IEC 61850入门

自动化变电站拓扑
信息模型
信息模型
• 上图断路器建模为图中部的虚拟模型 • 标准的方法是将应用功能分解为与之交换信息的 最小实体，合理的分配这些实体到专用设备 • 这些实体称为逻辑节点，这个例子中逻辑节点 XCBR代表右侧断路器 • 逻辑节点包含具有专门数据属性的数据表。数据 具有定义好的结构和语义。通用逻辑点在第7-4部 分说明，通用数据在第7-3部分说明 • 由特定的通信手段（SCSM，例如采用MMS、 TCP/IP经以太网）实现服务
总体要求 系统和项目管理
通信要求
通信描述配置语言
基本通信结构
Part 8
映射到MMS 和以太网
采样值 映射到以太网 一致性检测
Part 9
Part 10
IEC 61850主要部分
• • • • • • 第6部分---变电站配置描述语言（SCL） 第7-1部分---原理和模型 第7-2部分---抽象通信服务接口（ACSI） 第7-3部分---公用数据类 第7-4部分---兼容的逻辑节点类和数据类 第8-1部分---特定通信服务（SCSM）映射到 MMS 和ISO/IEC8802-3 • 第9-1部分---特定通信服务（SCSM）通过串行单 方向多点共线点对点链路传输采样测量值 • 第9-2部分---特定通信服务（SCSM）通过 ISO/IEC8802-3传输采样测量值
IED A
IED A
过程总线
Bay Controller
Ethernet Switch
IED A
IED A
过程总线
过程层
Modern Switchgear
Modern CTs/VTs
Modern Switchgear
Modern CTs/VTs
与传统变电站的比较
工作站1 GPS 工作站2 远动站 GPS 工作站1 工作站2 远动站
ACSI服务一览
第7-3部分---公用数据类
• 本标准规定公共属性类和公用数据类，包 括：
状态信息的公用数据类 测量信息的公用数据类 可控状态信息的公用数据类 可控模拟设定值信息的公用数据类 状态定值的公用数据类 模拟定值的公用数据类 这些公用数据类的属性类型
示例－单点数据类
示例－品质属性类
第7-4部分---兼容的逻辑节点类
• 本部分规定变电应用功能相关的逻辑节点 • 规定了多重实例及逻辑节点类和数据专有 扩展的标准命名规则
逻辑节点按功能分组
部分保护功能组逻辑节点
示例－距离保护逻辑节点
第8-1部分---特定通信服务（SCSM）映射到 MMS 和ISO/IEC8802-3 • 本部分规定了通信协议栈 • 定义了ACSI的对象和服务到MMS和 ISO/IEC8802-3帧之间的映射 • 定义了使用MMS（ISO9506）服务来实现 数据交互的标准方法 • 定义了GOOSE协议，实现变电站通用事件 传输服务
9－2应用层
有4个ASDU的APDU帧
如何实现一/二次设备智能化
• 设备基于微处理器设计 • 对变电站系统建模，以功能节点为功能单 位 • 将功能节点合理的分配到IED • 用SCL语言对IED进行描述 • 实现ACSI服务，使访问都有统一的接口 • 应用SCSM映射，使应用和通信协议无关， 两者可以独立发展
IED数据模型
分解功能和构建设备过程
IED合成的例子
IED合成的例子
• 包含的逻辑节点为PTOC（定时过流保护）、 PDIS（距离保护）、PTRC（跳闸调理）、 XCBR（断路器） • （2）、（3）种情况拥有XCBR LN的IED 可以集成到实际断路器，也可以和情况（1） 一样用硬连线和断路器相连。
SCL对象关系图
SCL文件类型
• ICD 描述IED的能力 • CID 配置后的描述文件 • SCD 包括全部IED、通信配置段和变电站 段，是对整个变电站的描述 • SSD 系统规范描述文件
一段SCD文件示例
第7-1部分---原理和模型
• 本标准为变电站设备（保护设备，断路器， 主站等）之间通信和交互的概述 • 阐述了建模方法 • 阐述了通信原理 • 阐述了信息模型
站控层
IEC60870 -5-103 IEC61850 MMS
RCS 保护
RCS 测控
其他 IED
