智能变电站IEC61850模型及通讯

1、IEC61850IEC61850模型及通讯模型及通讯 2 主主 要要 内内 容容 模型模型 智能变智能变 电站电站 建模建模 认知认知 工程工程 应用应用 一致一致 性测性测 试试 智能电智能电 网网 3 20002000 19901990 19801980 19701970 无通讯无通讯 点对点硬接线点对点硬接线 光子牌、喇叭等声光光子牌、喇叭等声光 私有和工业规约私有和工业规约 Modbus,CDT,U4fModbus,CDT,U4f等等 私有的规约私有的规约 公开规约公开规约 DNP DNP IEC 60870 -5-10XIEC 60870 -5-10X 标准规约标准规约 IEC 61

2、850IEC 61850国际标准国际标准 昨昨 天天 今今 天天 明明 天天 变电站规约发展历程变电站规约发展历程 4 IEC 61850IEC 61850目标目标 互操作性互操作性 来自一个或多个来自一个或多个厂家的厂家的IED之间交换之间交换 信息和正确使用信息完成各自功能的信息和正确使用信息完成各自功能的 能力能力 自由配置自由配置 标准需要支持各种策略以允许功能自标准需要支持各种策略以允许功能自 由分布，例如：集中式或分布式系统由分布，例如：集中式或分布式系统 长期稳定性长期稳定性 标准应向后兼容，以适应通讯技术和标准应向后兼容，以适应通讯技术和 系统要求的发展系统要求的发展 5 IE

3、C 61850IEC 61850特点特点 n开放性：开放性： 全部通信协议集将基于已有的全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/ OSIIEC/IEEE/ISO/ OSI可用的通信标准的可用的通信标准的 基础上；不考虑具体实现基础上；不考虑具体实现 n先进性：先进性： 采用采用ACSIACSI、SCSMSCSM、OOOO的技术的技术 采用抽象的采用抽象的MMSMMS作为应用层协议作为应用层协议 自我描述自我描述, ,在线读取在线读取/ /修改参数和配置修改参数和配置 采用采用XMLXML语言来描述变电站的配置语言来描述变电站的配置 n完整性：完整性： 适用对象几乎包容了变电站内所有

4、适用对象几乎包容了变电站内所有IEDIED，例如：，例如： 常规的测控装置、保护装置、常规的测控装置、保护装置、RTURTU、站级计算机、站级计算机、 可选的同期、可选的同期、VQCVQC装置装置 未来可能广泛使用的数字式一次设备如未来可能广泛使用的数字式一次设备如PTPT、CTCT、开关、开关 6 IEC61850IEC61850标准体系标准体系的内容的内容 系统概貌系统概貌 1 介绍和概述介绍和概述 2 术语术语 3 总体要求总体要求 4 系统和项目管理系统和项目管理 5 功能的通信要求和设备模型功能的通信要求和设备模型 数据模型数据模型 变电站和馈线设备的基本通信结构变电站和馈线设备的基

5、本通信结构 7-4 兼容逻辑节点类和数据类兼容逻辑节点类和数据类 7-3 公用数据类公用数据类 抽象通信服务抽象通信服务 变电站和馈线设备的基本通信结构变电站和馈线设备的基本通信结构 7-2 抽象通信服务接口（抽象通信服务接口（ACSI） 7-1 原理和模型原理和模型 配置配置 6 变电站自动化系统配置描述变电站自动化系统配置描述 语言语言映射到实际通信网络（映射到实际通信网络（SCSM） 8-1 映射到映射到MMS和和ISO/IEC8802-3 9-1 通过单向多路点对点串行通信链路采样值通过单向多路点对点串行通信链路采样值 9-2 ISO8802-3之上的采样值之上的采样值 测试测试 10

6、 一致性测试一致性测试 7 模型的概念模型的概念 模型模型 概念概念 应用应用 检测检测 建模建模 认知认知 8 模型是现实事物的某些代表性特点的表 示，可以是物理实体，也可以是某种图 形或者是一种数学表达式， 模型是对现实世界的简化，是为了简化 问题而做出的一种抽象，是对问题进行 的书面上的、图形或文字的、无歧义的 描述。 广义模型的概念广义模型的概念 9 IEC 61850IEC 61850模型实际上是从通信角度对模型实际上是从通信角度对IEDIED信信 息的组织和描述，主要息的组织和描述，主要解决通信内容问题解决通信内容问题。 IEC 61850IEC 61850所定义的通信服务主要所定

