IEC61850系列标准简介(上).ppt

IEC61850系列标准简介(上),国电南瑞科技股份有限公司,丁杰,目 录,什么是IEC 61850内容简介及理解工程应用,什么是IEC 61850?,IEC 61850系列标准的全称是变电站通信网络和系统(Communication Networks and Systems in Substations)，它规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系统要求 IEC 61850系列标准是由国际电工委员会第57技术委员会(IEC TC57)从1995年开始制订的,目前，IEC61850共14个部份已经全部通过为国际标准。我国的标准化委员会对61850系列标准进行了同步的跟踪和翻译工作,IEC 61850系列标准吸收了多种国际最先进的新技术，并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国际标准作为61850系列标准的一部分。所以它是一个十分庞大的标准体系，而不仅仅是一个通信协议标准IEC 61850看起来很像又一新的协议。其实它不是。确切地说，它是一种新的变电站自动化的方法，一种影响工程、维护、运行和电力行业组织的新方法它采用面向对象的建模技术，面向未来通讯的可扩展架构，来实现“一个世界，一种技术，一个标准”的目标,什么是IEC 61850?,标准的特点,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,以往的设计对象是优化 带宽 硬件资源（CPU性能、存储需求）今天的趋势,61850产生于技术的变迁,带宽成本,硬件成本,集成成本,1 从规约角度分析,通信接口:串行口,现场总线,以太网通信传输规约:多!为规范远动系统中的通信系统，IEC于1990年至2002年制订IEC60870系列标准（远动设备及系统）:变电站与控制中心通信的101、104规约和保护与监控系统通信的103规约由于没有标准，不可能进行一致性测试，厂家间就算提供了规约，也无法保证其实现与规约的一致性，一切只能现场见或事先在实验室联调厂家在技术水平、经验、理解等各方面有差异,个性扩展产品互操作性问题日益突出工程费用增加成为变电站自动化行业发展的巨大障碍,1 从规约角度分析,DNP,四方103,MODBUS,PROFIBUS,CDT,60870-5-103,南自103,网络103,1 从规约角度分析,1 从规约角度分析,2 从信息模型角度分析,按点号数据含义不明,2 从信息模型角度分析,按点号数据之间无关联,对象模型,点模型,组态的内容各不相同，组态的结果互不通用，组态信息的交流通过书面方式，易出错IEC61850的优点不是体现在设备的价格上,而是在设备的长期使用上,3 从组态及工程角度分析,1.对制造厂非常有利,IEC61850带来什么好处,可以避免劳民伤财的协议转换工作;采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述，采用配置语言，在信息源定义数据和数据属性，传输采样测量值等技术,在组态、配置和维护工作上,节省了大量开支;将来会有越来越多的智能设备(电能质量、同步相量、设备诊断等)集成到系统中，无缝数据集成和共享信息节省了大量开支,用户可选择最好的产品,不必担忧互联,互换,能大幅度改善设备集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。提供了变电站通信网络和系统总体要求、系统和工程管理、一致性测试等,2.对用户非常有利,IEC61850带来什么好处,标准制定的主要目的,互操作性 为不同厂家的设备互联提供互操作性,即不同制造 厂家提供的智能设备可交换信息和使用这些信息 执行特定功能 自由配置 满足变电站自动化系统（SAS）功能和性能的要 求；可灵活配置，将功能自由分配到装置中，支 持用户集中式（如RTU）和分散式系统的各种要求 长期稳定性 支持未来的技术发展，因为它可兼容主流通讯技 术而发展，并可伴随系统需求而进化,互操作性,IEC61850-5:IEC61850系列标准的目标是为来自不同厂商的智能电子设备提供互操作性，更严格地说，是为在变电站中执行且常包含在不同制造商提供的设备（物理装置）中的功能提供互操作性,互换性,IEC61850-5 互换性 interchangeability 互换性是指可用同一厂家或不同厂家的装置相互替换。互换装置具有相同的通信接口且至少提供相同功能，并且互换对系统的其它部分没有影响。若功能差异可接受，互换也可能要求系统某处作出改变。互换性更严格的意义是指功能和装置的标准化。