间隔层
PCS 保护
PCS 测控
其他 IED
GOOSE
电缆
光缆 MU 智能单元
过程层
CT/PT ECVT
传统互感器
电子式互感器
传统变电站结构图
AIS数字化变电站结构图
与传统变电站的比较
• 智能化变电站把设备划分在3个功能层上:变电站 层、间隔层、过程层 • 一次设备实现智能化。电子式互感器代替了原来 的电磁式互感器；一次设备采用微处理器设计， 通过数字网络跟二次设备交换数据，取消了原来 的电缆连接 • 二次设备网络化。继电保护、故障录波和电压无 功控制装置等通过数字网络连接，取消原来的电 缆连接。不仅能传送I/O量，还能传送模拟量
站层与间隔层通信
传统： 规约：IEC60870-103等 物理连接：串口485，以太网络等 IEC61850： 规约：工业制造报文（MMS） 物理连接：以太网络
间隔之间通信
传统：电缆接开关量 IEC61850： 规约：GOOSE 物理连接：光纤以太网 特点：除传输开关外，还可传输模拟量
间隔与过程层通信
• 接口6：间隔层和变电站层控制数据交换 • 接口7：变电站层与远方工程师办公地数据 交换 • 接口8：间隔层之间直接数据交换 • 接口9：变电站层内数据交换 • 接口10：变电站和远方控制中心的数据交 换
YS-SCA1规约分析仪
• • • • 规约分析仪的作用. 附加知识:交换机的端口镜像知识. 分析仪的工作源理 分析仪在变电站中的拓扑结构.
IEC 61850入门
银山网络
主要内容
• • • • • IEC 61850是什么 IEC 61850与传统对比 IEC 61850标准 如何实现一/二次设备智能化 如何实现数字化网络
IEC61850是什么
• IEC61850是国际电工委员会（IEC）颁布的新一代的变电 站自动化系统标准 。最后一部分在2003年颁布，国内颁 布的等同的标准为DL/T860.XX-2006。 • 它不是一个单纯的通信协议，它定义了一套实现智能化变 电站的标准体系。 • 阐述了智能化变电站的总体要求 • 阐述变电站系统的建模方法 • 制定了满足实时信息和其它信息传输要求的服务模型 • 规定了协议栈，阐述了应用到协议映射方法及相关协议
变电站通信接口模型
变电站通信接口模型
• 接口1：间隔层和变电站层之间保护数据交 换 • 接口2：间隔层与远方保护（不在本标准范 围）之间数据交换 • 接口3：间隔层内数据交换 • 接口4：过程层和间隔层之间电压互感器PT 和电流互感器CT瞬时数据交换 • 接口5：过程层和间隔层之间控制数据交换
变电站通信接口模型
SCSM由三部分组成
• 协议栈的详细说明 • 第7部分的抽象规范到该协议栈实际元素的 映射方法 • 协议栈中未包含的功能性实施规范
通信协议栈
映射到MMS使用的对象和服务
MMS报告报文示例
GOOSE 信息的发送时序
GOOSE报文定义
Wiresharp打开GOOSE报文树结构
第9-1部分---通过串行方式传输采样值
• • • • 过程层和间隔层之间 单向多路点对点连接 模拟量传输服务映射 用于互感器合并单元与诸如继电保护之间 的通信
单向多路点对点串行链路示例
9－1应用层
ASDU格式
ASDU格式 接上一页
第9-2部分---传输采样测量值
• 说明了第7－2部分传输采样值服务映射 • 可以用于间隔之间的采样传输
第6部分 变电站配置描述语言
• 本标准根据第5和第7部分描述智能电子设 备的配置和通信系统 • 也描述了一次设备和智能设备的关系 • 目的是允许不同厂家的配置工具和系统配 置工具间可互操作的交换通信系统配置数 据 • 本语言基于XML
Baidu NhomakorabeaCL描述的模型
• • • • • • 一次系统结构 通信系统 应用层通信 每个IED 实例的逻辑节点类定义 实例逻辑节点和IED的关系，IED和一次设 备的关系
Switchgear
CTs/VTs
Switchgear
CTs/VTs
数字化变电站综合自动化系统
站层
Network Control Center Router switch HSI Engineering/ Monitoring
