个SCHEMA文件实现定义和校验,SCL-对象模型,SCL-命名空间, Xmlns - 缺省命名空间 Xmlns：xsi 定义xsi模式命名空间 Xsi:schemaLocation 指定xsi模式文档的实例,SCL SCHEMA文件,SCL_BaseSimpleType.xsd SCL_Enums.xsd SCL_BaseType.xsd SCL_Substation.xsd SCL_DataTypeTempled.xsd SCL_IED.xsd SCL_Communication.xsd SCL.xsd,SCL文件结构,SSD: System Specification Description. XML description of the entire system. SCD: Substation Configuration Description. XML description of a single substation. ICD: IED Capability Description. XML description of items supported by an IED. CID: Configured IED Description. XML configuration for a specific IED.,SCL 文件类型,SSD,系统图组态工具,装置模板组态工具,ICD,系统组态工具,SCD,装置实例组态工具,IEC61850装置,CID,全站系统配置文件,一次系统配置文件,装置模板配置文件,装置实例配置文件,工程配置图,.ICD 配置文件,IED Capability Description 和装置类型关联的预定义装置模板配置 配置内容 1. LD、LN、DO、DA定义及LN类型模板的定义 2. 数据集dataset定义 3. 控制块的配置如brcb、urcb、sgcb、lcb等定义 文件结构 1. 有且只有一个IED元素，且名称必须为TEMPLATE 2. 可以有Substation，名称必须为TEMPLATE 3. 可以有Communication元素 4. 包括DataTypeTemplates定义,.SSD 配置文件,System Specification Description 变电站一次系统模型的配置 配置内容 1. 系统一次主接线图定义（变压器、电压等级、间隔、设备、拓扑连接等等） 2. 模型对象对应的功能LN类型的定义 文件结构 1. 包括Substation，数据类型模板，逻辑节点类型定义 2. 逻辑节点未分配到IED，iedName必须为None,.SCD 配置文件,Substation configuration description 描述全站所有配置的文件 配置内容 1. 一次系统模型 2. 通信网络配置 3. 所有装置的实例配置 4. 一次系统对象的LN绑定 5. GOOSE配置 文件结构 包含SCL文件的完整结构，包括HEAD、一个 Communication元素，一个Substation元素，N个IED元素，一个DataTypeTemplates元素,.CID 配置文件,Configured IED Description 装置实例化的配置定义 配置内容 1. IED实际通信地址 2. 和ICD类似但数据全部是实例名定义 3. GOOSE的相关配置 文件结构与ICD文件一致 文件可压缩处理，推荐格式RFC 1952定义的GZIP格式,主接线模型实例,线路模型,SCL表示,间隔Q1,QA1,QB1,QB2,装置模型实例,测控装置DEMO500 两条线路 单线路容量为 1个开关 3个刀闸 一条测量,装置模型,SCL表示,控制LN模型定义实例,61850-7 基本信息模型 服务模型 公共数据类 逻辑节点和数据类,61850-7：变电站和馈线设备的基本通信结构 61850-7-1 原理和模型 分别从应用、设备、通信的观点为对象建模，模型分别是逻辑节点及数据、逻辑设备/物理设备、客户/服务器，另外简要介绍了61850-7-2，-3，-4的内容及相互关系 61850-7-2 抽象通信服务接口(ACSI) 61850-7-3 公共数据类 61850-7-4 兼容的逻辑节点类和数据类 61850-7-2，-3，-4，它详尽的描述了各种对象模型的数据类和服务，是61850-8和-9的前提和基础,内容概述,数据模型和信息交换,IED,智能电子设备,具有可访问 的数据模型,WHAT,交换什么,IEC 61850-7-3 IEC 61850-7-4,HOW,（怎么交换）,IEC 61850-7-2,请求,响应,事件,Self desc Not like modbus register,概述,服务模型,基本信息模型 逻辑节点(Logical Node) 逻辑设备(Logical Deivce) 服务器(Server),逻辑节点,逻辑节点的行为,数据与数据属性,命名规则,数据,逻辑节点,逻辑节点的数据、数据属性,定义,种类,LDReference 2. LNReference 3. DataReference 4. DataAttribReference 5. 