[信息与通信]4IEC 61850介绍.ppt

IEC 61850(DL/T 860)Communication networks and systems变电站通信网络和系统,国电南京自动化股份有限公司数字化变电站事业部,一本圣经：电力系统自动化言必称“IEC 61850”,一本天书：真正能掌握IEC 61850的人知多少？,IEC 61850介绍,IEC 61850标准总体介绍IEC 61850标准的主要特点IEC 61850标准各部分内容介绍IEC 61850标准的应用,61850概述,1994 德国国家委员会提出设想1998 IEC、IEEE、美国电科院达成共识IEC/TC 57 WG10,WG11,WG12WG10：功能架构和需求WG11：间隔层和变电站层的通信WG12：过程层通信以UCA 2.0为基础,UCA2.0,UCA(Utility Communication Architecture)是由美国电力研究院(EPRI)联合ABB、SIEMENS等国际大制造商和一些大电力公司制定的公共设施通信协议体系。UCA的特点使用了面向对象建模技术使用了MMS技术互操作性强 适用面广,61850对UCA2.0的改进,提出了3层次模型抽象通信服务服务映射使用配置描述语言分层次的目录服务,61850与其他相关标准,61850发展趋势,国内标准制定情况,国网公司、中电联和标委会的重视SAC/TC82 成立专门工作组，组长谭文恕德高望重，成员来自国内变电站自动化系统主要设备制造商。SAC/TC82及工作组确定了IEC/TC 57 WG10,WG11,WG12通信成员并报经IEC/TC 57批复相应的电力行业标准陆续发布国调中心组织一致性测试,IEC 61850标准体系,IEC 61850标准体系,DLT 860标准等同采用IEC 61850,IEC 61850介绍,IEC 61850标准总体介绍IEC 61850标准的主要特点IEC 61850标准各部分内容介绍IEC 61850标准的应用,61850特点,变电站三层次模型设备的统一建模抽象通信服务变电站配置描述语言,变电站自动化系统三层次模型,目前大量工程应用的变电站自动化系统采样了分层分布式，即整个变电站自动化系统分为变电站层和间隔层，间隔层设备主要对应于一次间隔设备的保护、测量和控制在IEC 61850中，IEC/TC 57提出了3层次模型的变电站自动化系统构架，即采用电子式电压和电流互感器和开关的一次设备增加了智能接口后，这些智能化设备作为变电站的过程层采用3层次模型后，原来间隔层设备与互感器、开关的一次设备之间的电力电缆连接变为通信电缆连接，并形成过程总线,变电站自动化系统三层次模型,变电站三层次通信接口模型,设备统一建模,IEC 61850从信息交换的角度把设备及其应用功能分为逻辑设备、逻辑节点、数据对象和数据属性IEC 61850分组建立了91个逻辑节点的模型,61850-7-4中建立的逻辑节点,逻辑节点示例,抽象通信服务,不同类型的信息，传输实时性要求不同变电站可能采用不同的通信网络通信技术的发展(IEC 60870-5基于RS 485通信技术，但目前广泛应用的是基于以太网通信的103协议，超出标准制定的预期)采用抽象通信服务接口可以很方便地适应上述变化,抽象通信服务,抽象通信服务,变电站配置语言,IEC 60870-5-103的通用分类服务中为了保护设备的扩展已经提出了自描述概念：“提供了识别数据包括其类型、格式和描述的能力”，但103的通用分类服务仅仅能面向打印或其他可视化应用，在具体的SAS工程中采用通用服务的设备互操作性并不理想仅仅人能够识别,变电站配置语言,IEC 61850-6的变电站智能电子设备配置语言(SCL)基于XML提供一种文件描述格式，IED使用SCL可以描述包括通信系统结构和开关(间隔)功能结构及其相互关系在内的配置信息，这种配置信息可以在不同厂家的智能电子设备配置工具和系统配置工具之间以兼容的方式传输机器也能识别,IEC 61850介绍,IEC 61850标准总体介绍IEC 61850标准的主要特点IEC 61850标准各部分内容介绍IEC 61850标准的应用,61850标准系列,系统层面61850-1 概述61850-2 术语61850-3 总体要求61850-4 系统工程管理61850-5 通信要求抽象通信服务服务映射配置一致性,61850标准系列(续1),系统层面抽象通信服务61850-7-1 原理61850-7-2 ACSI61850-7-3 公共数据类型61850-7-4 逻辑节点和数据服务映射配置一致性,61850标准系列(续2),系统层面抽象通信服务服务映射61850-8-1 映射到MMS61850-9-1 采样值(点对点传输)61850-9-2 采样值(网络传输)配置61850-6 变电站配置语言一致性61850-10 一致性测试,61850-1：标准的总体概述,第4章：目的制定一个满足功能和性能要求的通信标准，并能够支持将来技术的发展在智能电子设备(IED)制造厂和用户之间就在这些设备间能够自由的交换信息达成一致。