数字化变电站中IEC61850互操作性

深圳市国电南思系统控制有限公司张结数字化变电站IEC61850互操作性数字化变电站调试、运行中的很多问题表现为互操作问题，使得调试周期不可控，甚至影响到运行的可靠性。引言从数字化变电站的需求出发，考查IEC61850所提供的互操作性是否充分？是否可以信赖？还需要什么保障措施是本研究的长期目的。探索满足数字化变电站需求的互操作保障措施，以及技术途径，是本研究的现实目的。数字化变电站的互操作性需求广义互操作性各环节的互操作性互操作性需求定位IEC61850互操作性分析IEC61850的目标长期稳定性、通信互操作性、通信内容的承载、建模通信互操作和语义互操作目录（1）产品互操作性——通信互操作性要求目前问题及实例演示结论配置/设计互操作性——语义互操作性数字化变电站配置过程要求目前问题和原因实现设计互操作性的途径结论数字化变电站互操作性保证各环节的保证措施运行环节的保证目录（2）数字化变电站互操作性需求——广义互操作性产品互操作性定货前装置语义互操作性ICD模型互操作性型号确定SCD模型互操作性工程设计厂内联调运行监督设计语义互操作性实现互操作性变更隐患通信互操作性电子互感器-MU60044-8（FT3，光串口）（传输互操作性）√数据内容被扩展（语义互操作性）XMU-自动化装置采样值9-1（802.3/802.1P/Q）（协议栈互操作性）√数据内容被扩展（语义互操作性）X采样/传输频率的特殊要求（SMV）（通信服务互操作性）X智能单元（智能操作箱）-自动化装置控制命令、跳闸命令、状态信号8-1（802.3/802.1P/Q）（协议栈互操作性）√GOOSE实现的不一致（通信服务互操作性）X信号标识/信号分组的不一致（语义互操作性）X数字化变电站互操作性需求——各环节的互操作性（1）自动化装置-自动化装置联闭锁信号、保护配合信号8-1（802.3/802.1P/Q）（协议栈互操作性）√GOOSE实现的不一致（通信服务互操作性）X信号标识/信号分组的不一致（语义互操作性）X自动化装置-站控设备/系统信号/数值的报告、命令的下发8-1（802.3/802.1P/Q/IP/TCP）（协议栈互操作性）√ASN/MMS（存在小问题）（协议栈互操作性）√REPORT、SGCB、SBO等ACSI服务（通信服务互操作性）√X信息模型的不一致（语义互操作性）X站控设备-控制中心104/IEC61850（协议栈互操作性）√信号标识/信号分组/模型的不一致（语义互操作性）X数字化变电站互操作性需求——各环节的互操作性（2）IEC61850的作用（能解决哪些互操作性）IEC61850作为分层通信的稳定性IEC61850作为信息交换体系的灵活性产品实现的一致性一致性检测代表的程度模型一致性（能够统一的程度，适合国内的途径）产品一致性在什么层次规范应用灵活性在什么层次规范——设计、工程、调试产品形态的保证（工程设计的可输入）IEC61850应用标准制定的背后虽然表现为通信，但不仅仅是通信的问题数字化变电站信号规范（产品、设计、工程、调试）数字化变电站信号交换规范（产品、设计、工程、调试）数字化变电站功能形态规范（产品、设计、工程、调试）数字化变电站互操作性需求——互操作性需求定位（1）甚至受到数字化变电站发展阶段的影响和制约在形态不变的前提下引入新技术（以通信代替二次回路）在自动化装置功能摆脱硬接线限制的基础上进行功能形态的重构（以发挥数字化变电站长期的价值）实现互操作的途径制定系列标准规范产品实现规范设计、工程、调试检验和检测的方法、手段内容、范围、程度是关键通信/服务信号/模型规范的程度灵活性的保证（受控）一致性检验手段使数字化变电站的发展过程顺利可行——本质目的数字化变电站互操作性需求——互操作性需求定位（2）长期稳定性标准应向后兼容,以适应通讯技术和系统要求的