其它ObjectReference (DataSet、BRCB、SGCB等）,应用总结1,应用总结2,模型,TrgOp(触发条件),dchg 数据变化 (trigger option for data-change) dupd 数据更新 (trigger option for data-update) qchg 品质变化 (trigger option for quality-change),模型,模型,品质,模型,模型,基本信息模型 逻辑节点(Logical Node) 逻辑设备(Logical Deivce) 服务器(Server),逻辑设备,1、逻辑设备主要由逻辑节点和附加服务组成(例如GOOSE、采样值交换、定值组),逻辑设备,2、逻辑设备也提供了关于物理设备的信息或者由逻辑设备控制的外部设备信息。,逻辑设备,3、逻辑设备以透明的方式构建网关,基本信息模型 逻辑节点(Logical Node) 逻辑设备(Logical Deivce) 服务器(Server),服务器,层次关系,建模实例,IEC61850分析总结了变电站自动化系统的功能需求，并将功能分解为最小单位逻辑节点 建模是厂家选择多个相关逻辑节点，实现自己产品(系统、装置)的功能 建模也可以是设计人员针对变电站要实现的功能，而对整个变电站自动化系统和每个装置选择相关的逻辑节点,数据模型,XCBR 断路器 XSWI 隔离开关 TCTR电流互感器 TVTR电压互感器 SIMG 绝缘介质监视 CSWI开关控制器 PTOC 带时限过电流 PTRC 保护跳闸条件,建模实例,61850-7 基本信息模型 服务模型 公共数据类 逻辑节点和数据类,数据交换模型,IED,智能电子设备,具有可访问 的数据模型,WHAT,交换什么,IEC 61850-7-3 IEC 61850-7-4,HOW,（怎么交换）,IEC 61850-7-2,请求,响应,事件,Self desc Not like modbus register,ACSI通信方法,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),Client/Server 服务,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),数据集(DATASET)模型,为了客户（client）的方便，由数据（DATA）或数据属性（DataAttribute）组成的一个有序的集合 交换信息时可以只传递DATA SET名和成员所引用的值，提高传输效率,DATA SET 在逻辑节点中,同一DATA 或DataAttribute 可以被多个DATA SET引用 当DATA或DataAttribute作为DATA-SET成员被引时，期望DATA或DataAttribute始终存在 DATA-SET成员的当地再配置可引起严重的错误操 作 ,应防止DATA-SET配置时发生非预期的改变 数据集分永久性和非永久性两种DATA SET,可视性和存在周期不一致,特点,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),关联,应用关联模型包括： 1、 关联类定义(双边和多路广播) 2、访问控制(服务器如何限制对实例访问),关联类,1、双边应用关联类传送服务用于客户和服务器之间的请求和响应（确认和无确认）服务 2、多路广播应用关联类是单向无确认服务，用于 GOOSE报文和传输采样值,关联,双边应用关联 1、 双向面向连接 2、可靠的 3、点对点 多路广播应用关联 1、 单方向 2、1 对 1 或 1 对多 3、能够检出信息丢失与重复,访问控制,访问控制模型通过虚拟访问视窗约束实例或属性的可视性与可用的ACSI服务,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),概述,1、报告提供将组合的DATA实例值上传的机制，包括立刻传送和延时传送两种方式。 2、日志模型将事件顺序地存储到日志中，客户可以在任何时候查询。 