智能变电站IEC61850模型及通讯

IEC61850模型及通讯2主要内容模型智能变电站建模认知工程应用一致性测试智能电网32000199019801970无通讯点对点硬接线光子牌、喇叭等声光私有和工业规约Modbus,CDT,U4f等私有的规约公开规约DNPIEC60870-5-10X标准规约IEC61850国际标准昨天今天明天变电站规约发展历程4IEC61850目标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自由配置标准需要支持各种策略以允许功能自由分布，例如：集中式或分布式系统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5IEC61850特点开放性：全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/OSI可用的通信标准的基础上；不考虑具体实现先进性：采用ACSI、SCSM、OO的技术采用抽象的MMS作为应用层协议自我描述,在线读取/修改参数和配置采用XML语言来描述变电站的配置完整性：适用对象几乎包容了变电站内所有IED，例如：常规的测控装置、保护装置、RTU、站级计算机、可选的同期、VQC装置未来可能广泛使用的数字式一次设备如PT、CT、开关6IEC61850标准体系的内容系统概貌1介绍和概述2术语3总体要求4系统和项目管理5功能的通信要求和设备模型数据模型变电站和馈线设备的基本通信结构7-4兼容逻辑节点类和数据类7-3公用数据类抽象通信服务变电站和馈线设备的基本通信结构7-2抽象通信服务接口（ACSI）7-1原理和模型配置6变电站自动化系统配置描述语言映射到实际通信网络（SCSM）8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-39-1通过单向多路点对点串行通信链路采样值9-2ISO8802-3之上的采样值测试10一致性测试7模型的概念模型概念应用检测建模认知8模型是现实事物的某些代表性特点的表示，可以是物理实体，也可以是某种图形或者是一种数学表达式，模型是对现实世界的简化，是为了简化问题而做出的一种抽象，是对问题进行的书面上的、图形或文字的、无歧义的描述。广义模型的概念9IEC61850模型实际上是从通信角度对IED信息的组织和描述，主要解决通信内容问题。IEC61850所定义的通信服务主要解决数据访问方式问题。数据模型和通信服务是IEC61850最核心的部分IEC61850模型和服务10智能变电站系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较好的了解各智能设备的行为、能力、互操作性，工程实施采用了面向对象的方法，通过可扩展标记XML语言，创建一个包含基本数据模型及服务，但不包含IED实例名称和通信参数的文件，这个文件称为IED能力描述文件（IEDCapabilityDescription），文件通常以.icd作为扩展名，因此该类文件统称为ICD文件。*ICD文件仅经过IED配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置，只是对现实IED功能及能力的一个全面描述。它伴随着装置程序同步提供，是制作SCD的必要前提元素。智能变电站中的模型11模型的概念103站中的模型61850站中的模型12模型的建模模型概念应用检测建模认知13随装置程序，由研发人员同步提供，文件按固定格式填写GIN号或FUN、INF号，形成devinf.txt点表文件，描述装置内信息；类似密码本的作用，解析信息的对应关系优点：编码简单、直观缺点：无自描述，需结合装置方能读懂IEC103模型创建14IEC61850建模15IEC61850建模16创建模型的目的：寻求一种简明易懂的语言，该语言能够清晰、准确、完整地表达对问题的认识，在此基础上，以该语言为媒介，彼此沟通，构造出未来系统的模型，通过该模型能看到未来系统的静态和动态的样子，使人们在建造出实际系统之前就能够全面了解未来系统，减少返工、出差错的可能性。用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于了解过程的实质。建模的目的17IEC61850建模方法概述-分分解应用功能和信息IEC61850将应用功能分解为用于通信的最小功能实体。分解的粒度取决于具体设备功能的分配与分布。最小功能实体被称作逻辑节点。基于功能，逻辑节点由一定的数据组成，每个数据具有专有的数据属性。数据和数据属性所表示的信息通过通信服务进行交换。18IEC61850建模方法概述-合逐级组合形成信息模型功能分解得到的数据属性、数据和逻辑节点，根据公用数据类、兼容逻辑节点的层次逐层组合。形成的功能最小实体LN，根据其物理联系以及逻辑联系组合形成IED数据模型。19IEC61850建模方法概述应用功能和信息的分解过程，即逻辑节点的产生过程（分解为公用逻辑节点）数据的合成过程（用逻辑节点建立起装置的数据模型），即IED模型的组成过程20IEC61850-7-X定义的模型着眼于变电站数据通信特征和功能来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环境镜像（电力系统过程、开关场）。IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型和数据对象模型，建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型，满足互操作性要求建模的方法：数据对象统一建模21和IEC60870-5系列标准采用面向点的数据描述方法不同，IEC61850标准对于信息均采用面向对象的数据自描述。1)定义完整的各类数据对象和逻辑节点、逻辑设备的代码；2)定义用这些代码组成的完整的描述数据对象的方法；3)定义一套面向对象的服务。建模的方法：数据自描述22独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口。客户通过ACSI，由特定通信服务映射（SCSM）映射到所采用的通信栈或协议子集。