IEC61850规约及过程层规约实现方式
IEC61850规约整体介绍(DOC)
IEC61850规约整体介绍1.总体概念1.1 IEC61850标准制定的背景同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。
该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接，从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，实现完全互操作。
IEC61850解决的主要问题（1）网络通信；（2）变电站内信息共享和互操作；（3）变电站的集成与工程实施。
1.2 IEC61850重要的基本名词MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范GOOSE：generic object oriented substation events面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：LOGICAL-DEVICE 逻辑设备，代表典型变电站功能集的实体LN：LOICAL-NODE 逻辑节点，代表典型变电站功能的实体CDC：common DATA class (DL/T860.73) 公用数据类Data：位于自动化设备中能够被读、写，有意义的结构化应用信息。
DA：data attribute数据属性，数据属性（IEC 61850-8-1）命名：LD/LN$FC$DO$DA FC：functional constraint功能约束FCDA：Functionally constrained DataAttribute功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的两台或多台IED交换信息并用这些信息正确地配合工作的能力。
服务器：为客户提供服务或发出非请求报文的实体。
客户端：向服务器请求服务以及接收来自服务器非请求报文的实体。
iec61850通信规约
iec61850通信规约IEC61850是国际电工委员会（IEC）发布的一项电力系统自动控制的标准。
它提供了一种在整个电力系统中实现自动控制的解决方案。
这一标准被广泛应用于智能电网（SmartGrid）领域，是实现智能电网设备及功能之间实现远程控制的基础性技术。
IEC61850定义了一种“通用标准层次结构”（Common Standard Structure，CSS），用于解决电力系统中的各种控制问题。
它按照不同的网络层次构建，并使用特定的数据模型来定义物理装置，从而实现网络的自动化。
IEC61850的实施使得不同的装置和功能之间的远程控制和网络通信变得可行并广泛普及。
IEC61850的网络层次主要由以下几部分组成：网络层，传输层，应用层，以及管理控制层。
网络层提供物理连接，并定义了网络节点之间的标准接口。
传输层使用TCP/IP协议对应用数据进行传输，应用层定义了IEC61850中所使用的数据结构和报文结构，以及设备间通信消息的格式，来实现各类信息的传输和交换。
管理控制层主要负责网络的管理，提供网络运行状态的监测和控制，以及网络计划和维护的实施。
IEC61850的数据模型采用一种类似于面向对象的模型，以树形结构的形式把系统中的物理装置和功能进行建模，将系统中的硬件设备和软件功能划分为许多不同类型的独立元素，从而实现两种装置之间的远程交互功能。
IEC61850的变频驱动技术也抓住了这一机会。
变频驱动技术的应用不仅大大改善了传统的电机控制和调节方式，而且可以有效地实现IEC61850的远程控制和网络通信功能。
总之，IEC61850通信规约可以使电力系统中各类装置和功能之间相互通信，实现远程监控和控制，为电力系统的智能化提供了新的可能性。
它不仅有助于提高电力系统的运行效率，而且还能为电力系统提供全面、可靠、安全的智能化解决方案。
IEC61850通信标准
Part5 功能通信要求和装置模型
61850通信协议体系的基础，共分两个部分： 61850通信协议体系的基础，共分两个部分： 通信协议体系的基础 1)详细阐述了功能、逻辑节点和通信信息片三个核 详细阐述了功能 1)详细阐述了功能、逻辑节点和通信信息片三个核 心概念以及三者的相互关系。 心概念以及三者的相互关系。 2)对不同种类的通信报文的通信时间提出了要求 对不同种类的通信报文的通信时间提出了要求， 2)对不同种类的通信报文的通信时间提出了要求，以 及对如何验证整个系统通信性能提出要求。 及对如何验证整个系统通信性能提出要求。
IEC61850标准简介 标准简介
Part4 系统和项目管理
工程要求 参数分类 工程工具 文件 系统生命周期 产品周期和运行周期 停产通知和停产后支持 质量保证 责任 试验设备 试验类型：系统试验、型式试验、 试验类型：系统试验、型式试验、例行试验 FAT 和SAT
IEC61850标准简介 标准简介
IEC61850标准简介 标准简介
Part8~9 特定通信服务映射（SCSM） 特定通信服务映射（ ）
61850880261850-8-1：对MMS及ISO/IEC 8802-3的映射 MMS及 该标准将ACSI映射到了MMS ACSI映射到了MMS， 该标准将ACSI映射到了MMS，适用于站控层和间隔层 通信内通信。同时包括将ACSI映射到以太网，用于GOOSE ACSI映射到以太网 通信内通信。同时包括将ACSI映射到以太网，用于GOOSE 报文的收发。 报文的收发。 61850- 1:基于串行单方向多路点对点链接的采样值传输 61850-9-1:基于串行单方向多路点对点链接的采样值传输 该标准将有关采样测量值传输的部分映射过来,LLC 该标准将有关采样测量值传输的部分映射过来,LLC 采用无应答无连接, 采用无应答无连接,该协议适用于间隔级设备和过程级设 备间的通信。 备间的通信。 61850基于8802.3 8802.3上的采样值传输 61850-9-2：基于8802.3上的采样值传输 采用组网方式传输采样值， 采用组网方式传输采样值，更符合今后的发展方向