3、报告与日志是事件驱动的，减少了对网络带宽的影响，减少了扫描与召唤的频率。,RpdID 由客户端提供的关键词,识别缓存报告控制块。 RptEna 远方使能/停止使能报告过程。 DatSet 引用数据集，其值报告。 ConfRev 配置版本号,指明删除数据集成员或成员的重新排序。 OptFlds 指出包含在报告中有哪些选域 a) sequence-number (顺序号)得到事件的正确顺序； b )report-time-stamp(报告时标)通知客户何时发出报告； c) reason-for-inclusion(包含的原因)指出引起值报告的触发原因； d) data-set-name(数据集名)指明哪个数据集其值已产生报告； e) data-reference(数据引用)包含值的objectreference。 TrgOps 触发选项,包含引起控制块将值写入报告中的原因。报告的原因可 以是在逻辑节点内数据属性的数据变化dchg、数据刷新dupd或 品质变化qchg。 IntgPd 完整性周期,在给定周期由服务器启动报告所有值。 GI 总召唤,由客户启动报告所有值。 BufTm 数据集内发生第1个事件后等待的时间,BRCB控制报告过程某些属性,概述,报告与日志的基本组成部分,报告日志模型,报告,1、 REPORT-CONTROL_BLOCK（报告控制块）控制从一个或多个LOGICAL-NODE向一个客户报告DATA值的过程。 2、必须预先在服务器中定义报告控制实例。 3、服务器保证在同一时刻只能有一个客户访问报告控制实例。 4、报告控制类有多个实例，允许多个客户接收相同的数据。,报告,1、BRCB将(数据变化，品质变化，数据刷新引起的)内部事件立刻或缓冲后发送，不会因为通讯中断而丢失。BRCB提供SOE功能。 2、URCB将(数据变化，品质变化，数据刷新引起的)内部事件尽可能立刻发送，如果关联不存在或者通道阻塞，事件将被丢弃。,报告,报告模型允许向多个客户发送报告，对于URCB，有两种实现方法： 1、服务器创建多个URCB的实例，用下标(1n)来区分每一个实例名。所有客户都可以访问这些实例。客户可配置成直接使用特定实例，或者自己浏览并找到一个可用的实例。若URCB为一个客户保留，所有其它客户不得存取其参数。 2、服务器根据客户连接或认证视窗来控制对URCB实例的访问。实例名对每个客户都是相同的，服务器将管理各实例的分离。使用这些实例的客户数目受服务器的资源限制。,报告,报告模型允许向多个客户发送报告，对于BRCB 1、客户需要配置BRCB实例。 2、客户由配置或者命名约定知道BRCB的实例名。 3、BRCB实例的可视性由访问控制完成。 4、当BRCB实例被使能时，所有其他客户不能存取其参数。 5、客户应显式停止BRCB实例。,缓冲,1、当接收到内部通知（dchg，qchg，dupd），BRCB启动缓存定时器。定时器到期后，BRCB将收到的所有内部通知组合到一个报告中发送。 2、缺省值0指明BRCB不使用缓存属性，每个内部通知都将引起BRCB发送报告。 3、缓存时间从1毫秒直到1小时。 4、在缓存时间内，如果收到同一数据的笫二个内部通知，对于状态信息，应立即发送报告，并重新启动定时器，处理第二个通知。对于模拟信息，可以采用与状态信息相同的方式，或者直接用新值替换原值。,触发选项,TrgOp(触发选项)规定了由BRCB监视的(引起发出报告)触发条件。包括以下值： dchg数据变化 qchg品质变化 dupd数据刷新 全数据 GI总召唤,报告实例,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),控制类(CONTROL)模型,控制对象,可控的单点(SPC) 可控的双点(DPC) 可控的整数状态(INC) 二进被控步位置信息(BSC) 整数被控步位置信息(ISC) 模拟设点(APC),控制模型原理,操作员,A,控制对象,(,DATA,实例,),1,ctlVal,(,受控值,),操作,open, T,operTim,(,TimeActivatedOperate,剗,操作员,A,搣,服务操作时的时间,),实,origin,(,谁发出服务,),际,操作,响应,ctlNum,(,控制序号,),控制状态机,设,2,备,stVal,(,报告值,),报告,TRUE, t, q,dchg,t,(,变化的时间,),q,(,值的品质,),3,控制模型,常规安全的直接控制(direct-operate) ； 常规安全的SBO控制(operate-once单次操作或operate-many多次操作) ； 增强安全的直接控制(direct-operate) ； 增强安全的SBO控制(operate-once或operate-many) 。