IEC 61850-8-1 站总线
间隔层
Bay Controller
Ethernet Switch
通信原理
通信原理
• 定义了抽象通信服务接口（ACSI），使智 能设备的通信接口统一，实现数据共享和 互操作。ACSI在第7－2部分详细介绍 • 定义特定通信服务映射（SCSM），使通信 协议与实际应用分离。SCSM在第8-1、9-1、 9-2部分说明
第7-2部分---抽象通信服务接口
• 用于
实时的数据访问和检索 控制设备 控制设备 控制设备 事件报告和日志 发布者/订户 设备的自我描述 数据选型和新出现的数据类型 文件传输
•快速的维护
传统变电站综合自动化系统
站层
Network Control Center Router switch HSI Engineering/ Monitoring
IEC 103 站总线
间隔层
Bay Controller
IED A
IED A
电缆
Bay Controller
IED A
IED A
过程层
ACSI基本类模型
ACSI基本类模型
• SERVER代表设备的外部可视性能 • LOGICAL-DEVICE包含一组特定功能信息 • LOGICAL-NODE一个特定应用功能如过电 压保护 • DATA代表一个信息，如断路器位置
ACSI服务模型
ACSI服务模型
• DATA-SET是一组信息集合，这组信息可以用于生成报告、 日志或直接访问 • 取代服务用于把运行设备中的某个值用其它值代替 • SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK提供定值切换和 定值编辑服务 • REPORT-CONTROL-BLOCK和LOG-CONTROL-BLOCK 提供了根据条件生成报告和日志的服务 • 通用变电站事件控制块（GOOSE）提供了一种快速可靠， IED设备之间的平行通信服务 • 采样控制块提供快速和循环的采样值传输服务 • 控制提供控制服务，如控制断路器 • 时间和时间同步为设备和系统提供时间基准 • 文件传输定义了大型数据的交换
IEC61850的目标
• 互操作性
--不同厂家的IED之间交互数据 --使用这些数据实现自己的功能
• 自由组态 --自由分配智能设备的功能
--支持客户的任意设计理念—集中式或分布式系统
• 长期稳定性 --面向未来
--符合通信系统主流的发展方向 --符合系统发展的要求
数字化变电站的优点
• 按需维护 • 隔离开关免维护 • 不需校验 • 小的占地空间 • 少的建筑工程量 • 少的可见范围 • 测试时间缩短 • 可同时安装 • 较少的线夹 • 较少的绝缘 • 开关站内较少的工作量 • CT/VT 的设备安全 • 满足各种安全标准
规约分析仪的作用
• 为全站数字化设备之间的通讯过程进行存 贮，备查。用以分析数字化设备之间的工 作协调性问题，以便判断是那个设备出现 问题。 • 为全站数字化设备之间的通讯进行实时的 在线自动分析异常，出送告警。
附加知识:交换机的端口镜像知识.
• 交换机把某一个端口接 收或发送的数据帧完全 相同的复制给另一个端 口；其中被复制的端口 称为镜像源端口，复制 的端口称为镜像目的端 口,其镜像目的端口只接 收不发送任何数据帧。
SCL配置流程
SCL配置
• 配置信息在间隔层和变电站后台的传递过 程，就实现了通信双方信息互操作
如何实现数字化网络
• 变电站系统分为三层结构：站层、间隔层、 过程层 • 个层用数字网络连接，取消原有的电缆 • 模拟采样值映射到9-1,9-2传输 • 通用变电站事件映射到GOOSE传输 • 时间同步映射到简单网络时间协议（SNPT） • 控制、报告等映射到MMS
传统:电缆连接 IEC61850模拟量: 规约：规约9-1、9-2、60044-8 物理连接：光缆 IEC61850智能开关等设备： 规约： GOOSE 物理连接：光纤以太网
IEC61850 标准
概 论 术 语
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