北京四方IEC61850技术培训ppt课件

1、IEC61850技术任雁铭yanmingsf-auto2021-7内容提要n IEC61850开展历程n IEC61850与传统技术比较n IEC61850规范引见n IEC61850与数字化变电站的关系n IEC61850的缺乏与开展n IEC61850变电站网络构造n 工程案例分析n IEC61850开展历程开展历程-现有技术及问题现有技术及问题n SAS在国外有20多年历史，国内有10多年历史。n 多种网络与私有协议并存。n 无法互操作。n IEC61850开展历程开展历程-制定过程制定过程n 目的：互操作性不是互换性。n 一个世界，一种技术，一个规范n IEC TC57 WG10、11

2、、12 制定19952005。n 2005年至今修订，2021年出第2版。n 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。n 是一个非常庞大的规范体系，不仅仅是一个通讯协议。IEC61850与传统技术比较与传统技术比较n 互操作性 n 数据模型n 通讯效力 n 工程配置n 影响范围IEC61850技术技术-与传统技术比较与传统技术比较n 互操作性互操作性n n 数据模型数据模型n 1现有技术现有技术n 优点：优点：n 简单，容易实现。简单，容易实现。n 缺陷：缺陷：n 不能满足用户各种需求，往往需求扩展；不能满足用户各种需求，往往需求扩展；n 扩展后不能相互识别，无法互操作。扩展

3、后不能相互识别，无法互操作。IEC61850技术技术-与传统技术比较与传统技术比较n 数据模型数据模型n 1IEC61850技术技术n 优点：优点：n 可以满足各种可以满足各种IED的个性化需求；的个性化需求；n 可以互操作；可以互操作；n 缺陷：缺陷：n 实现复杂，对硬件要求高。实现复杂，对硬件要求高。 IEC61850与传统技术比较与传统技术比较-信息模型信息模型n IEC61850数据组织例如：Physical Device(network address)Logical Device(e.g. Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAVLogical NodesFunctional

4、 Constraint“MMXU2$MX$A =Feeder #2 Current MeasurementsIEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-通讯协议通讯协议n 通讯协议通讯协议 n 1传统技术不严厉分层，运用层与底层联络比传统技术不严厉分层，运用层与底层联络比较严密。效力种类不能满足数字化变电站需求，不较严密。效力种类不能满足数字化变电站需求，不支持在线效力。支持在线效力。n 2IEC61850定义了独立于所采用网络和运用层定义了独立于所采用网络和运用层协议的通讯效力。处理了规范的稳定性与未来网络协议的通讯效力。处理了规范的稳定性与未来网络技术开展之间的矛盾。技术开展之间

5、的矛盾。n 3IEC61850定义了定义了60多种效力，可以满足变电多种效力，可以满足变电站通讯需求。支持在线获取数据模型，也支持站通讯需求。支持在线获取数据模型，也支持IED程度通讯程度通讯GOOSE报文报文 。IEC61850与传统技术比较与传统技术比较-通讯效力通讯效力n 通讯效力-数据访问的方法n IEC61850定义了60多种效力，可满足数字化变电站通讯需求。n 特点：n 1支持在线获取数据模型；n 2支持维护设备之间横向通讯GOOSE报文 。IEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-通讯效力通讯效力n 传统IED之间沟通方式：n IEC61850技术与传统技术比较技术与

6、传统技术比较-通讯效力通讯效力n IED之间逻辑互锁：n 61850 GOOSEIEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-通讯效力通讯效力n IED之间通讯的要求：n 11台设备同时向多台设备发报文；n 2快速性4ms； . . . Bkr 1RelayTripBkr 2RelayBkr NRelayBkr 3RelayBFIIEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-通讯效力通讯效力上层定义与底层网络技术分开定义，可以随网络技术而开展IEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-通讯效力通讯效力IEC61850技术与传统技术比较拗技术与传统技术比较拗-通讯效力通

7、讯效力IEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-通讯效力通讯效力n 通讯效力层次IEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-工程配置工程配置IEC61850技术与传统技术比较技术与传统技术比较-影响范围影响范围IEC61850规范引见规范引见-文件构成文件构成 n 系统概貌系统概貌 n IEC61850-1 引见和概述引见和概述n IEC61850-2 术语术语n IEC61850-3 总体要求总体要求n IEC61850-4 系统和工程管理系统和工程管理 n IEC61850-5 功能的通讯要求和设备模型功能的通讯要求和设备模型n 数据模型数据模型n IEC61850-

