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IEC61850工程应用建模标准 介绍内容 IEC61850标准简介应用建模标准与IEC61850对比统一数据类型定义统一逻辑节点定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告 2 IEC61850标准制定的背景 电力系统原来有IEC870 5 101 IEC870 5 103 DNP3 0等标准规约在广泛使用 这些规约主要面向以串口为通讯介质的微机装置时代 主要存在规约的应用功能比较有限 各厂家对应用功能自行扩充无法互操作 规约数据表达能力限制应用功能的发展 不支持装置间的通讯功能 3 IEC61850标准制定的背景 1995年国际电工委员会第57委员会 IECTC57 开始成立了3个工作组负责制定IEC61850标准 这3个工作组参考和吸收了已有的许多相关标准 于1999年3月提出了委员会的草案版本 标准的各个部分经过完善陆续于2003年 2004年正式发布为IEC61850系列国际标准 国内也从2001年开始研究翻译相关标准 并于04 06年发布等同采用IEC61850标准的DL T860系列标准 4 IEC61850标准制定的背景 IEC61850标准是迄今为止最为完善的变电站自动化标准 IEC61850是一个网络和计算机技术高度发展的产物 从2000年开始的嵌入式硬件技术 嵌入式操作系统技术的快速发展和广泛应用 为IEC61850在电力系统的应用创造了有利条件 从05年开始国内各个厂家开始陆续退出基于IEC61850的装置和系统 5 IEC61850标准制定的背景 同传统的IEC60870 5 103标准相比 IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约 而且是数字化变电站自动化系统的标准 指导了变电站自动化的设计 开发 工程 维护等各个领域 该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模 采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口 增强了设备之间的互操作性 可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接 从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平 实现完全互操作 6 IEC61850标准制定的背景 IEC61850解决的主要问题网络通信变电站内信息共享和互操作变电站的集成与工程实施 7 IEC61850通信系统的整体结构 8 IEC61850标准的主要内容 9 数据建模 IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型 它以服务器模型 逻辑设备模型 逻辑节点模型和数据对象模型建立了装置和变电站的数据模型 IEC61850定义了统一的XML配置语言用于描述这些数据模型 这些工作使得装置和变电站的数据变得透明化 使得数据变得确定化 满足数据读取和互操作的要求 10 数据自描述 和IEC608705 5系列标准采用面向点的数据描述方法不同 IEC61850标准对于信息均采用面向对象的数据自描述方法 该方法包含 1 定义各类数据对象类型 DOType DAType 2 多种类型的数据对象组成逻辑节点类型 LNType 3 多种类型的逻辑节点组成逻辑设备 最后形成装置模板4 通过多个装置实例 一次设备实例形成变电站数据5 定义了完整地描述这些数据对象的语言代码和方法6 定义了完整地描述面向对象的数据服务的方法 11 IEC61850对象命名 标准定义了逻辑设备名 逻辑节点名 数据类名和数据属性名几个层次结构根据该层次结构表示的数据对象名的命名规则如下 12 缩写 LDlogicaldevice如 PROTLNlogicalnode如 距离二段保护功能DOdataobject如 保护动作OpDAdataattribute如 动作值 时标等 13 LNType 设备类型 DO 数据表示设备状态 DO 数据表示设备参数 services 对设备的操作控制 Realworlddevice circuitbreaker Logicaldevice circuitbreaker mapping 实际设备与模型之间的关系 14 实际设备与模型之间的关系 15 逻辑节点分类 作为最基本的功能单元逻辑节点可以划分为13大类 以首字母区分 16 模型常用逻辑节点 