IEC61850标准

1、1 IEC61850IEC61850标准介绍标准介绍 南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司 2 IEC61850IEC61850标准的目的标准的目的 IEC61850IEC61850标准的简介标准的简介 IEC61850IEC61850标准的应用标准的应用 3 IEC61850IEC61850的目的的目的 统一通信标准统一通信标准 目前电站自动化系统通信存在的问题：目前电站自动化系统通信存在的问题： 通信介质不统一：通信介质不统一： RS422/485/232 RS422/485/232 各厂商均有各厂商均有 Worldfip Worldfip 南瑞继保南瑞继保 CANCAN网网

2、国外厂商使用较多国外厂商使用较多 lonlon网网 部分厂家用部分厂家用 以太网以太网 各厂商均有各厂商均有 4 IEC61850IEC61850的目的的目的 统一通信标准统一通信标准 目前电站自动化系统通信存在的问题：目前电站自动化系统通信存在的问题： 通信协议不统一：通信协议不统一： 103103规约规约 各厂商均有，但各不相同各厂商均有，但各不相同 Modbus Modbus 国外厂商采用较多国外厂商采用较多 DNP3.0 DNP3.0 美洲厂商采用较多，如美洲厂商采用较多，如:SEL:SEL Open2000 Open2000 南瑞科技南瑞科技 网络网络103 103 南瑞继保南瑞继保

3、 5 IEC61850IEC61850的目的的目的 统一通信标准统一通信标准 自动化系统存在的问题：自动化系统存在的问题： 通信差异影响自动通信差异影响自动 化集成度，导致实化集成度，导致实 际自动化性能没有际自动化性能没有 预想的高。预想的高。 6 IEC61850IEC61850的目的的目的 统一通信标准统一通信标准 统一通信标准的特征统一通信标准的特征 基于已有的基于已有的IEC/IEEE/ISO/OSIIEC/IEEE/ISO/OSI可用的通信可用的通信 标准的基础上标准的基础上 采用协议是开放的并支持设备自我描述，以采用协议是开放的并支持设备自我描述，以 达到增加新功能的可能性达到增

4、加新功能的可能性 基于电力工业的相关需求的数据对象基于电力工业的相关需求的数据对象 通信的语法和语义将基于采用电力系统相关通信的语法和语义将基于采用电力系统相关 的共同数据对象的共同数据对象 7 IEC61850IEC61850的目的的目的 统一工程实施标准统一工程实施标准 规范设备逻辑模型规范设备逻辑模型 规范设备通信接口规范设备通信接口 规范变电站层次结构规范变电站层次结构 规范设备配置文本及描述配置文本的语言规范设备配置文本及描述配置文本的语言 8 IEC61850IEC61850的目的的目的 互操作性互操作性 为不同厂家设备可平等地交换信息和使为不同厂家设备可平等地交换信息和使 用这些

5、信息执行特定的功能用这些信息执行特定的功能 自由配置性自由配置性 根据实际需要配置通信内容，做到通信根据实际需要配置通信内容，做到通信 量的可剪裁性。同时也满足用户集中式和分量的可剪裁性。同时也满足用户集中式和分 散式的要求散式的要求 长期应用性长期应用性 模型相对固定，适应不断发展通信技术，模型相对固定，适应不断发展通信技术， 使得自身具有进化性。使得自身具有进化性。 9 IEC61850IEC61850的简介的简介 三层架构及逻辑接口三层架构及逻辑接口 IF1：间隔层和站层之间交 换保护数据 IF2：间隔层和远方保护之 间交换保护数据 IF3：间隔层之间交换数据 如保护和控制设备间 IF4

6、：间隔层和过程层之间 交换采样数据 IF5：间隔层和过程层之间 交换控制数据 IF6：间隔层和站层之间交 换控制数据 IF7：站层和远方工程师之 间交换数据 IF8：间隔层之间直接快速 交换数据，如联锁 IF9：站层之间交换数据 IF10：站层和远方控制中 心之间交换数据 10 IEC61850IEC61850的简介的简介 各章节介绍各章节介绍 章节5 装置模型和功能的通信要求 章节1 3介绍和概述/术语/总体要求 系系 统统 概概 述述 和和 要要 求求 通通 信信 网网 络络 通通 信信 映映 射射 章节8-1 SCSM映射到MMS和ISO/IEC 8802-3 章节9-1 SCSM映射-