8、7-4 兼容逻辑节点类和数据类兼容逻辑节点类和数据类n IEC61850-7-3 公用数据类公用数据类IEC61850规范引见规范引见-文件构成文件构成 n 笼统通讯效力笼统通讯效力n IEC61850-7-1 原理和模型原理和模型n IEC61850-7-2 笼统通讯效力接口笼统通讯效力接口ACSI n 映射到实践的通讯网络映射到实践的通讯网络n IEC61850-8-1 映射到映射到MMS和和ISO/IEC8802-3n IEC61850-9-1经过单向多路点对点串行通讯链路经过单向多路点对点串行通讯链路采样值采样值 n IEC61850-9-2 经过经过ISO/IEC8802-3传输采样

9、值传输采样值IEC61850规范引见规范引见-文件构成文件构成 n 配置配置n IEC61850-6 变电站变电站IED的配置言语的配置言语n 测试测试n IEC61850-10 一致性测试一致性测试 n IEC61850规范引见规范引见-变电站通讯接口模型变电站通讯接口模型n IEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通讯处理方案IEC61850规范引见规范引见-变电站通讯接口模型变电站通讯接口模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850技术引见-数据模型Physical Device(network address)Logical Device(e.g. Re

10、lay1)MMXU1MMXU2DODODADALogical Nodes源自于CDCIEC61850技术引见-数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型部分部分IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型部分部分IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850

11、规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-数据模型数据模型IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力n IEC61850定义了9大类60种ACSI 。n 1关联效力n 2信息模型效力n 3定值组效力n 4自动上送的报告效力n 5日志效力n 6快速报文效力n 7采样值效力n 8对时n 9文件效力IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力客户客户/效力器方式效

12、力器方式IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力发布发布/订阅方式订阅方式IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力IEC61850规范引见规范引见-通讯协议通讯协议IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力控制控制IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力报告的配置报告的配置IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力事件：数据改动 周期性报告 总呼唤2种报告：非缓存报告缓存报告IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力GOOSE的配置的配置IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力GOOSE通讯过程通讯过程IEC61850规范引见规范

13、引见-通讯效力通讯效力GOOSE通讯过程通讯过程GOOSE Sender Device XGOOSE ReceiverDevice YGOOSE ReceiverDevice ZEthernet一个安装发布者发布音讯一个安装发布者发布音讯, 只需订阅者安装正在接纳它。只需订阅者安装正在接纳它。每个接受者的反响取决于它的配置和功能每个接受者的反响取决于它的配置和功能GOOSE messageGOOSE技术引见n 传输内容n 传送数据集，内容丰富、灵敏n 基于模型IEC61850规范引见规范引见-通讯效力通讯效力IEC61850规范引见规范引见-通讯网络通讯网络n IEC61850运用以太网技术。

14、n 总线型和环网以及双网或单网等多种方式。n 以太网交换机必需支持优先级设置IEEE802.1Q和虚拟局域网VLAN，IEEE802.1P。 IEC61850规范引见规范引见-工程配置言语工程配置言语SCLn 基于XML技术，IEC61850定义了一种变电站配置言语SCL，描画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。n SCL提供了一致工程数据格式。n SCL有4种文件类型，n 1系统规范描画文件SSDn 2系统配置描画文件SCDn 3IED才干描画文件ICDn 4IED配置后的描画文件CIDIEC61850规范引见规范引见-工程配置言语工程配置言语SCLn SCL-实现了不同

15、厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程。IEC61850规范引见规范引见-工程配置过程工程配置过程 IED数 据 库IED能 力（ LN， DO）系 统配 置 器关 联定 义 的 交 换 信 息一 次 设 备 拓 扑IED配 置 器工 程 师 站文 件 传 输 （ 远 方 ）变 电 站网 关文 件 传 输（ 当 地 ）IEDIEDIEDIEC61850服 务IEDIEC61850技术技术-一致性测试一致性测试开始静态一致性检查选择和参数化基本关联测试能力测试行为测试动态测试结果分析测试报告输出结束PICSMICSPIXIT静态一致性要求动态一致性测试一致性测试组信息测试人工干预控制流数据流I