,常规安全,控制对象不对状态值的改变进行监视 没有控制失败的返回信息 客户端不能从控制对象得知是否成功，但可以从报告中得知状态值的改变,增强安全,控制对象对状态值进行监视 命令序列由Command-Termination (命令终止)服务原语所终止,直接控制,用于当地DATA(例如LED测试) 用于外部设备返回信息不受监视 (例如加热器上的开关)（switch on a heating),选择命令的检查,客户的访问权限 没有被其它客户选择 设备是可操作 没有挂限制操作的标志牌,控制服务的参数,ControlObjectReference Value T Test Check AddCause TimOperRsp,Value,全部DataAttribute,ctlVal (控制值) operTim (TimeActivatedOperate服务的操作时间) origin (指出谁发出服务) ctlNum(控制顺序号)。,Check,针对DPC类,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),概述,SGCB定义： SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK,概述,SGCB在整个ACSI模型中的位置：,SERVER,LD,LPHD,LLN0,LN1N,SGCB,概述,SGCB基本模型：,类定义,模型总结,1、与普通的DATA实例不同：有多个（套）值，一个（套）激活 2、数据可以来源于多个逻辑节点（是否可以来源于不同的逻辑设备） 3、可读可写：SE 可读：SG 其它区均不可操作 4、可以没有SGCB，通过SetValue (FC=SP)来设点（值）,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),在分布式变电站的自动化系统中，智能电子设备（IED）共同协助完成自动化功能的应用场合越来越多，例如间隔层设备之间的防误闭锁、分布式母线保护等，这些功能得以完成的重要前提条件是众多IED之间数据通讯的可靠性和实时性。 IEC61850中定义了通用变电站事件（GSE -generic substation event model），该模型提供了在全系统范围内快速可靠地输入、输出数据值的功能。,深入理解 - GOOSE,GSE分为2种不同的控制类和报文结构： 1、 GOOSE(generic object oriented substation event) 面向通用对象的变电站事件 2、GSSE(generic substation state event) 通用变电站状态事件,深入理解 - GOOSE,GOOSE: 为面向通用对象变电站事件并支持由 DATA-SET组织的公共数据广范围的交换 GSSE: 为通用变电站状态事件并支持提供传 输状态变化信息(双比特),深入理解 - GOOSE,报文内容,GOOSE报文的核心内容可由用户灵活、自由定义，不仅可传输状态信息，而且可传输模拟量信息，应用范围广泛。 GSSE报文一般只用于传输保护跳闸、闭锁 等状态变化信息，内容比较单一。它是UCA GOOSE在61850中的一种延续。,深入理解 - GOOSE,深入理解 - GOOSE,A公司保护,B公司保护,智能一次设备,保护测试仪,以太网,2. 跳闸,4. 重合,3. 新位置,5. 新位置,GOOSE应用演示,报文实时性,GSE 报文时间延迟规定在4MS GOOSE 报文的传输服务是应用层到表示层（经ASN.1编码）后，直接映射到底层（数据链路层和物理层），不经网络层和传输层，并采用了较先进的交换式以太网各种技术（如VLAN、优先级、多播等），从而保证了报文传输的实时间性。 GSSE报文的传输服务映射于OSI的7层协议堆栈中，一方面，存在协议堆栈传输延时，另一方面，它仍是基于传统的以太网实现的（不支持VLAN、优先级、多播等），这使德当网络负荷比较重时，很难保证报文的实时性。