IEC标准学习课程

1、1IEC61850IEC61850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第1页/共52页第一页，编辑于星期六：一点 三十六分。2IEC61850IEC61850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： 通信介质不统一： RS422/485/232 RS422/485/232 各厂商均有 Worldfip Worldfip 南瑞继保 CANCAN网 国外厂商使用较多 lonlon网 部分厂家用 以太网 各厂商均有 第2页/共52页第二页，编辑于星期六：一点 三十六分。3IEC61

2、850IEC61850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： 通信协议不统一： 103103规约 各厂商均有，但各不相同 Modbus Modbus 国外厂商采用较多 DNP3.0 DNP3.0 美洲厂商采用较多，如:SEL:SEL Open2000 Open2000 南瑞科技 网络103 103 南瑞继保 第3页/共52页第三页，编辑于星期六：一点 三十六分。4IEC61850IEC61850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： 通信差异影响自动化集成度，导致实际自动化性能没有预想的高。第4页/共52页第四页，编辑于星期六：一点 三十

3、六分。5IEC61850IEC61850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基于已有的IEC/IEEE/ISO/OSIIEC/IEEE/ISO/OSI可用的通信 标准的基础上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的共同数据对象第5页/共52页第五页，编辑于星期六：一点 三十六分。6IEC61850IEC61850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 规范设备通信接口 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 第6页/共52页第六页，编辑于星期

4、六：一点 三十六分。7IEC61850IEC61850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用这些信息执行特定的功能 自由配置性 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散式的要求 长期应用性 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。第7页/共52页第七页，编辑于星期六：一点 三十六分。8IEC61850IEC61850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：间隔层和过程层之间交换采样

5、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第8页/共52页第八页，编辑于星期六：一点 三十六分。9IEC61850IEC61850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-通过单向多路点对

6、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)第9页/共52页第九页，编辑于星期六：一点 三十六分。10IEC61850IEC61850的简

7、介的简介设备建模设备建模 为什么要建立设备模型？ 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，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，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配置变电站通信内容，可优化站内通信量 第10页/共52页第十页，编辑于星期六：一点 三十六分。11IEC61850IEC61850的简介的简介设备建模设备建模 如何为设备建立模型？ 以功能为基本单位建立逻辑节点（LNLN） 多个不同功能（LNLN）的集合组成逻辑装置（LDLD） 一个或多个逻辑装置（LDLD）组成实际设备的逻辑模型 第11页/共52页第十一页，编

8、辑于星期六：一点 三十六分。12IEC61850IEC61850的简介的简介设备建模设备建模 如何为设备建立模型？ 采用模型中服务（servicesservices）的方式完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，层次清晰，便于查询 为了规范模型结构，IEC61850IEC61850标准预先定义了部分逻辑节点模型第12页/共52页第十二页，编辑于星期六：一点 三十六分。13IEC61850IEC61850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

9、闸条件 第13页/共52页第十三页，编辑于星期六：一点 三十六分。14 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 DataAttribute （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

10、置模型基本构成装置信息模型装置通信服务模型第14页/共52页第十四页，编辑于星期六：一点 三十六分。15IEC61850IEC61850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)第15页/共52页第十五页，编辑于星期六：一点 三十六分。16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)

11、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第16页/共52页第十六页，编辑于星期六：一点 三十六分。17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

12、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同期控制RSYN第17页/共52页第十七页，编辑于星期六：一点 三十六分。18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 HiSetCPU2CPU2测量功能测量功能测量LD MMXU1 TotW Mag

13、t q PhV setMag f MMXU2 phsA cVal q控制LD RSYN1 DifV DifHz CSWI1 Pos ctlVal q第18页/共52页第十八页，编辑于星期六：一点 三十六分。19 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）第19页/共52页第十九页，编辑于星期六：一点 三十六分。20 7-4章中定义的差动保护(PDIF)逻辑节

14、点包含的数据对象数据对象举例7-3章中定义的标准CDC数据对象名称第20页/共52页第二十页，编辑于星期六：一点 三十六分。21 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） 第21页/共52页第二十一

15、页，编辑于星期六：一点 三十六分。22 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”属性用于说明定值的名称或详细解释，DC数据属性（DA） 功能约束 （FC） 第22页/共52页第二十二页，编辑于星期六：一点 三十六分。23 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

16、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）第23页/共52页第二十三页，编辑于星期六：一点 三十六分。24 数据集实例第24页/共52页第二十四页，编辑于星期六：一点 三十六分。25 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，设备向客服端主动上送信息或客服端对 设备进行总查

17、询等“文件传输”服务，主要用于COMTRADE文件传输通信服务（Service） 第25页/共52页第二十五页，编辑于星期六：一点 三十六分。26 “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）第26页/共52页第二十六页，编辑于星期六：一点 三十六分。27 日志服务（Log）

18、，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（Sbustitute），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服务其他服务第27页/共52页第二十七页，编辑于星期六：一点 三十六分。28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

19、 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IEC61850文本配置第28页/共52页第二十八页，编辑于星期六：一点 三十六分。29 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通信协议第29页/共52页第二十九页，编辑于星期六：一点 三十六分。30第30页/共52页

20、第三十页，编辑于星期六：一点 三十六分。31 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4msGOOSE应用第31页/共52页第三十一页，编辑于星期六：一点 三十六分。32 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 T1T2T3T0GOOSE应用第32页/共52页第三十二页，编辑于星期六：一点 三十六分。33GOOSE通信过程传 输 时 间事件第33页/共52页第三十三页，编辑于星期六：一点

21、三十六分。34IED之间逻辑闭锁信息传输GOOSE应用发布方组播地址x发布方组播地址x订阅方组播地址x发布方组播地址y订阅方组播地址y交换机利用虚拟局域网(VLAN)技术控制GOOSE发送方向第34页/共52页第三十四页，编辑于星期六：一点 三十六分。35一台IED向多台IED发送GOOSE跳闸信息快速性（4ms）GOOSE应用合并单元GOOSE跳闸GOOSE跳闸GOOSE跳闸第35页/共52页第三十五页，编辑于星期六：一点 三十六分。36GOOSE应用GOOSE发送信息为数据集中内容 数据集可以动态修改第36页/共52页第三十六页，编辑于星期六：一点 三十六分。37GOOSE应用GOOSE发

22、送过程开关/刀闸位置数据集发布方订阅方第37页/共52页第三十七页，编辑于星期六：一点 三十六分。38GOOSE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数据集发布方组播方式第38页/共52页第三十八页，编辑于星期六：一点 三十六分。39GOOSE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 Vl

23、anId 发送GOOSE报文的VlanId，范围0到0 xFFF Vlan-Priority 发送GOOSE报文的优先级，默认值为4，范围0到7第39页/共52页第三十九页，编辑于星期六：一点 三十六分。40GOOSE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配置的版本号第40页/共52页第四十页，编辑于星期六：一点 三十六分。41 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

24、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的简介的简介第41页/共52页第四十一页，编辑于星期六：一点 三十六分。42 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测控测控合并单元合并单元点对点以太网点对点以太网第42页/共52页第四十二页，编辑于星期六：一点 三十六分。43IEC61850-9-2 特定通信服务映射-过程总线与61850-9-1类似，区别有: 非点到点 双向，可配置MU中参数IEC61850IEC61850的简介的简介局域网局域网保护保护测控测控合并单元合并单元第43页/共52页第四十三页，编辑于星期六：一点 三十六分。44IEC61850IEC61850的应用的应用变电站网络结构变电站网络结构 单星形网双星形网（主备方式/ /热备用方式）单环形网双环