7、义的通信服务主要解决数据解决数据 访问方式问题访问方式问题。 数据模型和通信服务是数据模型和通信服务是IEC61850IEC61850最核心的部最核心的部 分分 IEC 61850IEC 61850模型和服务模型和服务 10 智能变电站系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较智能变电站系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较 好的了解各智能设备的行为、能力、互操作性，工程实施采用了好的了解各智能设备的行为、能力、互操作性，工程实施采用了面向对面向对 象象的方法，通过可扩展标记的方法，通过可扩展标记XMLXML语言语言，创建一个，创建一个包含基本数据模型及服包含基本数据模

8、型及服 务，但不包含务，但不包含IEDIED实例名称和通信参数实例名称和通信参数的文件，这个文件称为的文件，这个文件称为IEDIED能力描能力描 述文件述文件（IED Capability Description IED Capability Description ），文件通常以），文件通常以.icd.icd作为扩展作为扩展 名，因此该类文件统称为名，因此该类文件统称为ICDICD文件。文件。 * ICDICD文件仅经过文件仅经过IEDIED配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置 ，只是对现实，只是对现实IEDIED功能及能力的一个全面描

9、述。它功能及能力的一个全面描述。它伴随着装置程序伴随着装置程序同步同步 提供，是制作提供，是制作SCDSCD的必要前提元素。的必要前提元素。 智能变电站中的模型智能变电站中的模型 11 模型的概念模型的概念 103站中的模型站中的模型61850站中的模型站中的模型 12 模型的建模模型的建模 模型模型 概念概念 应用应用 检测检测 建模建模 认知认知 13 随装置程序，由研发人员同步提供，文件按固定格式填写随装置程序，由研发人员同步提供，文件按固定格式填写 GINGIN号或号或FUNFUN、INFINF号，形成号，形成devinf.txtdevinf.txt点表文件，描述装置点表文件，描述装置

10、 内信息；类似内信息；类似密码本密码本的作用，解析信息的对应关系的作用，解析信息的对应关系 优点：编码简单、直观优点：编码简单、直观 缺点：无自描述，需结合装置方能读懂缺点：无自描述，需结合装置方能读懂 IEC 103 IEC 103 模型创建模型创建 14 IEC 61850 IEC 61850 建模建模 15 IEC 61850 IEC 61850 建模建模 16 创建模型的目的：创建模型的目的： 寻求一种简明易懂的语言，该语言能够寻求一种简明易懂的语言，该语言能够清晰、准确、完整清晰、准确、完整地地 表达对问题的认识，在此基础上，以该语言为媒介，彼此沟表达对问题的认识，在此基础上，以该语

11、言为媒介，彼此沟 通，构造出未来系统的模型，通过该模型能通，构造出未来系统的模型，通过该模型能看到未来系统的看到未来系统的 静态和动态的样子静态和动态的样子，使人们在建造出实际系统之前就能够全，使人们在建造出实际系统之前就能够全 面了解未来系统，面了解未来系统，减少返工、出差错的可能性减少返工、出差错的可能性。 用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于 了解过程的实质。了解过程的实质。 建模的目的建模的目的 17 IEC 61850 IEC 61850 建模方法概述建模方法概述- -分分 分解应用功能和信息分解应用功能和信息 IE

12、C61850IEC61850将应用功能将应用功能分解分解为用于通信的为用于通信的最小功能最小功能 实体实体。分解的粒度取决于具体设备功能的分配与。分解的粒度取决于具体设备功能的分配与 分布。最小功能实体被称作分布。最小功能实体被称作逻辑节点逻辑节点。 基于功能，逻辑节点由一定的数据组成，每个数基于功能，逻辑节点由一定的数据组成，每个数 据具有专有的数据属性。数据和数据属性所表示据具有专有的数据属性。数据和数据属性所表示 的信息通过的信息通过通信服务通信服务进行交换。进行交换。 18 IEC 61850 IEC 61850 建模方法概述建模方法概述- -合合 逐级组合形成信息模型逐级组合形成信息

13、模型 功能分解得到的功能分解得到的数据属性数据属性、数据数据和和逻辑节点，逻辑节点，根根 据公用数据类、兼容逻辑节点的层次逐层组合。据公用数据类、兼容逻辑节点的层次逐层组合。 形成的功能最小实体形成的功能最小实体LNLN，根据其物理联系以及逻，根据其物理联系以及逻 辑联系组合形成辑联系组合形成IEDIED数据模型。数据模型。 19 IEC 61850 IEC 61850 建模方法概述建模方法概述 应用功能和信息的应用功能和信息的分解过程分解过程，即逻辑节点的，即逻辑节点的 产生过程（分解为公用逻辑节点）产生过程（分解为公用逻辑节点） 数据的数据的合成过程合成过程（用逻辑节点建立起装置的（用逻辑