IEC61850标准使用ACSI和SCSM技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络应用层协议和通信栈改变时，只要改动SCSM。建模的方法：抽象通信服务接口(ACSI)23抽象通信服务接口工业自动化系统制造报文（MMS）IEC-61850应用过程SCSM1SCSM2SCSMnAL1AL2AlnACSI抽象通信服务接口......特殊接口应用层layer1..6...保持相对稳定可以不断发展变化24模型的概念模型概念应用检测建模认知25ICD模型的整体结构26ICD模型的LN类型模板396号文件6.1.5章节27ICD模型的DO类型模板396号文件6.1.6章节28ICD模型的DA类型模板396号文件6.1.7章节29ICD模型的DA枚举类型模板396号文件6.1.7章节30IED实例ICD模型31广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机Server描述了一个设备外部可见（可访问）的行为IED中的服务器提供通讯及保护功能服务服务器（Server）32通讯的入口参数，与服务器一一对应是服务器提供服务的一个通道入口，是客户/服务器通讯模式中，两者进行通信的接口采用不同访问点分别与变电站层和过程层进行通信访问点（AP）33服务器所支持的各种基本服务服务（Service）34服务器所支持的各种常用服务服务（Service）35逻辑设备：若干逻辑功能的集合，逻辑上虚拟的装置。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来表示逻辑设备36逻辑节点：以若干数据对象为元素，实现某一功能的一个模块。每个最小功能单元建模为一个LN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对象中逻辑节点37广义数据对象：指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事物(例如，宽度)不是数据对象。智能变电站中的数据对象：具有多种属性的某一设备的一个功能子集。POS（位置）：断路器位置OP（动作）：保护动作对象数据对象（DataObject）38数据对象（DataObject）39广义属性事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分离的特性，又是事物某个方面质的表现。智能变电站中的数据属性即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以是自定义的属性。值属性（数据类型可以是Float、Bool、INT）控制属性（自定义的Check、Test等）品质属性（自定义的q）时标属性（UTC时标t）数据属性40数据属性41模型的检测模型概念应用检测建模认知42调试流程中的模型检测否流程开始获得全站ICD文件使用SCD工具配置SCD文件ICD检测正常？使用SCD工具导出配置并下载试验正常？SCD导入后台及远动后台、远动试验正常？是否增加新配置流程结束否否是获得虚端子图GOOSE连线正常？否否43ICD模型作为智能变电站的信息来源，其规范性和正确性会影响到后续调试工作。模型一致性检测ICD应是经KEMA测试过的认证模型；国内外工程应用环境的不同，国内工程多遵循在IEC61850基础上修改扩充的国网标准，允许厂商在KEMA认证的基础上进行扩充修改ICD；作为集成商，工程配置开始前，推荐使用ICDCheck工具校验ICD是否满足国网标准模型检测的必要性44模型的应用模型概念应用检测建模认知45工程配置流程监控、远动系统规格文件IED能力描述文件装置实例配置文件装置组态工具系统组态工具系统组态工具南瑞继保变电站系统配置文件其它厂商46智能变电站的全景信息体现在SCD文件中，ICD作为各IED的配置描述文件，包含装置信息，因此在智能变电站中，ICD文件是IED的能力及信息描述文件，也是SCD文件的信息源应用场合47IEC61850及MMS通讯MMS通讯SCSM映射初始化服务报告服务文件服务读写服务IEC6185048采用C/S服务模式，即客户端/服务器模式基于TCP/IP通讯IED作为服务器端，提供服务监控、远动、保护子站作为客户端IEC61850通讯环境以太网线ServerClientMMS49MMS（manufactoringmessagespecification）即制造报文规范，是ISO/IEC9506标准所定义的一套用于工业控制系统的通信协议。MMS是由ISOTC184开发和维护的网络环境下，计算机或IED之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文规范。它独立于应用和设备的开发者。什么是MMS50什么是MMSTimeSync(SNTP)TCP/IPT-ProfileISOCOT-ProfileUDP/IPGOOSESVGSSET-ProfileGSSEMMSProtocolSuiteISO/IEC8802-2LLCISO/IEC8802-3ISO/IEC8802-3Ethertype核心ACSI服务通用变电站状态事件时间同步通用面向对象变电站事件采样值(组播)(Type4)(Typex)是定义在IEC61850-5中的报文类型和特性分类.(Type1,1A)(Type6)(Type2,3,5)(Type1,1A)51MMS通讯过程客户端Keep-aliveSYN服务器端完整过程WriteparameterEnablereportReadhealthreportfileConcludeFIN1.TCP握手2.初始化3.信号处理4.释放连接*有时因为意外中断，第四步有可能不存在52MMS初始化服务服务描述Initiate用来在两个MMS应用间交换和协商参数，以建立应用关联Conclude以正常方式结束应用关联Abort异常终止一个应用关联。服务器不能拒绝该服务请求，本服务有可能会导致数据丢失Cancel取消一个已经发出但没有收到响应的MMS服务请求Reject通知对方MMS应用，本应用收到一个不支持的服务或者报文编码