发展互操作性来自一个或多个厂家的IED之间交换信息和正确使用信息完成各自功能的能力功能自由分布/灵活性标准需要支持各种策略以允许功能的自由分布，例如：集中式和分布式系统IEC61850互操作性分析IEC61850互操作性分析——目标适应各种业务逻辑的变化各种设备之间的互操作性方便通讯调试和维护适应系统技术的发展适应通讯技术的发展开放互操作的本质标准的长期稳定性协议栈接口Client/Server通讯模拟量采样值(SAV)模型(对象,服务)抽象通讯服务接口(ACSI)实时性要求以太链路层带优先级的以太物理层IPTCPMMS特定通讯服务映射(SCSM)通用变电站对象事件(GOOSE)通讯技术应用领域：变电站自动化IEC61850互操作性分析——长期稳定性协议栈与通信服务解偶•写配置参数•控制设备(直接控制/选择控制)•基于事件的报告传输•带时标的事件当地存储形成记录•获取目录信息•文件传输例如：–参数或软件下载–上装监视信息，例如曲线或历史记录•传输变电站通用对象事件(GOOSE*)•传输采样值(SAV**)通信服务抽象IEC61850互操作性分析——通信互操作性服务器逻辑设备逻辑节点数据数据属性LLN0带缓存报告不带缓存报告报告控制块记录定值组控制通用事件测量数据集合数值取代控制文件IEC61850互操作性分析——通信内容的承载通信服务与模型结构偶合特性属性值属性值逻辑设备(LD)组合物理设备(IED)定义为服务器实现逻辑节点(LN)数据(对象)数据间隔单元(名称非标准化)控制(名称非标准化))CSWI(开关控制)Pos(位置)ctlVal(控制值/命令)off/onstVal(状态值)Intermediate-state/off/on/bad-stateIEC61850互操作性分析——建模通讯服务信息模型结构语义空间结构信息语义约定语义约定的机制内容形式确定性IEC61850互操作性分析——通信互操作和语义互操作(1)（1）一致的约定面向对象封装（2）面向对象建模（3）通讯服务通讯协议数据服务约定语义约定信息互操作性功能分解（4）过程数据最小信息语义可共享的过程信息功能自由分布模型结构数字化信息化自动化功能的彻底分布和集成应用IEC61850互操作性分析——通信互操作和语义互操作(2)信息建模通讯协议通讯服务语义约定通讯协议通信语义约定语义约定数据类型变电站互操作性CDT10361850语义约定的机制语义约定的机制ldNslnNscdcNsdataNsIEC61850互操作性分析——通信互操作和语义互操作(3)具有通信互操作性保证通信协议栈的一致性通信服务的一致性（包括服务的模型结构）产品的可配置依据ICD/CID按模型结构提供服务甚至服务成为配置内容产品互操作性——要求产品实现中的不一致性SISCO的双网口IP问题（三、四网口）索引路径的标识不一致问题802.1P/Q的问题ACSI扩展心跳的问题产品检验（针对产品缺陷）认证检验/工厂联调过程检验GOOSE传送模式的不标准ACSI交互过程的不标准信号/数据的不标准运行监视（针对产品的更改）实现一致性（以IEC61850为依据）MAC地址变化GOOSECB及信号名称变化REPORTCB及信号名称变化运行监视其它角度的目的（二次回路的可靠性，包括性能）产品互操作性——目前问题及实例演示IEC61850作为依据的可信有限的小问题充分性产品检验的可信产品实现在长远目标下可信更改只能针对配置确实可配置由于配置产生的不一致不可控超出的IEC61850的范围IEC61850本身的基础就不好缺乏检验手段产品互操作性——结论IED配置IED数据库当地文件传输远程文件传输IED能力描述(LN,DO,等)采用IEC61850服务进行文件传输和参数初始化工程制作环境变电站自动化系统IEDIEDIEDIED变电站网关单线图，预制报表等的关联工程工作站