14、节点建立起装置的 数据模型），即数据模型），即IEDIED模型的组成过程模型的组成过程 20 IEC 61850-7-X IEC 61850-7-X 定义的模型着眼于变电站定义的模型着眼于变电站数据通信特征数据通信特征和和功功 能能来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环境来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环境 镜像（电力系统过程、开关场）。镜像（电力系统过程、开关场）。 IEC61850IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以服服 务器模型务器模型、逻辑设备模型逻辑设备模型、逻辑节点模型逻辑节点模型和和数据对象模

15、型数据对象模型， 建立了变电站自动化系统中常用设备的建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型统一数据模型，满足，满足 互操作性要求互操作性要求 建模的方法：数据对象统一建模建模的方法：数据对象统一建模 21 u和和IEC60870-5IEC60870-5系列标准采用系列标准采用面向点面向点的数据描述方的数据描述方 法不同，法不同，IEC61850IEC61850标准对于信息均采用标准对于信息均采用面向对象面向对象 的数据自描述。的数据自描述。 1) 1) 定义完整的各类数据对象和逻辑节点、逻辑设备的定义完整的各类数据对象和逻辑节点、逻辑设备的 代码；代码； 2) 2) 定义用这些代码组成

16、的完整的描述数据对象的方法；定义用这些代码组成的完整的描述数据对象的方法； 3) 3) 定义一套面向对象的服务。定义一套面向对象的服务。 建模的方法：数据自描述建模的方法：数据自描述 22 独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口。独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口。 客户通过客户通过ACSIACSI，由特定通信服务映射（，由特定通信服务映射（SCSMSCSM）映射到所采用）映射到所采用 的通信栈或协议子集。的通信栈或协议子集。 IEC61850IEC61850标准使用标准使用ACSIACSI和和SCSMSCSM技术，解决了标准的稳定性与技术，解决了标准的稳定性与 未来网络技

17、术发展之间的矛盾，即当网络应用层协议和通信未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络应用层协议和通信 栈改变时，只要改动栈改变时，只要改动SCSMSCSM。 建模的方法：抽象通信服务接口建模的方法：抽象通信服务接口(ACSI)(ACSI) 23 抽象通信服务接口抽象通信服务接口 工工 业自业自 动化系动化系 统制造统制造 报文报文 （MMS） IEC-61850 24 模型的概念模型的概念 模型模型 概念概念 应用应用 检测检测 建模建模 认知认知 25 ICDICD模型的整体结构模型的整体结构 26 ICDICD模型的模型的LNLN类型模板类型模板 396号文件号文件 6.1.5章节章节 27 I

18、CDICD模型的模型的DODO类型模板类型模板 396号文件号文件 6.1.6章节章节 28 ICDICD模型的模型的DADA类型模板类型模板 396号文件号文件 6.1.7章节章节 29 ICDICD模型的模型的DADA枚举类型模板枚举类型模板 396号文件号文件 6.1.7章节章节 30 IEDIED实例实例ICDICD模型模型 31 广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机 Server Server 描述了一个设备外部可见（可访问）的行为描述了一个设备外部可见（可访问）的行为 IEDIED中的服务器提供中的服务器提供通讯通讯及

19、及保护功能保护功能服务服务 服务器（服务器（ServerServer） 32 通讯的入口参数，与服务器一一对应通讯的入口参数，与服务器一一对应 是服务器提供服务的一个通道入口，是客户是服务器提供服务的一个通道入口，是客户/ /服务器通讯模服务器通讯模 式中，两者进行通信的接口式中，两者进行通信的接口 采用采用不同访问点不同访问点分别与变电站层和过程层进行通信分别与变电站层和过程层进行通信 访问点（访问点（APAP） 33 服服 务务 器器 所所 支支 持持 的的 各各 种种 基基 本本 服服 务务 服务（服务（ServiceService） 34 服服 务务 器器 所所 支支 持持 的的 各各

20、 种种 常常 用用 服服 务务 服务（服务（ServiceService） 35 逻辑设备：逻辑设备： 若干逻辑功能的集合，若干逻辑功能的集合， 逻辑上虚拟的装置。逻辑上虚拟的装置。 某些具有公用特性的逻某些具有公用特性的逻 辑节点组合成一个逻辑辑节点组合成一个逻辑 设备。设备。 LD LD 不宜划分过多，保不宜划分过多，保 护功能宜使用一个护功能宜使用一个 LD LD 来表示来表示 逻辑设备逻辑设备 36 逻辑节点：逻辑节点： 以若干数据对象以若干数据对象 为元素，实现某为元素，实现某 一功能的一个模一功能的一个模 块。块。 每个每个最小功能单最小功能单 元元建模为一个建模为一个LN LN