7、通过单向多路点对点串行 通信链路的采样值 章节9-2 SCSM映射-通过ISO/IEC 8802-3 的采样值 Scada通信服务通信服务 章节7-2 变电站/装置基 本通信结构(ACSI) 数数 据据 模模 型型 章节7-3 公用数据类定义(CDC) 章节7-4 逻辑节点和数据类定义 实时通信实时通信 GOOSE、采样值 章节7-2 变电站/装置基 本通信结构(ACSI) 装装 置置 章节6 IED通信配置描述语言 章节4 系统和项目管理 系系 统统 施施 工工 和和 工工 程程 管管 理理 一一 致致 性性 测测 试试 (章节10) 11 IEC61850IEC61850的简介的简介 设备

8、建模设备建模 为什么要建立设备模型？为什么要建立设备模型？ 以前通信标准（协议）没有模型概念，以前通信标准（协议）没有模型概念， 所有信息都是与规约报文组织方式一一对应，所有信息都是与规约报文组织方式一一对应， 通用性及自定义性不强。通用性及自定义性不强。 设备模型可以映射到不同地通信协议，设备模型可以映射到不同地通信协议， 适应通信技术的发展适应通信技术的发展 通过模型配置，可以任意根据实际情况通过模型配置，可以任意根据实际情况 配置变电站通信内容，可优化站内通信量配置变电站通信内容，可优化站内通信量 12 IEC61850IEC61850的简介的简介 设备建模设备建模 如何为设备建立模型？

9、如何为设备建立模型？ 以功能为基本单位建立逻辑节点（以功能为基本单位建立逻辑节点（LNLN） 多个不同功能（多个不同功能（LNLN）的集合组成逻辑装）的集合组成逻辑装 置（置（LDLD） 一个或多个逻辑装置（一个或多个逻辑装置（LDLD）组成实际设）组成实际设 备的逻辑模型备的逻辑模型 13 IEC61850IEC61850的简介的简介 设备建模设备建模 如何为设备建立模型？如何为设备建立模型？ 采用模型中服务（采用模型中服务（servicesservices）的方式完）的方式完 成电力系统通信的多种通信内容成电力系统通信的多种通信内容 设备的整体逻辑模型采用树形方式，层设备的整体逻辑模型采用

10、树形方式，层 次清晰，便于查询次清晰，便于查询 为了规范模型结构，为了规范模型结构，IEC61850IEC61850标准预先标准预先 定义了部分逻辑节点模型定义了部分逻辑节点模型 14 IEC61850IEC61850的简介的简介 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 15 服务器 Server 逻辑装置 Logic Device （LD） 逻辑节点 Logic Node （LN） 数据（对象） Data Object （DO） 数据属性 DataAttri

11、bute （DA） 数据集 DataSet 取代(人工置数) Substitute 定值 Setting-Group-Control-Block（SGCB ） 报告/日志 Report/Log-Control-Block （RCB ） 通用变电站事件 GSE 控制(遥控) Control 采样传输控制 SMV 对时 Time 文件传输 File Transfer 装置模型基本构成 装 置 信 息 模 型 装 置 通 信 服 务 模 型 16 IEC61850IEC61850的简介的简介 IEC61850 7-4规定的LN组 A 自动控制 (2)C 监控 (5) G 通用功能 (3)I 接口和存

12、档 (4) L 系统逻辑 (2)M 计量和测量 (8) P 保护功能 (28)R 保护相关功能 (10) S 传感器和监视 (4)T 仪用互感器 (2) X 开关设备 (2)Y 变压器及相关 (4) Z 其他设备 (15) 17 装置模型结构图 服服 务务 器器 逻逻 辑辑 装装 置置 1 逻辑节点 (x) 数据 (i) 数据1属性1 数据集 逻辑节点0 物理装置节点 数据1属性n 报告/日志 数据 (i) 数据集 报告/日志 定值 GOOSE/GSSE 采样传输 取代 控制 对时 文件 逻逻 辑辑 装装 置置 (x) 逻辑节点 (x) 数据 (i) 数据1属性1 数据集 逻辑节点0 物理装置