然而，功能和装置标准化均不在本标准的讨论范围内相比目前自动化系统,为互换性提供有利的条件 相同的通信接口 SCL配置文件,二 内容简介及理解 61850(1-5)61850-6 61850-7 61850-8 61850-9 61850-10,61850-1 介绍和概述,该标准介绍了整个61850系列标准的制定目的、历史沿革，对61850的其它标准的核心内容作了一个提炼并加以介绍，对以后的标准中涉及的核心概念作了初步的阐述,三层架构及逻辑接口,技术服务,远方控制,(,NCC),功能,.,A,功能,.,B,保护,.,控制,传感器,执行元件,远方保护,间隔,/,单元层,变电站层,过程层,远方保护,1,6,3,3,7,9,8,1,6,2,2,4,5,4,5,10,IEC61850变电站架构,IEC61850变电站架构,IEC61850变电站架构,过程总线的基本组网方案,1 每个间隔拥有自己的通信网络2 通信网络可以跨越多个间隔3 所有设备共用一个通信网络4 面向继保功能区划分网络,按电气间隔划分网段,按继电保护区域划分网段,61850-2 术语,该标准搜集了整个61850系列标准所涉及的术语解释、缩写名词定义、规范性引用文件。术语定义有157条：抽象通信服务接口 abstract communication service interface间隔 bay 一致性测试 conformance test 通用面向变电站事件对象 generic object oriented substation event 互操作性 interoperability互换性 interchangeability 逻辑节点 logical node合并单元 merging unit 报告 report自我描述 self-description 服务器 server 特定通信服务映射 specific communication service mapping,6180-3 总体要求,该标准从质量要求、环境条件、供电条件三个方面对SAS系统的性能进行了规范,质量要求,可靠性可用性可维护性安全性数据完整性其他性能要求,质量要求,可靠性按照“故障弱化”的原则，当SAS的任一通信元件发生故障时，变电站仍应是持续可操作的 如果SAS的通信元件是冗余的，则不应存在一种故障形式使得冗余元件同时失效故障安全设计应当是必不可少的。不应该存在任何可能导致SAS产生非预期控制行为的故障形式，例如，导致跳开或合上一个线路开关。另外，SAS的故障应当不会使变电站任何可用的就地计量和就地控制功能失效关键性功能(保护、主要的控制功能、计量等等)不应因某个单一故障而失效,质量要求,数据完整性SAS通信系统在出现传输和过程错误、传输延迟变化和通信环节设备故障时应能可靠地传输数据。它必须提供：在存在干扰的变电站环境下检测出传输错误链路拥塞的恢复可选的链路、媒介和设备的冗余支持,可用性 应为SAS正常运行时间与总的运行时间的比值。正常运行时间是SAS能够执行其重要功能的时间。例如，当存在后备保护时，主保护故障应不能归到故障时间。再比如，如果存在另外的控制点，HMI的故障也不能归到故障时间,质量要求,网络的总体要求 地理要求 变电站内通信网络应有覆盖到2公里的能力 装置数量 变电站内通信网络应有能力应用到所有高压开关的典型配置中,质量要求,环境要求,对温度、湿度、大气压、振动、污染、腐蚀、电磁干扰的耐受能力,环境要求,变电站中的智能电子设备属于C级别,C级别又被细分为4个小级别：1:Class C1:-5 to 45C 2:Class C2:-25 to 55C 3:Class C3:-40 to 70C 4:Class Cx:Special 变电站中的智能电子设备需满足C2、C3或Cx(-40 to 85C)级别,电磁干扰抗扰性,环境要求,传导电磁骚扰 感应骚扰 浪涌 振荡波 快速瞬变 辐射电磁骚扰工频骚扰,电磁兼容要求,环境要求,供电要求,对供电电源的电压、频率范围以及瞬时失电的耐受能力,该标准主要规范了SAS的参数化、文档化等工程管理要求SAS及其IED始于研发阶段直至停产和退出运行的生命周期内的质量管理 SAS的质量保证，重点是试验设备、试验内容，如系统测试、型式试验、例行试验、一致性测试、FAT、SAT等,61850-4 