17 模型常用逻辑节点 18 常用数据对象类型 19 20 介绍内容 IEC61850标准简介IEC61850工程应用建模标准统一逻辑节点定义统一数据类型定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告 21 应用建模标准总的原则 本标准严格遵循IEC61850标准 是IEC61850标准的细化和补充 规范了IEC61850标准中不明确的部分 本标准统一了IEC61850标准应用的数据类型定义 避免因各制造厂商数据类型不统一引起的数据类型冲突 避免因各种数据类型支持不同导致的实施困难 本标准统一了几种典型类型的设备的模型框架 对于一个包含多个虚拟设备的装置 该装置的各个虚拟设备应参照对应类型的设备的逻辑节点列表进行建模 本标准以国网保护标准设计规范为基础 统一扩充了各种保护所包含的逻辑节点和逻辑节点中的数据对象 本标准对GOOSE和SV的模型 配置和传输等方面进行了规范 22 逻辑节点类的定义 应用模型标准在IEC61850标准基础上 建立了符合国内应用要求的逻辑节点类定义 附录A列出了220kV及以上国网标准化装置需要统一扩充的逻辑节点类的定义附录B列出了110kV及以下国网标准化装置需要统一扩充的逻辑节点类的定义其它逻辑节点类和数据类应符合DL T860 74要求 不得扩充扩充信号和定值的命名空间为 SGCC 2009 在装置的ICD模型的dataNs中应标明 统一扩充的数据用E表示 ESG为国网标准化中定义的定值 EO为各厂家统一规范的自定义定值 也为可选项 23 逻辑节点定义对比 PDIF 24 逻辑节点定义对比 PDIS 25 逻辑节点定义对比 PDIS 26 逻辑节点定义对比 PTOC 27 逻辑节点定义对比 PTRC 28 新定义逻辑节点 29 新定义逻辑节点 30 新定义逻辑节点 31 数据类型的定义 IEC61850定义了相关的数据类型 数据属性存在可选 给实施带来困难统一定义的数据类型和属性采用前缀 CN 逻辑节点中按照IEC61850标准扩充的数据对象应包含数据的命名空间dataNs数据属性 非扩充的数据则可以不包含该数据属性 统一定义的数据类型提供带后缀 EX 和不带后缀的两类数据类型分别应用于这两种情况 逻辑节点PTRC的数据对象Op或Tr的数据类型分为了ACT和ACT 3P两种类型 其中ACT类型不包含可选的DA phsA phsB phsC neut ACT 3P则包含上述DA 保护装置应根据是否要带分相信息选择两种类型之一使用 32 数据类型的定义 对于ASG ING SPG等数据类型 当用于不分区定值时其FC属性为SP 用于分区定值时其FC属性为SG 为了适应这两种情况 统一定义了ASG SP ING SP SPG SP和ASG SG ING SG SPG SG分别用于不分区和分区的定值 统一定义的数据类型尽可能包含了应用需要的各个数据属性 装置无法提供或使用IEC61850标准中标为可选的数据属性时 该部分数据属性可不映射 并应在装置模型一致性声明文件中说明 33 数据对象类型定义对比 SPS 34 数据对象类型定义对比 SPC 35 数据对象类型定义对比 SPC 36 数据对象类型定义对比 ASG 37 数据对象类型定义对比 ASG 38 数据对象类型 CN INS Health 39 介绍内容 IEC61850标准简介应用建模标准统一逻辑节点定义统一数据类型定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告 40 线路保护模型框架 线路保护模型框架主要面向220kV及以上电压等级的线路保护 其它电压等级参照执行 线路保护包含的逻辑节点 其中标注M的为必选 标注O的为根据保护实现可选 模型分为主保护 后备保护 保护相关功能和接口几部分 充电保护 TV断线过流保护均是PTOC的不同实例 远方跳闸使用PSCH模型 远跳收发信和跳闸信号采用标准强制的ProTx ProRx Op信号 纵联距离保护由实例PDIS PSCH组成 纵联零序保护由实例PTOC PSCH组成 纵联方向保护由实例PDIR PSCH组成 重合闸检同期相关定值在自动重合闸RREC中扩充 不单独建模 41 线路保护模型框架 42 线路保护模型框架 43 线路保护模型框架 44 线路保护模型框架 45 2020 3 20 46 主变保护模型框架 变压器保护模型框架主要面向220kV及以上电压等级的变压器保护 其他电压等级参照执行 变压器保护包含的逻辑节点 其中标注M的为必选 标注O的为根据保护实现可选 模型分为主保护 后备保护 保护相关功能和接口几部分 部分逻辑节点根据500kV 