13、节点 数据1属性n 报告/日志 数据 (i) 数据集 报告/日志 定值 GOOSE/GSSE 采样传输 取代 控制 对时 文件 图例说明 通信服务模型通信服务模型 装置信息模型装置信息模型 IEDIED 18 建模时将物理功能映射成逻辑功能 实际装置实际装置 CPU1CPU1 开关控制开关控制 同期控制同期控制 CPU3CPU3 差动保护差动保护 距离保护距离保护 虚 拟 装 置 保护功能 测量功能控制功能 CPU2CPU2 测量功能测量功能 差动保护 PDIF 距离保护 PDIS 过流保护 PTOC 计量类测量 MMTR 相序测量 MSQI 开关/刀闸 遥控 CSWI 开关位置 XCBR 同

14、期控制 RSYN 19 树形层次 实际装置实际装置 CPU1CPU1 开关控制开关控制 同期控制同期控制 CPU3CPU3 差动保护差动保护 距离保护距离保护 虚 拟 装 置 保护LD PDIF1 Op stVal t q HiSet setMag f PDIF2 Op HiSet CPU2CPU2 测量功能测量功能 测量LD MMXU1 TotW Mag t q PhV setMag f MMXU2 phsA cVal q 控制LD RSYN1 DifV DifHz CSWI1 Pos ctlVal q 20 表示逻辑节点某一特定信息。 例如： 表示浮点型定值 表示遥测量 通常来说，数据对象

15、代表电力系统某一特定属性 IEC61850 7-3给出了标准数据对象的定义。这些定义统 称为通用数据类（Common Data Class，简称CDC） CDC几乎涵盖了电力系统能用到的所有属性 数据对象（DO） 21 7-4章中定义的差动保护(PDIF)逻辑节点包含的数据对象 数据对象举例 7-3章中定义章中定义 的标准的标准CDC 数据对象名称数据对象名称 22 每一个数据对象都有多个数据属性（DA），表示逻辑 节点特定信息的不同属性。 例如:PDIF节点中LinCapac（线路电容定值） LinCapac类型为ASG（模拟量定值） ASG规定LinCapac有以下属性： 表示“定值”属性

16、的setMag (即该定值的实际值) 表示“单位”属性的units 表示“步长”属性的stepSize 表示“范围”属性的minVal 、maxVal 表示“描述”属性的DU . 数据属性（DA） 功能约束 （FC） 23 每一个数据对象（DO）有多个数据属性： “定值” 、“单位”、“步长”、“范围”、 “描述” 每一个数据属性按照不同用途、不同功能再做进一步 分类，就是功能约束（Function Constrait） “定值”属性可以用于表示当前区定值，SE “定值”属性可以用于表示编辑区定值，SG “单位”、“步长”、“步长”、“范围”属性用 于表示定值的一种配置，CF “描述”属性用于

17、说明定值的名称或详细解释， DC 数据属性（DA） 功能约束 （FC） 24 表示对用户感兴趣的数据、数据属性等的集合 用途： 集合经常需要与客服端（后台/主站）经常交流的 数据，例如：需要发送报告的内容 保护的动作SOE 保护的遥信变位 保护的告警信息 保护的动作相关信息（故障电流/测距） 测控的开入变为 测控的遥测量值 联锁或跳闸的GOOSE信息 数据集 （Data Set） 25 数据集实例 26 表示客服端（后台/主站）与设备、设备与设备间 通信规范。 “读”服务，客服端读取设备模型、数据结构、数据 值 “写”服务，客服端远程修改设备数据值 “读/写定值”服务 “报告”服务，设备向客服

18、端主动上送信息或客服端 对 设备进行总查询等 “文件传输”服务，主要用于COMTRADE文件传输 通信服务（Service） 27 “读”服务能够完成所有设备信息的传送，但是 “读”服务是双向的，不能满足电力系统实时信息上 送的要求。 采用“报告”能实时完成信息上送（后台）。 “报告”上送的内容是经过挑选在数据集中的内 容 例如： 保护动作的SOE “报告”可以采用多种方式： 主动上送-数据变化（DCHG） -品质变化（QCHG） 周期上送-根据客户端定义的时间 总查询上送 报告服务 （Report） 28 日志服务（Log），历史时间查询 定值服务，定值读取/修改，定值区切换 替代服务（Sb

19、ustitute），人工置数 文件服务，传输文件 对时服务，采用SNTP网络对时 采样传输服务，数字化采样时测量量传输 GOOSE/GSE服务 其他服务 29 设备的模型建立后，需要用文本将其描述 文本类型： CID文本，配置IED的描述文件 ICD文本，IED能力描述文件 SCD文本，变电站配置文件 文本采用的描述语言： XML语言，一种通用的网络描述语言 文本的应用： CID文本，IED的私有文件，各厂商根据自身 情况自己定义 ICD文本，需要提供给系统集成方，必须采用 通用的XML语言，与IED模型一致 SCD文本，系统集成方根据各IED的ICD文本 集成后，描述变电站实际配置 IEC6