,深入理解 - GOOSE,额外链路,普通报文缓冲,交换机,GOOSE,普通报文,GOOSE报文优先发送,深入理解 - GOOSE,GoCB模型,一次设备接线,VLAN = 000,ExtGGIO1 Ind1.stVal Ind2.stVal ,GSE MEA1 VLAN-ID: 000 VLAN-PRIORITY: 4 MAC-Address: 01-0C-CD-01-00-CF APPID: 0000,Inputs ExRef 1 iedName: MEA3 lnClass: ExGGIO1 doName: Ind1 ExRef 2 iedName: MEA3 lnClass: ExGGIO1 doName: Ind2,GSE MEA2 VLAN-ID: 000 VLAN-PRIORITY: 4 MAC-Address: 01-0C-CD-01-00-86 APPID: 0001,50517XSWI Pos.stVal,50527XSWI Pos.stVal,测控装置3,测控装置1,测控装置2,深入理解 - GOOSE,NSD500,XSWI,XCBR,XSWI,TCTR,TVTR,CSWI,CILO,CSWI,CSWI,CILO,CILO,ExtGGIO,GOOSE,BIO VO1 = D1Q1CILO1.EnaOpn.stVal VD1 = D1Q1ExtGGIO.Ind1.stVal VD2 = D1Q1ExtGGIO.Ind2.stVal VO1 = VD1 & VD2,GOOSE,MMXU,SWITCH,D1Q1,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),概述,取代模型：Substitution model 用途:提供对DataAttribute的功能约束为 MX(模拟值)或ST(状态值)值的取代(将 特定数据属性设置成和过程无关的值 ) 功能约束: FC = SV,取代模型,取代操作步骤,1.设置用于取代的值 2.设置取代使能,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),NTP定时原理,NTP采用客户/服务器结构，参考时钟为NTP服务器提供标准时钟， NTP客户通过NTP向NTP服务器对时。 时间同步协议测定服务器时钟和客户机时钟之间的时间偏移量（Time Offset）。客户端请求对时时在数据包中发送自己当前时间，当服务器接受到该数据包时，将接受时间写入该数据包，然后将带有发送时间的数据包返回到客户端，当客户端接收到返回的报文时，就可以计算出数据包的传输时间。 假设网络是对称的，单程的传输时间等于总的传输时间减去服务器处理时间后的二分之一。通过以上的时间差就可以推算出准确时间。通常要通过几个数据包的交换，以得到较好的统计数据后才进行对时。,从UTC获取标准时间网路校时协议，提供在互连的网路上提供校时服务和发送供给标准时间给计算机。目前已成为Internet上时间同步的标准协议。 NTP提供准确时间，首先要有准确的时间来源，这一时间应是国际标准时间UTC。NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟，天文台，卫星，也可以从Internet上获取。这样就有了准确而可靠的时间源。 NTP服务器分层提供服务 时间按NTP服务器的等级传播。按照离外部UTC源的远近将所有服务器归入不同的Stratum（层）中。Stratum-1在顶层，有外部UTC接入，而Stratum-2则从Stratum-1获取时间，Stratum-3从Stratum-2获取时间，以此类推，但Stratum层的总数限制在15以内。所有这些服务器在逻辑上形阶梯式的架构相互连接，而Stratum-1的时间服务器是整个系统的基础。,网络时间协议（NTP）的特点,过滤算法选择时间的最佳路径和来源计算机主机 一般同多个时间服务器连接，利用统计学的算法过滤来自不同服务器的时间包，以选择最佳的路径和来源来校正主机时间。即使主机在长时间无法与某一时间服务器相联系的情况下，NTP服务依然有效运转。 识别机制抗干扰和恶意破坏 为防止对时间服务器的恶意破坏，NTP使用了识别(Authentication)机制，检查来对时的信息是否是真正来自所宣称的服务器并检查资料的返回路径，以提供对抗干扰的保护机制。,网络时间协议（NTP）的特点,时间和时间同步模型,间隔层总线采取SNTP(Simple Network Time Protocol),时间和时间同步模型,间隔层总线采取SNTP(Simple Network Time Protocol),超过2000KM的WAN上可以稳定的做到10毫秒级别， 在LAN上可以稳定的做到1毫秒级别,时间和时间同步模型,P1 典型应用于配电线间隔 P2 典型应用于输电线间隔 P3 典型用于输电线间隔， 具备满足同步和断路器分合时间差的最好性能,时间和时间同步模型,过程层采用IEEE1588协议,服务模型 通用服务 数据集(DATA-SET) 关联(Application association) 报告控制块 (REPORT-CONTROL-BLOCK) 控制(CONTROL) 定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK) 通用变电站事件 (Generic substion even) 取代模型(Substitution) 时间和时间同步模型(Time & time-synchronization) 日志控制块 (LOG-CONTROL-BLOCK),概述,1、历史数据可以分为两类：周期记录和事件触发。 