61850入门学习规约详解共23页
④合并单元发送采样值报文均为组播包，且物理组播地址取为 01-0C-CD-04-00-00到01-0C-CD-04-01-FF之间，IED通过在MAC层采取 硬件地址过滤方法接收。
三、61850标准构成
系统方面 Part 1: 介绍和概述 Part 2: 术语 Part 3: 总体要求 Part 4: 系统和项目管理 Part 5: 功能通信要求和设备模型
配置 Part 6: 变电站中智能电子设备通信配 置描述语言
测试 Part 10: 一致性测试
数据模型 变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构 Part 7-4: 兼容逻辑节点和数据类 Part 7-3: 公共数据类
⑤对变电站自动化系统中的对象进行统一建模，包括数据模型 和服务模型，采用面向对象技术（过去面向点）和独立于网络结构 的抽象通信服务接口(ACSI)，增强了设备间的互操作性，可以在不 同厂家的设备之间实现无缝连接，适应网络技术迅猛发展 , 向网络 开放；
⑥实现站内的公用信息共享、简化信息架构及变电站架构，开 放式系统，避免多余的中间数据转换，便于扩展维护；
2、采用IEC61850协议与数字化CT/PT的实用型数字化变电站
变电站中的保护、监控自动化系统按照IEC61850标准来实现。 间隔层和变电站层设备全部数字化。过程层采用ECT/EVT和常规的 开关（SW/CB）。间隔层的保护、测控设备可以通过以太网接收 ECT/EVT的合并单元发来的采样数据和状态量数据，可实现多个间 隔层设备共享同一过程数据。过程层网络可以是一个简单网络，也 可以在同一物理网上根据需要设子网，或根据需要分由不同的物理 子网组成。数据流为单向。
IEC61850标准
数据属性〔DA〕 功用约束 〔FC〕
每一个数据对象〔DO〕有多个数据属性： 〝定值〞 、〝单位〞、〝步长〞、〝范围〞、〝
描画〞……
每一个数据属性依照不同用途、不同功用再做进一步 分类，就是功用约束〔Function Constrait〕
〝定值〞属性可以用于表示以后区定值，SE 〝定值〞属性可以用于表示编辑区定值，SG 〝单位〞、〝步长〞、〝步长〞、〝范围〞属性 用于表示定值的一种配置，CF 〝描画〞属性用于说明定值的称号或详细解释， DC
本通信结构(ACSI)
映射
章节8-1 SCSM映射到MMS和ISO/IEC 8802-3
章节9-1 SCSM映射-通过单向多路点对点串行
通信链路的采样值
章节9-2 SCSM映射-通过ISO/IEC 8802-3 的采样值
通信网络
IEC61850的简介
• 设备建模
为什么要树立设备模型？
以前通讯规范〔协议〕没有模型概念，一 切信息都是与规约报文组织方式逐一对应， 通用性及自定义性不强。
GOOSE通讯进程
传输时间
事情
GOOSE运用
IED之间逻辑闭锁信息传输
交流机应用虚拟局域网(VLAN)技术 控制GOOSE发送方向
发布方 组播地址x
发布方 组播地址y
订阅方 组播地址x
订阅方 组播地址y
发布方 组播地址x
GOOSE运用
一台IED向多台IED发送GOOSE跳闸信息 快速性〔<4ms〕
A 自动控制 (2) G 通用功用 (3) L 系统逻辑 (2) P 维护功用 (28) S 传感器和监视 (4) X 开关设备 (2) Z 其他设备 (15)
C 监控 (5) I 接口和存档 (4) M 计量和测量 (8) R 维护相关功用 (10) T 仪用互感器 (2) Y 变压器及相关 (4)
IEC61850规约及过程层规约实现方式
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定值服务 SelectActiveSG （选择激活定值组） SelectEditSG （选择编辑定值组） SetSGValuess （设置定值组值） ConfirmEditSGValues （确认编辑定值组值） GetSGValues （读定值组值） GetSGCBValues （读定值组控制块值）服务；
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MMS-报告服务
数据帧定义 多帧传送, 传送对象、数值及原因
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MMS-定值服务
ActSG EditSG NumOfSG CnfEdit
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变压器档位 保护软压板 装置复归 断路器隔离开关 通用GGIO开出
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MMS-控制服务
遥控返回的原因码应统一使用
• 监控在失败时显示错误码信息，便于分析 • 如五防闭锁、同期失败等
部分不太使用的错误码 • Blocked-by-mode (8) • Blocked-by-process (9) • Blocked-by-health (13) • ….与内外模型一致相关