220kV不同等级变压器可选 47 主变保护模型框架 48 主变保护模型框架 49 主变保护模型框架 50 主变保护模型框架 51 主变保护模型框架 52 主变保护模型框架 53 母差保护模型框架 母差保护模型框架主要面向220kV及以上电压等级的母差保护 其他电压等级参照执行 母差保护应按照面向对象的原则为每个间隔相应逻辑节点建模 如母差保护内含失灵保护 母差保护每个间隔单独建RBFR实例 用于不同间隔的失灵保护 失灵保护逻辑节点中包含复压闭锁功能 54 母差保护模型框架 55 母差保护模型框架 56 母差保护模型框架 57 母差保护模型框架 58 介绍内容 IEC61850标准简介应用建模标准统一逻辑节点定义统一数据类型定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告 59 虚端子模型 GOOSE SV输入输出信号为网络上传递的变量 与传统屏柜的端子存在着对应的关系 为了便于形象地理解和应用GOOSE SV信号 将这些信号的逻辑连接点称为虚端子 GOOSE SV发送数据集中的信号为装置的输出虚端子 GOOSE输入虚端子 为在以 GOIN 为前缀的GGIO逻辑节点实例中定义DO信号 DO信号与GOOSE外部输入虚端子一一对应 通过该GGIO中DO的描述和dU可以确切描述该信号的含义 作为GOOSE连线的依据 装置GOOSE输入进行分组时 采用不同GGIO实例号来区分 为在以 SVIN 为前缀的GGIO逻辑节点实例中定义DO信号为装置的SV输入虚端子 60 虚端子配置 在SCD文件中每个装置的LLN0逻辑节点中的Inputs部分定义了该装置输入的GOOSE SV连线 每一个GOOSE SV连线包含了装置内部输入虚端子信号和外部装置的输出信号信息 虚端子与每个外部输出信号为一一对应关系 Extref中的IntAddr描述了内部输入信号的引用地址 应填写与之相对应的以 GOIN SVIN 为前缀的GGIO中DO信号的引用名 引用地址的格式为 LD LN DO DA 装置应通过在ICD文件中支持多个AccessPoint的方式支持多个独立的GOOSE SV网络 在只连接过程层GOOSE SV网络的AccessPoint 应通过在相应LD的LN0中定义Inputs 接收来自相应过程层网的GOOSE SV输入 在相应LD的LN0中定义GOOSE SV数据集和GOOSE SV控制块用来发送GOOSE SV信号 61 GOOSE SV软压板 GOOSE出口软压板与传统出口硬压板设置点一致 按跳闸 合闸 启动重合 闭锁重合 沟通三跳 启动失灵 远跳等重要信号在PTRC和RREC中统一加Strp后缀扩充出口软压板 从逻辑上隔离这些信号的输出 具体见附录A 母差等涉及多个间隔的保护 按间隔设置间隔投退软压板 当软压板退出时应不接受相关GOOSE SV信号 如果相关间隔调试或未投运应不报断链告警 62 虚端子配置 63 GOOSE SV告警 GOOSE通信中断应送出告警信号 设置网络断链告警 在接收报文的允许生存时间的2倍时间内没有收到下一帧报文时判断为中断 双网时须分别提供断链告警 GOOSE通信时对接收报文的配置不一致信息须送出告警信号 判断条件为配置版本号及DA类型不匹配 保护装置的接收采样值异常应送出告警信号 设置对应合并单元的采样值无效和采样值报文丢帧告警 SV通信时对接收报文的配置不一致信息应送出告警信号 条件为配置版本号 ASDU数目及采样值数目不匹配 ICD文件中应配置有逻辑接点GOAlmGGIO和SVAlmGGIO 其中配置足够多的Alm用于相关告警系统组态生成SCD时添加相关的Alm的desc描述 64 GOOSE接收机制 65 SV发送机制 合并单元发送给保护测控的采样频率应为4K 秒 SV报文中每1个APDU部分配置1个ASDU 发送频率应固定不变 合并单元发送给其他装置的采样频率为12 8K 秒时 SV报文中每1个APDU部分配置8个ASDU SV报文中的采样值数据 样本计数应和实际采样点顺序相对应 样本计数应根据采样频率顺序增加并翻转 不能跳变或越限 SV采样值报文APPID应在4000 7FFF范围内配置 电压采样值为32位整型 1LSB 10mV 电流采样值为32位整型 1LSB 1mA 66 SV接收机制 SV采样值报文接收方应根据报文中的APPID确定报文所属的采样值接收控制块 SV采样值报文接收方应根据收到的报文和采样值接收控制块的配置信息 判断报文配置不一致 丢帧 编码错误等异常出错情况 并给出相应报警信号 SV采样值报文接收方应根据采样值数据对应的品质中的validity test位 来判断采样数据是否有效 