20、1850文本配置 30 采用MMS通信协议，一种比较成熟的工业通信规范 将设备的模型映射到MMS的各种通信模型/方式 报告 information 数据集 named variable list 读/写 read/write 通信协议升级或发生变化，只需要将相应的映射关系 重新调整即可，做到IEC61850标准自适应 IEC61850通信协议 31 协协 议议 栈栈 接接 口口 Client /Server 通通讯讯 模模拟拟量量采采样样值值 (SAV) 模模型型 (对对象象,服服务务) 抽抽象象通通讯讯 服服务务接接口口 (ACSI) 实实实实时时时时性性性性要要要要求求求求 以以太太链链路

21、路层层 带带优优先先级级的的以以太太物物理理层层 IP TCP MMS 特特定定通通讯讯服服务务映映射射(SCSM) 通通用用变变电电站站对对象象事事件件 (GOOSE) 通通 讯讯 技技 术术 应应用用领领域域： 变变电电站站自自动动化化 32 GCB的通过客户端访问 发送为Peer-to-Peer 对等通信 订阅/发布方式，双方的关系体现 利用IEEE 802.1p/q标准 高优先级，传输速度快，理论传输时间4ms GOOSE应用 33 重发机制 T0没有事件发生时的重发时间(最小间隔) T1发生事件后的最短的重发时间(最大间隔) T2、T3逐渐接近T0 T1T2T3T0 GOOSE应用

22、34 GOOSE通信过程 传 输 时 间 事件事件 35 IED之间逻辑闭锁信息传输 GOOSE应用 发布方发布方 组播地址组播地址x 发布方发布方 组播地址组播地址x 订阅方订阅方 组播地址组播地址x 发布方发布方 组播地址组播地址y 订阅方订阅方 组播地址组播地址y 交换机利用虚拟局域网(VLAN)技术 控制GOOSE发送方向 36 一台IED向多台IED发送GOOSE跳闸信息 快速性（4ms） GOOSE应用 合并单元合并单元 GOOSE跳闸跳闸 GOOSE跳闸跳闸 GOOSE跳闸跳闸 37 GOOSE应用 GOOSE发送信息为数据集中内容 数据集可以动态修改 38 GOOSE应用 GO

23、OSE发送过程 开关/刀闸位置数据集 发布方 订阅方 39 GOOSE应用 GOOSE发送内容数据集 内容丰富、灵活 以模型为基础，可以任意配置 模型中任意数据模型中任意数据 数据集数据集 发布方发布方 组播方式组播方式 40 GOOSE应用 GOOSE配置 最小间隔时间15000ms 最大间隔时间100030000ms，可以人工配置 MAC-Adress 发送GOOSE报文的组播地址的最低的两个字节(共6字节，前四 个字节固定为010ccd01), 范围为0000至0 x01ff AppId 发送GOOSE报文的AppId，可人工修改 VlanId 发送GOOSE报文的VlanId，范围0到

24、0 xFFF Vlan-Priority 发送GOOSE报文的优先级，默认值为4，范围0到7 41 GOOSE应用 GOOSE配置 Dataset name 发送GOOSE数据集名称，字符串 GSEControl name 发送GOOSE控制块名称，字符串 ConvRef 发送GOOSE配置的版本号 42 IEC618509-1规定了用于间隔层和过程层 之间通信的特定通信服务映射，它规定了建立 在与IEC 60044-8相一致的单向多路点对点连 接之上的映射。 它可用于变电站内电子式电流互感器 (ECT)或电压互感器(EVT)的合并单元与诸如 继电保护这样的间隔层设备之间的通信。 IEC61850IEC61850的简介的简介 43 61850-9-1 特定通信服务映 射(SCSM) 单向多路点对点串行 通信链路的采样值 该标准将61850-7中有关采 样测量值传输的部分映射过来， 形成了基于802.3,采用无应答无连 接，不使用网络层、传输层、会 话层及表示层的应用层协议,该协 议适用于间隔级设备和过程级设 备间的通信。 IEC61850IEC61850的简介的简介 保护保护