16、EC61850技术技术-一致性测试一致性测试IEC61850技术技术-一致性测试一致性测试测试案例举例测试案例举例IEC61850技术技术-一致性测试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技术技术-获得互操作性的途径获得互操作性的途径n 一致数据模型n 一致效力模型n 一致通讯协议n 一致物理网络n 一致工程数据交换格式n 一致一致性测试规范荷兰荷兰KEMA公司公司IEC61850权威测试权威测试n IEC61850一致性测试的必要性。n UCAIUG担任对检测机构进展授权。n KEMA公司。n KEMA公司测试原那么及业务。n 目前曾经经过检测的公司：

17、ABB、SIEMENS、AREVA、GE、TOSHIBA等。荷兰荷兰KEMA公司公司IEC61850权威测试权威测试n 2021年1月四方公司间隔层6大类设备经过KEMA公司IEC61850一致性测试。n IEC61850与数字化变电站的关系与数字化变电站的关系n 数字化变电站关注功能数字化变电站关注功能n 通讯是数字化变电站的关键技术通讯是数字化变电站的关键技术n 互操作性对对数字化变电站的根本要求互操作性对对数字化变电站的根本要求n IEC61850提供了完益处理方案提供了完益处理方案IEC61850的缺乏与开展的缺乏与开展n 第一版第一版(ED1)存在描画歧义和错误的地方。存在描画歧义和

18、错误的地方。n IEC61850问题聚集机制问题聚集机制 n tissue.iec61850n IEC继续修订和补充，不断思索新的需求，产生继续修订和补充，不断思索新的需求，产生ED2和和ED3.n 国内一些运用习惯不能直接套用国内一些运用习惯不能直接套用n n nn IEC61850的缺乏与开展的缺乏与开展 IEC61850 ED2TISSUES New TISSUES 搜集到CDV阶段；根本模型扩展 Statistical/Historical 水电和风电常用公共元素；领域扩展： 电能质量； 变电站之间通讯的影响：2021年出版 IEC61850的缺乏与开展的缺乏与开展 IEC61850

19、ED2对7-2，7-3，7-4等修正部分进展支持对工程配置过程进展功能扩展，尤其是系统配置工具之间的数据交换。对IEC61850-6 ED1的错误、模糊不清部分进展更正和廓清。工程过程定义更加明确，思索了IED修正等。 IEC61850的缺乏与开展的缺乏与开展 IEC61850 ED3TISSUES根本模型扩展： 运用SCL对PLC逻辑进展描画； 网络与系统管理； 冗余；来自IEC62351的平安观念；基于角色访问的平安；IEEE1588的对时；配置文件的下载和激活。DER规范的通用元素；去掉IED特殊设置；变电站之间通讯的影响；测试： 系统测试 IEC61850的缺乏与开展的缺乏与开展 是D

20、L/T860规范的细化和补充。 细化了不全面的部分，规范了不明确的部分，补充了满足国内运用习惯的部分模型，并规范了工程中能够引起歧义的其它内容。严厉遵照IEC61850。不是运用指南。IEC61860的缺乏与开展的缺乏与开展 系统总体构造工程配置建模通讯效力一致性测试IEC61850的缺乏与开展的缺乏与开展 指点意义可以减少歧义，有利于提高不同厂家设备间的互操作性。有利于IEC61850推行运用。为用户、厂家、设计院提供了实施IEC61850的重要支撑和根据。IEC61850技术开展技术开展IEC61850变电站网络构造变电站网络构造n 以太网构成根本方式：n 星型n 环型n 冗余方式n 双网

21、n 自恢复IEC61850变电站网络构造变电站网络构造n 传输信息的重要程度对网络的可靠性提出了不同要求n 安装环境对网络设备提出了不同要求n 必需思索网络设备的兼容性IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 安装单环网IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 安装单环网优点：网络构造简单、投资费用低。缺陷： 1实时性差，环网发生缺点时自愈时间需求数十毫秒至数百毫秒，不能满足继电维护安装之间数据交换的性能要求。 2安装检修时对环网通讯的影响很大。IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 单星型网IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 双星型网IEC61850变电站网络构造变电

22、站网络构造 星型网优点：网络实时性好，网络延时最少，可以满足继电维护安装之间实时数据交换的性能要求，尤其是维护GOOSE通讯。缺陷：网络冗余性较差，单星型网交换机之间网络发生单点缺点时，双星型网交换机之间发生交叉缺点时，网络通讯将遭到较大影响。IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 单环网IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 双环网IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 环型网优点：网络冗余性最好，交换机之间网络发生缺点时，经过环网自愈依然可以保证网络通讯。缺陷：1网络实时性差，环网中节点间的网络通讯延时要高于星型网，另外环网发生缺点时自愈时间需求数十毫秒至数百毫秒，不能满