系统和项目管理,详细阐述了功能、逻辑节点和通信信息片三个概念以及三者的相互关系对不同等级的变电站内的不同种类的通信报文的通信时间提出了要求，以及如何验证整个系统的通信性能要求,61850-5：功能通信要求和装置模型,重要术语,功能已有装置功能各不相同标准应让各种装置能实现对功能的描述不是为了标准化功能，是为了确定通信需求同一功能可以分布在不同厂家提供的物理设备之间功能与物理设备无关，可以在物理设备上自由分布,功能分类,系统支持功能网络管理时间同步物理装置自检系统配置或维护功能节点标识软件管理了配置管理逻辑节点运行模式控制设定测试模式系统安全管理,运行或控制功能访问安全管理控制指示瞬时变化的运行使用同期分合（定点分合）参数集切换告警管理事件（管理和）记录数据检索扰动/故障记录检索,功能分类,就地过程自动化功能保护功能（通用）距离保护（保护功能示例）间隔联锁测量、计量和电能质量监视分布自动化支持功能全站范围联锁分散同期检查,分布过程自动化功能断路器失灵自适应保护（通用）反向闭锁（自适应保护功能示例）负荷减载负荷恢复电压无功控制馈线切换和变压器转供自动顺控,重要术语,逻辑节点（LN）、物理设备（PD）、逻辑连接（LC）、物理连接（PC）逻辑节点可以理解为功能分解的最小单位逻辑节点之间的连接称为逻辑连接一个物理连接可以包含多个逻辑连接,重要术语,功能F、逻辑节点LN、物理设备PD、逻辑连接LC、物理连接PC的关系,功能自由分配！,重要术语,功能、逻辑节点和物理设备的之间的关系实例,逻辑节点组类型,功能分解,通用自动化功能、断路器控制功能和电压控制功能,功能分解,具有远动接口的通用功能、保护功能和测量/计量功能,功能分解,开关控制、联锁、同步检查、自动重合闸、继电保护的逻辑节点交互,功能分解,断路器分相控制（每相一个XCBR实例）和带有分相测量单元的互感器（每相一个TCTR或TVTR实例）,功能分解,自动调节分接头控制调节电压,传输时间的定义,通信要求,通信要求,报文性能要求:报文分级,报文性能要求:报文类型,通信要求,报文性能要求:报文类型,通信要求,三 内容简介及理解 61850(1-5)61850-6 61850-7 61850-8 61850-9 61850-10,61850-6：变电站自动化系统配置描述语言 该标准描述了基于XML1.0的变电站自动化系统配置（SCL）语言的语法，并在附录中提供了模式文档定义（SCHEMA）文件的文本，并给出了一个不完整的变电站的SCL文件的实例,内容概述,变电站配置描述语言SCL,XML语言,变电站配置文件,IEC61850模型,XML,从HTML发展而来，1998年W3C标准化可扩展标记式语言广泛应用于各行各业XML SCHEMA技术,张三 公司:国电南瑞 电话:(025)83092913 地址:南瑞路8号 城市:南京市 省份:江苏 ZIP:210003,张三国电南瑞(025)83092913 南瑞路8号 南京市 江苏 210003,联系人信息,XML表示,XML实例,SCHEMA简介,W3C 2001-5-2发布定义XML文档的规则用一个或多个XSD文件定义,数据类型 简单类型 复杂类型 派生复杂类型命名空间元素属性一致性约束正则表达式,SCHEMA简介,SCHEMA简介,如果在xsd文件中有如下定义则在XML文件中，可以有该类型的元素南京龙潭变,简单数据类型示例,SCHEMA简介,如果在xsd文件中有如下定义,复杂数据类型示例,复杂数据类型示例,在XML文件中，可以有这样的元素南京龙潭变开关站,SCHEMA简介,SCL,定义一个国际通用的对象模型定义一套适用于该模型的XML标签定义了配置文件的结构用8个SCHEMA文件实现定义和校验,SCL-对象模型,SCL-命名空间,Xmlns-缺省命名空间Xmlns：xsi 定义xsi模式命名空间Xsi:schemaLocation 指定xsi模式文档的实例,SCL SCHEMA文件,SCL_BaseSimpleType.xsd SCL_Enums.xsd SCL_BaseType.xsd SCL_Substation.xsd SCL_DataTypeTempled.xsd SCL_IED.xsd SCL_Communication.xsd SCL.xsd,SCL文件结构,SSD:System Specification Description.XML description of the entire system.SCD:Substation Configuration Description.XML description of a single substation.ICD:IED Capability Description.XML description of items supported by an IED.CID:Configured IED Description.XML configuration for a specific IED.,SCL 文件类型,SSD,系统图组态工具,装置模板组态工具,ICD,系统组态工具,SCD,装置实例组态工具,IEC61850装置,CID,全站系统配置文件,一次系统配置文件,装置模板配置文件,装置实例配置文件,工程配置图,.ICD 配置文件,IED Capability Description和装置类型关联的预定义装置模板配置配置内容1.LD、LN、DO、DA定义及LN类型模板的定义2.