模型 TPAA——MMS MCAA——GOOSE/SMV
规范 应支持association、release、abort服务； 支持同时与不少于16个客户端建立连接； 当装置与客户端的通讯意外中断时：装置通 讯故障的检出时间不大于1分钟，通讯故障客 户端检出时间不大于1分钟；
61850规约
IEC870-5/IEC61850规约的现状及如何保障规约的兼容性一.简单历史及现状IEC60870-5系列规约有下面几个里程碑:1990年2月完成第一份文件IEC60870-5-1(帧结构)1995年11月完成第一个完整规约的文件IEC60870-5-101(远动) 1996年6月完成第二个完整规约的文件IEC60870-5-102(RTU与电表)1997年12月完成第三个完整规约的文件IEC60870-5-103(RTU与保护)2000年12月完成第一个完整基于以太网规约的文件IEC60870-5-104(远动)2002年11月完成IEC60870-5-101第二版(远动)2003/2004计划完成IEC60870-5-6(IEC60870-5系列规约的兼容测试步骤)IEC60870-5系列规约的发展比较长.10年了才有了今天被除北美外全世界的接受,形成新的自动化功能规范串行均以IEC60870-5-101/102/103为基本要求,以太网均以IEC60870-5-104为基本要求的局面.IEC61850工作组1995年成立,目标是变电站內通讯网络及系统.1997年10月正式与EPRI/UCA工作组合作.计划在2003年4月完成完整的规约文件.虽然国际上的一些文章给大家一个印象，IEC61850马上要完全取代IEC60870－5系列规约。
我们认为近期内是不可能取代的。
从IEC60870－5系列的发展可以发现，IEC61850和其它规约一样，肯定需要一个现场证明，改进，用户接受的过程。
IEC69870-5-101经过了7年才有了修订补偿的第二版。
IEC61850/UCA2.0最大的一个技术挑战是保证变电站自动化功能的实时实现。
如备自投，并列变压器的保护。
它们需要变电站IED 之间的点对点通讯，时间延时毫秒级。
北美以外对EPRI的UCA均有些误解.首先了解一下美国EPRI.成立于1973年的美国EPRI为以会员制的非盈利,民间组织.其目标是,通过管理和组织来进行电力方面研究,开发,提供应用解决方案.美国EPRI并没有自己的科研技术人员,而是拥有大量的项目管理人员.研究,开发,应用解决方案长久以来主要靠委托学校及咨询服务公司实现.UCA(UtilityCommunicationArchitecture)的研究也是如此.UCA并没有在北美变电站自动化中流行.到2002年5月为止,15年以上的时间內,全世界变电站使用UCA的系统不超过30.并且90%是实验项目.在2002年2月的DistribuTech2002会议上,一个UCA试点的总结[1]能够从一个侧面反应UCA的试用情况.就是在北美,美国IEEE/PES变电站标准通讯工作组P1525(Standard for Substation Integrated Protection,Control,and Data Acquisition Communications)还在制定与UCA,IEC61850相近的规约,计划2004年12月完成.IEC61850文本制定面临的主要问题是:北美和欧洲变电站集成及自动化的模式不同,而目前的草稿还不能完全兼顾这两种模式.另外,由于涉及的国家多,厂家多,厂家之间对标准规约控制权的竞争影响进度.IEC61850目前推荐的规约服务层为MMS.MMS这里作为规约报文的编译解释器.IEC61850也在考虑使用其他的规约服务.MMS规约服务到底是近20年的标准,其发起的汽车行业已经不再使用.在现有技术水平条件下,IEC61850大部分规约的可行性研究及实验证明是可行的.但IEC61850规约IEC61850-9-2部分的可行性还没有明确答案.根据IEC61850-9-2的要求,网络的IEC61850-9-2数据需要103Mbits/s.现在的MergingUnit和保护设备还不能保证这个要求。
iec61850通信规约
iec61850通信规约IEC61850是一种用于分布式能源系统的标准通信规约，其目的是使得不同厂商的设备可以通信。
IEC 61850诞生于20世纪90年代，由IEC（国际电工委员会）发起，在2001年正式定为一项标准，后经过几次修订，现已发展为IEC 61850-7-420等多个部份，成为业界重要的标准。
IEC61850是一种面向对象的规约，它在设备层次建立了一系列标准化的通信模型，使得协议层次和模型层次可以分离，从而实现了不同厂家设备的通信。
其中，设备通信模型基于IEC61850的服务模型，是基于对象的，由SCL（软件配置语言）文件定义。
IEC61850的设备通信模型主要由“装置”和“设备”两部分组成。
装置（IED）位于回路的上位，是执行命令的地方，负责客户端的决策，通常有NVR（网络视频服务器）、RTU（远程终端单元）、PLC （可编程控制器）等组成。
设备位于回路的下位，通常由传感器和执行器组成，负责监控、检测和控制回路中的实体，其输出能够被上位装置所读取和控制。
IEC61850也提供了一种组态工具，支持用户在设备的装置和设备之间实现连接和配置，从而支持上位装置读取和控制低端设备。
IEC 61850标准下的组态工具支持了自动发现、自动参数配置和自动时序测试等功能，从而显著提高了工程的配置效率。
IEC61850标准不仅改善了分布式能源系统的故障处理流程，还支持了虚拟变电站和智能电网，为节能自动化提供了重要的技术支持。
IEC 61850标准可以实现工程师之间的高效和成熟的信息交换，是智能电网的核心技术，也是能源行业的新发展方向。