23、足继电维护安装之间数据交换的性能要求。 2) 网络可靠性较差，环网通讯基于快速生成树协议，通讯缺点时能够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别，互联时能够会有问题。 4投资本钱高于星型网，由于交换机需求的网口数要多于星型网。IEC61850变电站网络构造变电站网络构造 变电站层双网通讯冗余机制变电站层双网通讯冗余机制双网双双网双IP通讯机制通讯机制 双网采用各自独立的双网采用各自独立的IP网段地址进展通讯。网段地址进展通讯。 优点：是双网各自独立，网络底层不用切换，但运优点：是双网各自独立，网络底层不用切换，但运用层处置较复杂，双网可靠性

24、取决于运用层双网处用层处置较复杂，双网可靠性取决于运用层双网处置机制，常见的有双发双收方式，热备用方式和冷置机制，常见的有双发双收方式，热备用方式和冷备用方式。备用方式。双网单双网单IP通讯机制通讯机制 将双网绑定为一条逻辑链路，组成冗余网络，将双网绑定为一条逻辑链路，组成冗余网络，实现双网卡单实现双网卡单IP通讯。这种机制优点是运用层处置通讯。这种机制优点是运用层处置和配置都较简单，和单网是一样。双网可靠性只取和配置都较简单，和单网是一样。双网可靠性只取决于双网的网络底层切换。决于双网的网络底层切换。工程案例分析工程案例分析-聂刘聂刘330kV 变电站变电站工程案例分析工程案例分析-聂刘聂刘

25、330kV变电站变电站n 第一个第一个IEC61850 330kV变电站。变电站。n 北京四方作为系统集成商，提供监控和大部分维护。北京四方作为系统集成商，提供监控和大部分维护。n 间隔层：间隔层：n 北京四方：测控安装、高压线路维护、中压线路维北京四方：测控安装、高压线路维护、中压线路维护、变压器维护、低压馈线维护、低压系列测保一护、变压器维护、低压馈线维护、低压系列测保一体安装体安装n 南瑞继保：高压线路维护、变压器维护、母线维护南瑞继保：高压线路维护、变压器维护、母线维护n 国电南自安装：远跳安装、中压线路维护国电南自安装：远跳安装、中压线路维护n 深圳南瑞安装：母线维护深圳南瑞安装：母

26、线维护n 投运时间：投运时间：2007年年6月月28日日n 工程案例分析工程案例分析-聂刘聂刘330kV变电站变电站n 出现的问题：出现的问题：n 1模型模型n 不正确、内外不一致。不正确、内外不一致。n 2效力效力n 不规范。不规范。n 处理方法：处理方法：n 1预联调预联调n 2要求修正。要求修正。工程案例分析工程案例分析-聂刘聂刘330kV变电站变电站n 模型实例。n 工具实例。n 系统配置器实例。工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220数字化数字化 变电站变电站工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220kV变电站变电站n 唐山郭家屯变电站n 1完好3层构造n 2ECT/EPT,智

27、能单元n 3维护GOOSE网络跳闸n 4全面取消二次电缆硬链接n 5220kV测保一体化工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220kV变电站变电站n 衔接站控层的计算机和间隔层IED。采用客户/效力器方式通讯，站控层计算机为客户端，间隔层IED为效力器。n 完成IED级的五防功能。采用基于发布/订阅方式通讯的GOOSE报文。n 可以用100M光以太网或电以太网。间隔层网络n 衔接间隔层IED和过程层IED例如合并单元、智能单元。采用发布/订阅方式通讯。n 主要完成传输测保安装需求的采样值SV和开关量GOOSE。n 普通用100M光以太网。过程层网络n 包括变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系

28、统、维护信息管理系统、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 。n 站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850进展通讯，实现网络共用、信息共享 。站控层设备n 包括测保安装、计量安装、录波安装、归约转换安装的功能 。n 采用通讯手段处理跨间隔的数据传输，例如启动失灵、闭锁重合闸。间隔层设备n 由于过程层交换机位置等同于原CT、PT回路，必需具备较高的电磁兼容目的，有较宽的任务温度范围，支持直流供电，并且是无风扇设计。 n 具备优先级Qos、虚拟局域网VLAN、抑制广播风暴等功能。过程层交换机工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220kV变电站变电站n 主要包括智能单元和合并单元 。n 智能单元主