21、对象，对象， 属于同属于同 一功能对象的数一功能对象的数 据和数据属性据和数据属性应应 放在同一个放在同一个 LN LN 对象中对象中 逻辑节点逻辑节点 37 广义数据对象：广义数据对象： 指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事 物物( (例如，宽度例如，宽度) )不是数据对象。不是数据对象。 智能变电站中的数据对象：智能变电站中的数据对象： 具有多种属性的某一设备的一个功能子集。具有多种属性的某一设备的一个功能子集。 POSPOS（位置）：断路器位置（位置）：断路器位置 OPOP（动作）：保护动作对象（动作）：保护动作对象 数据对象（

22、数据对象（Data ObjectData Object） 38 数据对象（数据对象（Data ObjectData Object） 39 广义属性广义属性 事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分 离的特性，又是事物某个方面质的表现。离的特性，又是事物某个方面质的表现。 智能变电站中的数据属性智能变电站中的数据属性 即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以 是自定义的属性。是自定义的属性。 值属性（数据类型可以是值属性（数据类型可以是FloatFloat、BoolBool

23、、INTINT） 控制属性（自定义的控制属性（自定义的CheckCheck、TestTest等）等） 品质属性（自定义的品质属性（自定义的q q） 时标属性（时标属性（UTCUTC时标时标t t） 数据属性数据属性 40 数据属性数据属性 41 模型的检测模型的检测 模型模型 概念概念 应用应用 检测检测 建模建模 认知认知 42 调试流程中的模型检测调试流程中的模型检测 43 ICDICD模型作为智能变电站的信息来源，其规范性和正确性会模型作为智能变电站的信息来源，其规范性和正确性会 影响到后续调试工作。影响到后续调试工作。 模型一致性检测模型一致性检测 ICDICD应是经应是经KEMAKE

24、MA测试过的认证模型；测试过的认证模型； 国内外工程应用环境的不同，国内工程多遵循在国内外工程应用环境的不同，国内工程多遵循在IEC61850IEC61850基础上修改基础上修改 扩充的国网标准，允许厂商在扩充的国网标准，允许厂商在KEMAKEMA认证的基础上进行扩充修改认证的基础上进行扩充修改ICDICD； 作为集成商，工程配置开始前，推荐使用作为集成商，工程配置开始前，推荐使用ICDCheckICDCheck工具校验工具校验ICDICD是否是否 满足国网标准满足国网标准 模型检测的必要性模型检测的必要性 44 模型的应用模型的应用 模型模型 概念概念 应用应用 检测检测 建模建模 认知认知

25、 45 工程配置流程工程配置流程 监控、远动监控、远动 系统规格文件系统规格文件 IEDIED能力描述能力描述 文件文件 装置实例配置装置实例配置 文件文件 装置组态工具装置组态工具 系统组态工具系统组态工具 系统组态工具系统组态工具 南瑞继保南瑞继保 变电站系统配变电站系统配 置文件置文件 其它厂商其它厂商 46 智能变电站的全景信息体现在智能变电站的全景信息体现在SCDSCD文件中，文件中， ICDICD作为各作为各IEDIED的配置描述文件，包含装置信的配置描述文件，包含装置信 息，因此在智能变电站中，息，因此在智能变电站中，ICDICD文件是文件是IEDIED的的 能力及信息描述文件，

26、也是能力及信息描述文件，也是SCDSCD文件的信息源文件的信息源 应用场合应用场合 47 IEC61850IEC61850及及MMSMMS通讯通讯 MMS 通讯通讯 SCSM 映射映射 初始初始 化服化服 务务 报告报告 服务服务 文件文件 服务服务 读写读写 服务服务 IEC 61850 48 采用采用C/SC/S服务模式，即客户端服务模式，即客户端/ /服务器模式服务器模式 基于基于TCP/IPTCP/IP通讯通讯 IEDIED作为服务器端，提供服务作为服务器端，提供服务 监控、远动、保护子站作为客户端监控、远动、保护子站作为客户端 IEC61850IEC61850通讯环境通讯环境 以太网

27、线以太网线 Server Client MMS 49 MMSMMS（manufactoring message specificationmanufactoring message specification） 即制造报文规范，是即制造报文规范，是ISO/IEC9506ISO/IEC9506标准所定义的一标准所定义的一 套用于工业控制系统的通信协议。套用于工业控制系统的通信协议。 MMSMMS是由是由ISO TC184ISO TC184开发和维护的网络环境下，计算开发和维护的网络环境下，计算 机或机或IEDIED之间交换实时数据和监控信息的一套独立之间交换实时数据和监控信息的一套独立 的的国际标准报文规