IEC61850建模与实现_窦晓波

IEC61850建模与实现东南大学电气工程学院IEC61850在电力系统中的地位内容抽象、章节众多、实现复杂与数字化变电站、智能电网紧密关联我们不能简单的将其视为传统意义上的通信协议，而是需要依照标准的各部分内容对整个变电站自动化系统的体系功能、形式、技术和工程管理等方面重新做出审视和规范。内容提要IEC61850发展历程IEC61850技术特征IEC61850建模方法IEC61850实现技术1IEC61850发展历程工程背景变电站自动化市场存在多家公司多种技术的竞争，相互难以兼容，以致调试难度加大、成本增高；原有的IEC60870-5没能实现预期的互换性，二大标准将发生冲突。IEC61850欧洲北美满足用户的需要技术背景ECT/EVT智能断路器集成型智能开关设备数字式过程层设备——具备通信能力的智能化一次设备（或其智能控制部件、智能组件）适应电力新技术的发展技术背景适应通信新技术的发展新的通信网络技术：以太网、光纤、交换技术…EVTECTECTEVTSwitchSwitchMUMUISGRouter监控主机…SwitchSwitch外部网络…保护1测控保护2保护测控MUEVTECTISGSwitch监控主机Router外部网络SwitchSwitch高压变电站/间隔过程层SGEMUVTCT保护测控间隔层变电站层全站惟一网络中低压变电站/间隔Switch技术背景与数字化变电站的关联可能需求发展方向指导变电站自动化数字式过程层设备数字化变电站IEC61850通信网络成为SAS的核心数字化变电站=数字式过程层设备+IEC61850发展历程2001UCA（北美推广）1994德国（SAS标准）1995IECTC57（WG10/11/12）1998IECWG10/11/12（标准草案）2000IECTC57SPAG（国际标准）2003.9-2005.6（1.0Ed正式颁布）1998-2000德国OCIS（基本测试、验证标准）2001互操作实验（开入、跳闸、重合闸）2002互操作实验（ECT/EVT、IED、电能表）2002互操作实验（完整的过流保护）2004工程化实践AASGE2005.5互操作实验（软件模拟）2005.10互操作实验（遥控、报告、数据集）2006.1互操作实验（更多功能）2006.互操作实验2006.工程化实践…标委会、国电信息中心、南自、四方、许继、南瑞、继保、鲁能积成、中国电科院变电站自动化公司标准章节通信实现规范配置描述语言规范一致性测试规范模型与功能服务规范一致性测试基本通信结构变电站自动化系统结构化语言功能和装置模型的通信要求系统和工程管理总体要求术语基本原则StackASCSMAPART1PART2PART3PART4PART5PART6PART7PART9PART10StackXSCSMXStackYSCSMYPART8标准章节逻辑节点SettingGroupGSESampleValuesReport&Log逻辑设备ActivateGOOSEGSSESMVNameplateHealthTimeSynchronisationFileAssociation服务器DataSet抽象通信服务接口（ACSI）IEC61850-8-1特殊通信服务映射（SCSM）CORBAIEC61850-8-?IEC61850-9-210/100BASE-T/TX/TL/FXIEC61850-9-1APDULNTVTR合并单元LNTCTRASN.1MACAPDUMMSASN.1TCP/IPASN.1MACAPDU过程层(基于以太网)IED多路采样值传输（MSMV）采样值传输（SMV）通用对象事件（GOOSE）间隔层变电站层IEC61850-6IEC61850-7-4IEC61850-7-3IEC61850-7-2公共数据类IEC61850-7-1基本通信结构ACSI规范IEC61850-5LNTVTR电子式电压互感器LNTCTR电子式电流互感器LNTVTR合并单元LNTCTRLNXSWI智能断路器LNXCBRXML1.0SCL兼容逻辑节点及数据基本通信要求信息模型发布模型IEC61850-10一致性测试（FAT/SAT）MAC10/100BASE-T/TX/TL/FXMAC10/100BASE-T/TX/TL/FX10/100BASE-T/TX/TL/FXMACOSI10/100BASE-T/TX/TL/FXMMSASN.1TCP/IP10/100BASE-T/TX/TL/FXMACOSIReportSubstitutionDir/DefinitionGet/SetControlData构建模型通信实现检验类（零件库）围绕模型的构建、实现、发布和测试标准的未来标准的未来IEC61850ED2基本模型扩展:水电和风电常用公共元素；应用领域扩展：电能质量；变电站之间通信的影响；对工程配置过程进行扩展:尤其是系统配置工具之间的数据交换；2010年出版。标准的未来IEC61850ED3基本模型扩展；使用SCL对PLC逻辑进行描述；网络与系统管理、冗余；IEC62351；IEC61588；配置文件的下载和激活；DER标准的通用元素；去掉IED特殊设置；变电站之间通信的影响；系统测试。2IEC61850技术特征抽象建模功能分层功能与通信解耦变电站配置语言数据自描述技术特征高压设备过程层远方保护功能A功能B⑨保护控制控制保护①①⑥⑥⑧过程接口传感器执行器④④⑤⑤②②远方保护间隔层变电站层远方控制技术服务⑦③③⑩功能分层逻辑上的定义（三层两网）功能分层物理上的实现物理设备(网络地址)逻辑设备(Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAV逻辑节点功能约束物理设备(网络地址)逻辑设备(Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAV逻辑节点功能约束数据对象实际功能抽象标准功能需要指出的是：抽象建模的目的在于实现设备间的互操作，对装置建模仅具有通信层面的含义。