数据集dataset定义3.控制块的配置如brcb、urcb、sgcb、lcb等定义文件结构1.有且只有一个IED元素，且名称必须为TEMPLATE2.可以有Substation，名称必须为TEMPLATE3.可以有Communication元素4.包括DataTypeTemplates定义,.SSD 配置文件,System Specification Description变电站一次系统模型的配置配置内容1.系统一次主接线图定义（变压器、电压等级、间隔、设备、拓扑连接等等）2.模型对象对应的功能LN类型的定义文件结构1.包括Substation，数据类型模板，逻辑节点类型定义2.逻辑节点未分配到IED，iedName必须为None,.SCD 配置文件,Substation configuration description描述全站所有配置的文件配置内容1.一次系统模型2.通信网络配置3.所有装置的实例配置4.一次系统对象的LN绑定5.GOOSE配置文件结构包含SCL文件的完整结构，包括HEAD、一个 Communication元素，一个Substation元素，N个IED元素，一个DataTypeTemplates元素,.CID 配置文件,Configured IED Description装置实例化的配置定义配置内容1.IED实际通信地址2.和ICD类似但数据全部是实例名定义3.GOOSE的相关配置文件结构与ICD文件一致文件可压缩处理，推荐格式RFC 1952定义的GZIP格式,主接线模型实例,线路模型,SCL表示,间隔Q1,QA1,QB1,QB2,装置模型实例,测控装置DEMO500 两条线路 单线路容量为1个开关3个刀闸一条测量,装置模型,SCL表示,控制LN模型定义实例,61850-7基本信息模型服务模型,61850-7：变电站和馈线设备的基本通信结构 61850-7-1 原理和模型 分别从应用、设备、通信的观点为对象建模，模型分别是逻辑节点及数据、逻辑设备/物理设备、客户/服务器，另外简要介绍了61850-7-2，-3，-4的内容及相互关系 61850-7-2 抽象通信服务接口(ACSI)61850-7-3 公共数据类 61850-7-4 兼容的逻辑节点类和数据类 61850-7-2，-3，-4，它详尽的描述了各种对象模型的数据类和服务，是61850-8和-9的前提和基础,内容概述,数据模型和信息交换,IED,智能电子设备,具有可访问的数据模型,WHAT,交换什么,IEC 61850-7-3IEC 61850-7-4,HOW,（怎么交换）,IEC 61850-7-2,请求,响应,事件,Self descNot like modbus register,概述,服务模型,基本信息模型 逻辑节点(Logical Node)逻辑设备(Logical Deivce)服务器(Server),逻辑节点,逻辑节点的行为,数据与数据属性,命名规则,数据,逻辑节点,逻辑节点的数据、数据属性,定义,种类,LDReference2.LNReference3.DataReference 4.DataAttribReference5.其它ObjectReference(DataSet、BRCB、SGCB等）,应用总结1,应用总结2,模型,TrgOp(触发条件),dchg数据变化(trigger option for data-change)dupd数据更新(trigger option for data-update)qchg品质变化(trigger option for quality-change),模型,模型,品质,模型,模型,基本信息模型 逻辑节点(Logical Node)逻辑设备(Logical Deivce)服务器(Server),逻辑设备,1、逻辑设备主要由逻辑节点和附加服务组成(例如GOOSE、采样值交换、定值组),逻辑设备,2、逻辑设备也提供了关于物理设备的信息或者由逻辑设备控制的外部设备信息。,逻辑设备,3、逻辑设备以透明的方式构建网关,基本信息模型 逻辑节点(Logical Node)逻辑设备(Logical Deivce)服务器(Server),服务器,层次关系,建模实例,IEC61850分析总结了变电站自动化系统的功能需求，并将功能分解为最小单位逻辑节点建模是厂家选择多个相关逻辑节点，实现自己产品(系统、装置)的功能建模也可以是设计人员针对变电站要实现的功能，而对整个变电站自动化系统和每个装置选择相关的逻辑节点,数据模型,XCBR 断路器XSWI 隔离开关TCTR电流互感器TVTR电压互感器SIMG 绝缘介质监视CSWI开关控制器 PTOC 带时限过电流PTRC 保护跳闸条件,建模实例,