ie工业工程_电网公司技术培训课件

IEC61850技术 任雁铭yanming sf 2008 7 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变电站网络结构工程案例分析 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 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 一个世界 一种技术 一个标准IECTC57WG10 11 12制订 1995 2005 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 互操作性数据模型1 现有技术优点 简单 容易实现 缺点 不能满足用户各种需求 往往需要扩充 扩充后不能相互识别 无法互操作 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 能够互操作 缺点 实现复杂 对硬件要求高 IEC61850与传统技术比较 信息模型 IEC61850数据组织示例 MMXU2 MX A Feeder 2CurrentMeasurements IEC61850技术与传统技术比较 通信协议 通信协议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 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 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 IEC61850技术与传统技术比较 通信服务 IED之间逻辑互锁 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 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 IEC61850技术与传统技术比较 通信服务 通信服务层次 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 3IEC61850 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 PhysicalDevice networkaddress LogicalDevice e g Relay1 MMXU1 MMXU2 DO DO DA DA LogicalNodes 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 IEC61850标准介绍 数据模型 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 GOOSESenderDeviceX GOOSEReceiverDeviceY GOOSEReceiverDeviceZ 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 GOOSEmessage 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 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 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 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 IEC61850问题汇集机制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 IEC61850ED2TISSUESNewTISSUES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 IEC61850ED2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 6ED1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 IEC61850ED3TISSUES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技术发展 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 工程案例分析 聂刘330kV变电站 工程案例分析 聂刘330kV变电站 第一个IEC61850330kV变电站 北京四方作为系统集成商 提供监控和大部分保护 间隔层 北京四方 测控装置 高压线路保护 中压线路保护 变压器保护 低压馈线保护 低压系列测保一体装置南瑞继保 高压线路保护 变压器保护 母线保护国电南自装置 远跳装置 中压线路保护深圳南瑞装置 母线保护投运时间 2007年6月28日 工程案例分析 聂刘330kV变电站 出现的问题 1 模型不正确 内外不一致 2 服务不规范 解决办法 1 预联调2 要求修改 工程案例分析 聂刘330kV变电站 模型实例 工具实例 系统配置器实例 工程案例分析 郭家屯220数字化变电站 工程案例分析 郭家屯220kV变电站 唐山郭家屯变电站1 完整3层结构2 ECT EPT 智能单元3 保护GOOSE网络跳闸4 全面取消二次电缆硬链接5 220kV测保一体化 工程案例分析 郭家屯220kV变电站 连接站控层的计算机和间隔层IED 采用客户 服务器模式通信 站控层计算机为客户端 间隔层IED为服务器 完成IED级的五防功能 采用基于发布 订阅模式通信的GOOSE报文 可以用100M光以太网或电以太网 间隔层网络 连接间隔层IED和过程层IED 例如合并单元 智能单元 采用发布 订阅模式通信 主要完成传输测保装置需要的采样值 SV 和开关量 GOOSE 一般用100M光以太网 过程层网络 包括变电站监控系统 远动系统 防误闭锁系统 保护信息管理系统 通讯监控系统 电量远传系统 安防监视系统及火灾报警系统的功能 站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850进行通信 实现网络共用 信息共享 站控层设备 包括测保装置 计量装置 录波装置 归约转换装置的功能 采用通信手段解决跨间隔的数据传输 例如启动失灵 闭锁重合闸 间隔层设备 由于过程层交换机地位等同于原CT PT回路 必须具备较高的电磁兼容指标 有较宽的工作温度范围 支持直流供电 并且是无风扇设计 具备优先级 Qos 虚拟局域网