2、日志与外部应用和通信传输无关。 3、记录与检索是两个异步的过程。 4、历史记录产生的速率在某些情况下(例如高速故障记录)可能比报告这些值的通信过程要快得多。 5、检索记录时可请求整个历史数据库的一个子集。 6、数据可能储存在设备的外部。 7、时间或者顺序对于记录具有相当重要的意义，要求赋予顺序号。,概述,概述,1、LOG的条目由EntryID(条目标识)与 TimeOfLog(日志时间)唯一标识。 2、EntryID是一个计数值，达到最大值后归零。 3、客户可用EntryID或TimeOfLog查询LOG。,概述,1、LCB控制DataAttribute值(日志条目)存入LOG的过程。 2、每一个使能的LCB和日志的DATA-SET相关。 3、DATA-SET成员值改变将作为LOG条目存储。 4、多个LCB允许多个DATA-SET存入单一LOG（日志）中。 5、防止非法客户修改LCB是访问控制的责任。,日志,1、日志按照先入-先出的原则写入。 2、当日志条目表存储数据已达到最大日志容量, 老的日志条目将被覆盖。 3、新增加的日志条目EntryID(条目标识)顺序递增。,61850-7 基本信息模型 服务模型 公共数据类 逻辑节点和数据类,CDC(例子:双点状态信息 DPS),CDC(例子:双点状态信息 DPS)续上表,61850-7 基本信息模型 服务模型 公共数据类 逻辑节点和数据类,LN(例子:断路器XCBR ),LN(例子:断路器XCBR )续上表,二 内容简介及理解 61850(1-5) 61850-6 61850-7 61850-8 61850-9 61850-10,61850-8-1：特定通信服务映射(SCSM) 在ISO8802-3上映射到MMS (ISO/IEC9506第1部分和第2部分) 该标准将ACSI映射到MMS，形成了基于802.3,传输层至少支持TCP/IP的应用层协议,该协议适用于站级和间隔级设备，或间隔级设备间，或站级设备间的通讯,内容概述,ACSI ACSI(Abstract Communication Service Interface)即抽象通信服务接口,它是独立于通信协议,独立于具体实现,独立于操作系统的抽象的对服务过程和相关数据类的描述。它通过不同的SCSM映射到不同的协议 SCSM SCSM(Specific Communication Service Mapping)即特定通信服务映射，它在抽象的ACSI和具体的某一特定协议之间建立映射关系,内容概述,ACSI通信方法,IEC61850映射到通信栈,MMS 制造报文规范,MMS（Manufacturing Message Specification）即制造报文规范，在80年代初期,为了美国通用汽车公司的MAP（制造自动化协议）项目而开发,它主要是规范工业自动化领域内智能设备间的通信行为，广泛地应用于工业过程控制、工业机器人等领域。PROFIBUS-FMS，TASE.2,UCA等标准均符合MMS。MMS的特点在于它是一个与设备、与功能、与应用均无关的极为抽象的通用标准。最初基于OSI通信栈和令牌总线（IEEE 802.4）,后MMS开始基于以太网（IEEE 802.3）. MMS标准由两部分所组成 : 1 ISO/IEC 9506-1: 工业自动化系统 制造报文规范 Part 1: 服务定义 中国国家标准GB/T 16720.1-1996 2 ISO/IEC 9506-2:工业自动化系统 制造报文规范 Part 2: 协议规范 中国国家标准 GB/T 16720.2-1996 美国波音公司决定采用基于ISO OSI基本参考模型（包括MMS）的局域网协议（ TCP/IP）, 被称为TOP（技术和办公协议 ）,MMS -虚拟制造设备 (VMD),程序调用,有名变量,有名变量列表,文件,类型,信号,事件登录,事务处理,域,操作界面,日志,事件条件,事件活动,设备本身也是一个VMD对象,表示在VMD内的一个