IEC61850简单介绍

IEC61850发展历程-现有技术及问题•SAS在国外有30多年历史，国内有20多年历史。•多种网络与私有协议并存。•无法互操作。IEC61850发展历程-制定过程•目标：互操作性（不是互换性）。一个世界，一种技术，一个标准•IECTC57WG10、11、12制订（1995~2005）。•2005年至今修订，2010年出第2版-增加在线监测。•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。•是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个通信协议。IEC61850与传统技术比较•互操作性•数据模型•通信服务•工程配置•影响范围IEC61850技术-与传统技术比较•数据模型1）现有技术优点：简单，容易实现。缺点：不能满足用户各种需求，往往需要扩充；扩充后不能相互识别，无法互操作。IEC61850技术-与传统技术比较•数据模型1）IEC61850技术优点：能够满足各种IED的个性化需求；能够互操作；缺点：实现复杂，对硬件要求高。IEC61850与传统技术比较-信息模型•IEC61850数据组织示例：PhysicalDevice(networkaddress)LogicalDevice(e.g.Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAVLogicalNodesFunctionalConstraint“MMXU2$MX$A”=Feeder#2CurrentMeasurementsIEC61850技术与传统技术比较-通信协议•通信协议1）传统技术不严格分层，应用层与底层联系比较紧密。服务种类不能满足数字化变电站需要，不支持在线服务。2）IEC61850定义了独立于所采用网络和应用层协议的通信服务。解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾。3）IEC61850定义了60多种服务，可以满足变电站通信需求。支持在线获取数据模型，也支持IED水平通信（GOOSE报文）。IEC61850与传统技术比较-通信服务•通信服务-数据访问的方法•IEC61850定义了60多种服务，可满足数字化变电站通信需求。•特点：1）支持在线获取数据模型；2）支持保护设备之间横向通信（GOOSE报文）。IEC61850技术与传统技术比较-通信服务•传统IED之间沟通方式：•IEC61850技术与传统技术比较-通信服务•IED之间逻辑互锁：•61850GOOSEIEC61850技术与传统技术比较-通信服务•IED之间通信的要求：•1）1台设备同时向多台设备发报文；•2）快速性（4ms）；...Bkr1RelayTripBkr2RelayBkrNRelayBkr3RelayBFIIEC61850技术与传统技术比较-工程配置IEC61850标准介绍-文件构成•系统概貌IEC61850-1介绍和概述IEC61850-2术语IEC61850-3总体要求IEC61850-4系统和项目管理IEC61850-5功能的通信要求和设备模型•数据模型IEC61850-7-4兼容逻辑节点类和数据类IEC61850-7-3公用数据类IEC61850标准介绍-文件构成•抽象通信服务IEC61850-7-1原理和模型IEC61850-7-2抽象通信服务接口（ACSI）•映射到实际的通信网络IEC61850-8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-3IEC61850-9-1通过单向多路点对点串行通信链路采样值IEC61850-9-2通过ISO/IEC8802-3传输采样值IEC61850标准介绍-数据模型1、IED应用模型规范：物理设备建模原则一个物理设备，应建模为一个IED对象。该对象是一个容器，包含server对象，server对象中至少包含一个LD(逻辑设备)对象，每个LD对象中至少包含3个LN对象：LLN0、LPHD、其他应用逻辑接点。（LLN0：逻辑设备公共数据，如铭牌、设备运行状态信息；LPHD：代表拥有逻辑节点的物理设备的公共数据，如物理设备的铭牌、运行状况信息）装置模型ICD文件中IED名应为“TEMPLATE”。实际系统中的IED名由系统配置工具统一配置。2、IED应用模型规范：服务器（Server）建模原则IEC61850标准介绍-数据模型Server描述了一个设备外部可见（可访问）的行为，每个server至少应有一个访问点（AccessPoint）。所有访问点，应在同一个ICD文件中体现。(注:访问点以S、G、M描述)MMSgoosesv3、IED应用模型规范：逻辑设备（LD）建模原则逻辑设备建模原则，应把某些具有公用特性的逻辑节点组合成一个逻辑设备。LD不宜划分过多，保护功能宜使用一个LD来表示。SGCB控制的数据对象不应跨LD，数据集包含的数据对象不应跨LD。IEC61850标准介绍-数据模型逻辑设备的划分宜依据功能进行，按以下几种类型进行划分：o公用LD，inst名为“LD0”；o测量LD，inst名为“MEAS”；遥测量o保护LD，inst名为“PROT”；o控制LD，inst名为“CTRL”；o保护测控过程层访问点的LD，inst名为“PI”；(或scld)o智能终端LD，inst名为“RPIT”；o录波LD，inst名为“RCD”；o合并单元LD，inst名为“MU”。注：若装置中同一类型的LD超过一个可通过添加两位数字尾缀，如MU01、MU02。IEC61850标准介绍-数据模型3、IED应用模型规范：逻辑节点（LN）建模原则每个最小功能单元建模为一个逻辑节点对象，属于同一功能对象的数据和数据属性应放在同一个LN对象中，若标准的LN类不满足功能对象的要求，可进行LN类扩展或者新建LN类。