总之，IEC61850标准为分布式能源系统的高效连接、自动化和故障检测提供了重要技术支持，是一项具有重大意义的技术标准。
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IEC61850-110kV变电站典型方案
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站控层：MMS/GOOSE
过程层：GOOSE/SMV
主机1
主机2
五防工作站/ 操作员站
远动装置1
远动装置2
打印机
主时钟1
主时钟2
测控
保护1
保护2
计量
合并单元1 DL/T860.92 合并单元2
MMS-文件服务
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常用于录波文件召唤
文件服务与MMS文件服务不对应 “一对多” MMS 远端打开文件、读文件、写文件、关闭文件等操作 IEC61850 召唤文件、下装文件、删除文件、获取文件目录等
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MMS-文件服务
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模型 TPAA——MMS MCAA——GOOSE/SMV
规范 应支持association、release、abort服务； 支持同时与不少于16个客户端建立连接； 当装置与客户端的通讯意外中断时：装置通 讯故障的检出时间不大于1分钟，通讯故障客 户端检出时间不大于1分钟；
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2020年3月4日块配置 BRCB 和 URCB 均采用多个实例可视方式。 装置 ICD 文件应预先配置与预定义的数据集相对应的报告控制块且名称应统一 各装置制造厂商应预先正确配置报告控制块中的参数。
报告类型选用 遥测类数据上送使用URCB； 遥信、告警、事件类数据上送使用BRCB。
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IEC61850 规约及过程层规约实现方式
2013-05 上海思源弘瑞自动化 胡道徐
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内容概要
1. IEC61850-MMS 2. IEC61850-GOOSE 3. IEC61850-SMV
变压器档位 保护软压板 装置复归 断路器隔离开关 通用GGIO开出
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MMS-控制服务
遥控返回的原因码应统一使用
• 监控在失败时显示错误码信息，便于分析 • 如五防闭锁、同期失败等
部分不太使用的错误码 • Blocked-by-mode (8) • Blocked-by-process (9) • Blocked-by-health (13) • ….与内外模型一致相关
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MMS-报告服务
数据帧定义 多帧传送, 传送对象、数值及原因
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MMS-定值服务
ActSG EditSG NumOfSG CnfEdit
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MMS-报告服务
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组包上送 如何上送取决如组包需求 从规范层面上要求GOOSE按FCDA，其它均按FCD对象组包(含V/Q/T)
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MMS-报告服务
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几个互操作问题
多实例与单实例 • 通过Report Control Block的Indexed属性表达
定值服务 SelectActiveSG （选择激活定值组） SelectEditSG （选择编辑定值组） SetSGValuess （设置定值组值） ConfirmEditSGValues （确认编辑定值组值） GetSGValues （读定值组值） GetSGCBValues （读定值组控制块值）服务；
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MMS-取代服务
数值来源 人工置数 过程层采集
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MMS-取代服务
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取代使能 • 当subEna置为True时，subVal、subQ应直接改变相应的数据属性Val、q • 修改取代值时，无须再次使能subEna； • 装置重启后，取代状态应保持。
“远方切换定值区” 软压板只能在装置本地修改。“远方切换定值区” 软压板投 入时， 装置定值区可远方切换。 定值区号宜放入遥测数据集，供远方监控。