以及是否为检修状态下的采样数据 67 SV同步机制 合并单元采用组网方式时 需要能够接收外部时钟同步信号来实现多个合并单元之间的同步采样 同步方式宜采用IEC61588V2对时方式 合并单元正常情况下对时精度应为 1us 守时精度范围为 4us 合并单元采样点应该和外部时钟同步信号进行同步 在同步秒脉冲时刻 采样点的样本计数应翻转置0 当外部同步信号失去时 合并单元应该利用内部时钟进行守时 当守时精度能够满足同步要求时 采样值报文中的同步标识位 SmpSynch 应为TRUE 当守时精度不能够满足同步要求时 采样值报文中的同步标识位 SmpSynch 应为FALSE 不论合并单元是否在同步状态 采样值报文中的样本计数均应在 0 采样率 1 的范围内正常翻转 68 GOOSE SV检修机制 检修状态检修状态通过装置压板开入实现 检修压板应只能就地操作 当压板投入时 表示装置处于检修状态 装置应通过LED状态灯 液晶显示或报警接点提醒运行 检修人员装置处于检修状态 69 GOOSE检修机制 当装置检修压板投入时 装置发送的GOOSE报文中的test应置位 GOOSE接收端装置应将接收的GOOSE报文中的test位与装置自身的检修压板状态进行比较 只有两者一致时才将信号作为有效进行处理或动作 对于测控装置 当本装置检修压板或者接收到的GOOSE报文中的test位任意一个为1时 上传MMS报文中相关信号的品质q的Test位应置1 70 SV检修机制 当合并单元装置检修压板投入时 发送采样值报文中采样值数据的品质q的Test位应置True SV接收端装置应将接收的SV报文中的test位与装置自身的检修压板状态进行比较 只有两者一致时才将该信号用于保护逻辑 否则应不参加保护逻辑的计算 对于状态不一致的信号 接收端装置仍应计算和显示其幅值 若保护配置为双重化 保护配置的接收采样值控制块的所有合并单元也应双重化 两套保护和合并单元在物理和保护上都完全独立 一套合并单元检修不影响另一套保护和合并单元的运行 71 介绍内容 IEC61850标准简介应用建模标准统一逻辑节点定义统一数据类型定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告 72 MMS双网冗余机制 采用双重化MMS通信网络的情况下 应遵循如下规范要求 双重化网络的IP地址应分属不同的网段 来自于网段不同 低位IP地址相同的TCP连接 被服务器端视为来自同一个客户端的冗余连接组 冗余连接组等同于IEC61850标准中的一个连接 服务器端应支持来自冗余连接组的连接 冗余连接组中只有一个网的TCP连接处于工作状态 可以进行应用数据和命令的传输 另一个网的TCP连接应保持在关联状态 只可进行非应用类型数据的传输 73 MMS双网冗余机制 由客户端控制使用冗余连接组中的哪一个连接进行应用数据的传输 来自于冗余连接组的连接应使用同一个报告实例号同一个缓冲区映像进行数据传输 客户端可以通过冗余连接组的任何一个连接对属于本连接组的报告实例进行控制 客户端应通过发送测试报文 如读取某个数据的状态 来监视冗余连接组的两个连接的完好性 客户端检测到处于工作状态的连接断开时 应通过冗余连接组另一个处于关联状态的连接清除本连接组的报告实例的使能位 写入客户端最后收到的本连接组的报告实例的EntryID 然后重新使能本连接组的报告实例的使能位 恢复客户端与服务器的数据传输 74 GOOSE SV双网冗余机制 GOOSE SV报文应通过两个网络同时发送 两个网络发送的GOOSE SV报文的多播地址 APPID应一致 对于同一次发送 两个GOOSE SV报文APDU部分应完全相同 GOOSE SV报文双网接收处理要实现两网的热备用 即任一个网络丢失一帧报文 不会造成装置丢失数据 在装置重启 网络合理的不确定延时的情况下 正确不处理冗余报文 同时不误丢弃报文 75 介绍内容 IEC61850标准简介应用建模标准统一逻辑节点定义统一数据类型定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告 76 故障报告 采用XML格式包含以下几部分信息 FaultStartTimeTripInfoFaultInfoDigitalStatusSettingValue 77 78 介绍内容 IEC61850标准简介应用建模标准统一逻辑节点定义统一数据类型定义典型装置的模型框架GOOSE SV模型 配置与传输双网冗余机制故障报告IEC61850工程化实施 79 IEC61850工程实施 IEC61850标准不仅仅是变电站通信的标准 而且是一个全变电站集成和实施的标准 标准第四部分描述