每个逻辑设备下面都应该有一个LN0节点。IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850技术介绍-数据模型PhysicalDevice(networkaddress)LogicalDevice(e.g.Relay1)MMXU1MMXU2DODODADALogicalNodes源自于CDCIEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-通信服务•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IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850的服务也是基于模型的，在通信网络上传输的，包含层次参数信息的有序功能报文。采用面向对象技术定义通信服务，用抽象建模方法设计出抽象通信服务接口ＡＣＳＩ，ＡＣＳＩ定义了变电站设备的公共的实用服务。主要定义了两种机制的通信服务。一种是客户机/服务器模型，它提供了控制、报告、取数据值等服务。一种是发布/订阅模式，它提供GOOSE/GSSE服务（主要用在时间关键的应用中，如继电保护设备的快速、可靠地数据传输）、周期性的采样值的传输服务。IEC61850标准介绍-通信服务客户/服务器模式IEC61850标准介绍-通信服务发布/订阅模式IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信协议IEC61850标准介绍-通信服务61850的服务有多种，选择报告服务、定值服务、控制服务、GOOSE服务和SV服务等。报告服务是在服务器和客户机之间，传输变化的事件、告警、开入、模拟量等信息的服务。变化信息的报告上送，触发方式存在数据变化、品质变化、数据刷新完整性周期等。报告具有带缓存报告、无缓存报告。IEC61850标准介绍-通信服务报告的配置IEC61850标准介绍-通信服务事件：数据改变周期性报告总召唤2种报告：非缓存报告缓存报告IEC61850标准介绍-工程配置语言SCL•基于XML技术，IEC61850定义了一种变电站配置语言（SCL），描述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。•SCL提供了统一工程数据格式。•SCL有4种文件类型，1）系统规范描述文件（SSD）2）系统配置描述文件（SCD）3）IED能力描述文件（ICD）4）IED配置后的描述文件（CID）IEC61850标准介绍-工程配置语言SCLSLC文档应包含头、变电站、通信、智能电子设备和数据模板五个基本组成部分。1、头：描述SCL文档的版本和修订号以及名称映射关系2、变电站：从功能的角度描述开关场设备以及描述所有设备。目前还未实现3、通信：描述与通信相关的对象类型、如子网、通信访问点，描述有关智能电子设备间的连接，作为逻辑节点客户和服务器间的通信路由基础。4、智能电子设备：描述与变电站自动化系统产品相关的装置对象，如智能电子设备、逻辑节点实现等。5、数据模板：详细定义了所有在文件中出现的逻辑节点、包括它的类型以及该逻辑节点所包含的数据对象DO。IEC61850标准介绍-工程配置语言SCLICD、CID文件就目前接触而言，差别不大CID文件中包含：1、本装置的通信网络配置，包括GOOSE、MMS网络的IP地址、MAC地址、VLAN等配置信息。2、装置的实例配置，装置所在的间隔名称、装置名称等配置信息。3、相关的数据类模板DataTypeTemplates配置，包括LNodeType、DoType、DAType、EnumType等。IEC61850标准介绍-工程配置语言SCL•SCL-实现了不同厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程。IEC61850标准介绍-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与数字化变电站的关系•数字化变电站关注功能•通信是数字化变电站的关键技术•互操作性对对数字化变电站的基本要求•IEC61850提供了完整解决方案IEC61850标准介绍-通信网络•IEC61850使用以太网技术。•总线型和环网以及双网或单网等多种形式。•以太网交换机必须支持优先级设置（IEEE802.1Q）和虚拟局域网（VLAN，IEEE802.1P）。IEC61850变电站网络结构变电站层双网通信冗余机制•双网双IP通信机制双网采用各自独立的IP网段地址进行通信。优点：是双网各自独立，网络底层不用切换，但应用层处理较复杂，双网可靠性取决于应用层双网处理机制，常见的有双发双收模式，热备用模式和冷备用模式。•双网单IP通信机制将双网绑定为一条逻辑链路，组成冗余网络，实现双网卡单IP通信。这种机制优点是应用层处理和配置都较简单，和单网是一样。双网可靠性只取决于双网的网络底层切换。•连接站控层的计算机和间隔层IED。采用客户/服务器模式通信，站控层计算机为客户端，间隔层IED为服务器。•完成IED级的五防功能。采用基于发布/订阅模式通信的GOOSE报文。•可以用100M光以太网或电以太网。间隔层网络•连接间隔层IED和过程层IED（例如合并单元、智能单元）。采用发布/订阅模式通信。•主要完成传输测保装置需要的采样值（SV）和开关量（GOOSE）。•一般用100M光以太网。过程层网络•包括变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、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。•站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850进行通信，实现网络共用、信息共享。站控层设备