“远方控制压板” 软压板只能在装置本地修改。“远方控制压板” 软压板投入时， 装置功能软压板、 GOOSE 出口软压板可远方控制。 （软压板本地与远方控制）
• 如送值时带不带参引
EntryID 报告条目号
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MMS-报告服务
URCB 用于遥测量 关注遥测突变门槛 无缓冲时间 无缓冲管理 通过buffered属性区分
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可操作数据 (支持SetDataValues设值） • 控制块：报告控制块、定值控制块、日志控制块、GOOSE/SMV控制块 • 遥控：CSWI/ATCC/GGIO、LEDRS/FuncEna • 修改定值：用户定值数据对象、系统定值数据对象 • 取代数据：遥信、遥测量；
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MMS-报告服务
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缓冲机制 缓冲设计的初衷：防掉线丢失事件，不是防重启备份 掉线后，需要后台主动重新同步缓冲ID (EntryId) 一个包可以发几个事件？取决于缓冲时间区内事件数量 同一个事件连续变化，应怎么发包？立即发送上一事件，复位缓冲时刻
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IEC61850-MMS
关联服务 模型服务
树模型构成 节点类型属性
读写服务 报告服务 控制服务 定值服务 取代服务 文件服务
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MMS-关联服务
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IEC61850-定值过程
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MMS-定值服务
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国网规范 单个保护装置的 IED 可以有多个 LD 和 SGCB ，每个 LD 应只有1个 SGCB 实例；
“远方修改定值” 软压板只能在装置本地修改。“远方修改定值” 软压板投入时， 装置参数、装置定值可远方修改。
取代应用 装置取代服务的实现应能满足信号对点和联闭锁调试功能的需求。 客户端应支持批量恢复取代信号的功能。
GOOSE关联 处于取代状态时，GOOSE输出数据（除ACT动作信号）品质为取代品质。 取代数据值需要传递至联闭锁逻辑
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IEC61850-遥控过程
遥控输出：控制服务 -> GOOSE -> 报告服务
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MMS-控制服务
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控制服务 • SelectWithValue （带值的选择） • Cancel （取消） • Operate （操作）
SCD中配置报告数据集 ICD 定义的数据集可在SCD中进行增减 不要求动态创建和修改数据集；
报告控制块在线配置 支持 设定周期和总召：IntgPd 和 GI ； 支持客户端在线设置 ：OptFlds 和 TrgOps 。
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RptID问题 • 原因在于报文中并不存在报告控制块路径，RptId设计时理所当然作为RCB标识 • 预配置与上电初始化 • 客户端识别标识(标准层面上要求其唯一性，工程实际中并不完全遵循)
事件时标T的问题 • 事件T应体现当前最新数值 • 在线监测需求，侧重于体现数据采集时刻(即时间变化，但值不一定变化） • 监控时标优先从报文中获取，其次才按接收时刻打时标
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MMS-控制服务
遥控 遥调 压板 …
几个属性 控制值 控制源 • 本地、监控、远方… 测试Test 检查条件
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MMS-控制服务
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控制过程 成功后，送控制成功响应(CmdTermResp+) 和 遥信变化报告T 失败后，送控制失败响应( CmdTermResp-)
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MMS-定值服务
切唤区号 召唤区号 修改定值 下装定值
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MMS-定值服务
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定值清单 装置定值数据集名称为dsSetting，参数数据集dsParameter； • 通过模型读写服务实现参数设定的特殊语义 (装置参数不受SGCB控制)。 • 保护当前定值区号从1开始，保护编辑定值区号从0开始，0区表示当前不允许修 改定值。