系统配置配置/设计互操作性——数字化变电站配置过程具有语义互操作性通信信息、信号的内容一致信息、信号的语义一致语法互操作性模型描述的语法配置/设计互操作性——要求产品不可配置（CFG、各种映射文件的存在是例证）产品实现与配置文件无关产品不依据配置文件工作产品制造、变电站工程设计、工程调试的分界不清晰信息、信号内容没有统一设计信息、信号的标识不一致集中在：跳闸方式、保护配合、输出端子、输入端子模型信息的实例化在任何阶段都存在配置/设计互操作性——目前问题（1）IEC61850本身的局限重SERVER，轻CLIENT（灵活性大）重测控、监控，轻保护802.3广播机制与传统二次回路的差别信号语义字典的缺点和缺失ICD与CID的差别不明确描述方法的缺陷缺乏规范性约束变电站信号规范数字化变电站设计规范（数字二次回路设计规范）无法进行一致性检验（首先缺乏依据）配置/设计互操作性——目前问题和原因（2）产品模型/ICD的内容和边界表明产品的能力——产生信号语义的上下文逻辑表明产品向站控层可报告的信号/数据（REPORT）表明产品可接受的站控层命令（CONTROL、SGCB）表明产品的开出”端子“（包括跳闸方式相关信号）表明产品的开入”端子“（供inputs使用）表明产品的输入数值（“A/D端子”）信号语义由ICD给定（基础是字典）信号的传输方式依赖设计除与站控层的信息交换（因为是可定制的）自动化装置——GOOSECB及附属的信号集MU——如采用9-2SMV及附属的信号集智能单元——GOOSECB及附属的信号集性质上是广播方式下的逻辑接线（与物理网络、VLAN、接收端都有关系）配置/设计互操作性——实现设计互操作的途径（1）变电站模型/SCD的内容和界限各装置的安装位置网络构成（MAC、VLAN、广播目标地址）数字二次回路（inputs描述，不仅限于外部，“端子”的作用）GOOSECB及附属的信号集如采用9-2SMV及附属的信号集表明产品的输入数值（“A/D端子”）初始参数（如变比、压板、定值描述、定值步长、通信参数等）形成CID是装置运行的依据是变电站改造的载体是运行监视的依据配置/设计互操作性——实现设计互操作的途径（2）信号/字典一致性传统端子的总结、归纳接收端利用模型上下文（如安装位置/智能单元、I段、II段等/站控）开放办法信号举例开关位置、跳开关（间隔、母联、分段）闭重、勾三、先合/后合（3/2）失灵启动、跟跳远跳、远传配置/设计互操作性——实现设计互操作的途径（3）IEC61850作为依据模型语法可信一致性检验可以表明符合SCL语法不能作为工程设计、产品运行中语义互操作性的依据对产品的要求按配置运行是否满足设计要求调试前就可以检验对调试的要求产品是否符合IEC61850设计是否符合IEC61850产品运行是否依据设计对设计的要求信息、信号内容是否一致信息、信号语义是否明确是否满足数字化变电站的运行要求配置/设计互操作性——结论（1）数字化变电站信息语义规范体现为建模约束不在结构、而在语义层次需要字典统一影响着互操作性另述数字化站设计规范设计内容设计形式设计目标另述配置/设计互操作性——结论（2）数字化变电站互操作性保证——各环节的保证措施(1)产品互操作性定货前通信互操作性测试IEC61850模型一致性约定设计规范模型一致性检验ICD模型互操作性型号确定SCD模型互操作性工程设计厂内联调实现互操作性一致性检测IEC61850运行监督变更隐患互操作性一致性监督SCD数字化变电站互操作性保证产品通信互操作性检验（定货前）产品模型互操作性检验（项目前）工程设计模型互操作性检验（项目初）工厂联调互操作性检验（项目中）现场运行互操作性监督（长期）关于实现一致性的探讨ACSI/MMS（不等于SISCO）MMS有无必要信号和语义的实现是另一层面的事数字化变电站互操作性保证——各环节的保证