抽象建模为对外通信服务服务器请求服务确认服务发布服务接收指示抽象通信服务接口逻辑设备客户机IED数据对象逻辑节点1..*11..*11..*1数据属性1..*1断路器控制器ServerMyLDQ0XCBR1（断路器）Pos（位置）ctlVal（可控值）写抽象建模树形结构LSystemLN(2)系统逻辑节点IInterfacingandarchiving(4)接口和存档PProtection(28)保护功能RProtectionrelated(10)保护相关功能CControl(5)监控GGeneric(3)通用功能AAutomaticcontrol(4)自动控制MMeteringandmeasurement(8)计量和测量SSensorandmonitoring(4)传感器，监视XSwitchgear(2)开关设备TInstrumenttransformers(2)互感器YPowertransformers(4)电力变压器及相关功能ZFurtherpowersystemequipment(15)其它电力设备抽象建模LN是模型中最核心的元素MU1/phsaTCTR数据对象公共数据类兼容逻辑节点类的实例(A相保护用电流互感器)运行小时数(整数状态)OpTmh(ISI)Mode(INC)模式(可控整数状态)Beh(ISI)Name(LPL)EEName(DPL)EEHealth(ISI)设备铭牌(设备铭牌)铭牌(逻辑节点铭牌)Health(ISI)健康(整数状态)性能(整数状态)设备健康(整数状态)MMMMOOOAmp(SAV)电流值(采样值)Artg(ASG)Rat(ASG)Cor(ASG)AngCor(ASG)幅值修正系数(模拟定值)CT变比(模拟定值)HzRtg(ASG)额定频率(模拟定值)额定电流值(模拟定值)相位修正系数(模拟定值)MMMMOO专用数据对象通用数据对象抽象建模LN中的DO抽象建模DO中的DAMU1/phsaTCTRMU1/phsaTCTR.AmptunitsinstMagq(测量值)sVCminmaxdcdcNs(公共数据类名域)cdcName(公共数据类名)dataNs(数据名域)(电流采样值)数据属性数据对象读写访问操作信息模型兼容逻辑节点类的实例(A相保护用电流互感器)(品质)(时标)(单位)(比例系数)(最小值)(最大值)(文字描述)MMOOCOOOCCCAnalogueValueQualityTimeStampUnitScaledValueConfigAnalogueValueAnalogueValueVISIBLESTRING255VISIBLESTRING255VISIBLESTRING255VISIBLESTRING255MXMXMXCFCFCFCFDCEXEXEX属性类型功能约束注：MX：测量值（只读）CF：配置DC：描述EX：扩充定义（只读）……树形结构用来代表完整的语义空间MU1/phsaTCTR.Amp.instMag逻辑设备实例(合并单元)兼容逻辑节点类的实例（A相保护用电流互感器）MU1phsaTCTRMU1/phsaTCTR.Amp数据对象（电流采样值）数据属性（测量值）………数据模型由LD、LN、DO和DA四个不同层次的语义所构成的空间承载。抽象建模对象：Server、LD、LN、DO、DA方法：GetXXDirectory、GetDataValue…对象与方法的绑定，自然形成了对语义空间（数据模型）一致和确定的访问方法。抽象建模逻辑节点SettingGroupGSESampleValuesReport&Log逻辑设备ActivateGOOSEGSSESMVReportNameplateHealthTimeSynchronisationFileAssociation服务器DataSubstitutionGet/SetControlDataSetDir/Definition对象与方法XSWIXCBRCSWICILOCSWIMMXUTCTRPTOCYLTCATCC保护装置测控装置分接头控制装置XSWIXCBRTCTRYLTCCSWICILOCSWIMMXUPTOCATCC交换机保护装置分接头控制装置测控装置开关设备断路器合并单元变压器间隔1间隔2交换机交换机交换机IHMIIHMI交换机变电站监控主机远方控制中心功能自由分布具有两层含义：1.逻辑节点和物理设备之间可以自由组合；2.为功能提供了可能的通信接口。抽象建模抽象建模可以实现功能的自由分布应用进程特殊通信服务映射1特殊通信服务映射2特殊通信服务映射n应用层1应用层2应用层n网络1层～6层特定接口应用层独立于具体网络的接口（抽象通信服务接口）强制和惟一开放和多样矛盾：通信技术飞速更新与变电站自动化相对稳定的功能。解决方法：IEC61850提出了通信服务与具体网络实现和协议栈分离的方法，即功能与通信解耦—ACSI与SCSM:ACSI负责规范抽象模型的功能服务，即模型对外信息交互的内容、方式和过程；SCSM负责将ACSI映射到具体的通信网络和协议栈,保持ACSI不变的前提下使用更为先进的通信技术。功能与通信解耦IEC61850定义了9大类60种ACSI：1）关联服务2）信息模型服务3）定值组服务4）主动上送的报告服务5）日志服务6）快速报文服务7）采样值服务8）对时9）文件服务抽象通信服务的种类功能与通信解耦每类ACSI模型都由若干抽象通信服务组成，每个服务又都定义了服务的对象和方式：服务方式包括服务的发起（Request）、响应（Response）和过程（Process）数据IED数据设置、操作、..值IED数据IED广播值①④客户机/服务器模式发布者/订阅者或对等交换模式SendMSVMessage（采样值传输)SetMSVCBValues（控制块属性设置)MSVCBSetBRCBValues（控制块属性设置)BRCBIED数据报告值②客户机/服务器模式Report（事件报告)IED值读取、读路径③客户机/服务