,61850-1：标准的总体概述,第5章：历史1994年开始，“变电站控制和继电保护接口”临时工作组提出制定变电站自动化系统通信标准的建议。由德国国家委员会提出的下述建议已经被采纳：制定关于功能体系、通信结构和一般要求的标准(57/210/NP)制定关于在单元层和变电站层之内和之间的通信的标准(57/211/NP)制定关于过程层和单元层之内和之间的通信标准(57/212/NP)制定关于继电保护信息接口配套标准(57/213/NP)即后来的60870-5-103,61850-1：标准的总体概述,第5章：历史提出了三层次结构模型和通信接口,上述TC 57,TC 95,TC 38,TC 14和TC17等标委会派专家参加IEC 61850标准的制定工作，TC 57成了了WG10,WG11和WG12工作组,61850-1：标准的总体概述,第6章从功能分解、数据流和信息建模三个方面概述了标准制定的基本方法提出了SAS信息接口模型概述了功能、逻辑节点和物理节点的关系CIGRE 34.03工作组的通信信息片(PICOM)及其报文类型(1a,1b,2,3,4,5,6a,6b,7)变电站的典型拓扑结构典型变电站各逻辑接口的载荷物理通信系统的要求：逻辑接口的映射,61850-1：标准的总体概述,第7章从如何因应通信技术进步的角度，提出了抽象通信服务的概念并加以简述抽象通信服务三个层次建模方法：抽象通信服务接口(ACSI)、公共数据类(CDC)和兼容的逻辑节点和数据类第8章概述工程和工具变电站配置语言(61850-6)质量和生命周期(61850-4)SAS一般要求(61850-3)第9章：概述一致性测试(61850-10)第10章：概述标准的体系结构,61850-1：标准的总体概述,附录A介绍了本标准考虑的各种典型的变电站及其通信接口的类型附录B介绍本标准的参考文件,61850-2：术语,定义了本标准使用的术语关于device 和equipment关于diameter关于GOOSE：面向对象的变电站事件Object Oriented=Object-Oriented关于GSSE关于IED关于Merging Unit关于Profile关于multicast 和unicast关于UCA(Utility Communication Architecture)关于XML,61850-3：总体要求,第4章：SAS质量要求可靠性：MTTF，关键性功能对SAS的依赖可用性：自动回复，故障弱化，备份可维护性：GB/T 17463-1998安全性：GB/T 17463-1998数据的完整性网络通信的总体要求第5章：环境要求第6章：SAS供电的要求附录A：访问安全访问拒绝与非法使用,61850-4：SAS系统和项目管理,第5章：工程要求工程参数、工程工具和文件化工具灵活性、可扩展性和可裁剪性自动化项目文件化：硬件文件化和参数文件化第6章：系统生命周期制造寿命周期和运行寿命周期停产通知和停产后支持第7章：质量保证制造商产品各阶段的质量体系试验设备试验类型：系统试验、型式试验、例行试验FAT(Factory Acceptance Test)和SAT(Site),制造厂质量保障的各个阶段,61850-4：SAS系统和项目管理,第5章：工程要求工程参数、工程工具和文件化工具灵活性、可扩展性和可裁剪性自动化项目文件化：硬件文件化和参数文件化第6章：系统生命周期制造周期和运行周期停产通知和停产后支持第7章：质量保证制造商产品各阶段的质量体系试验设备试验类型：系统试验、型式试验、例行试验FAT(Factory Acceptance Test)和SAT(Site),61850-5：通信要求,第5章：SAS的功能(1)功能和接口的逻辑分配功能和接口的物理分配接口的作用,功能和接口的逻辑分配,逻辑接口的含义,间隔层和变电站层的保护数据交换间隔层与远方保护(不在本标准范围)之间保护数据交换；间隔层内数据交换；过程层和间隔层之间采样值交换；过程层和间隔层之间控制数据交换；间隔和变电站层之间控制数据交换；变电站层与远方工程师办公地数据交换；间隔之间直接数据交换(联锁功能)；变电站层内数据交换；变电站和远方控制中心之间控制数据交换。,61850-5：通信要求,第5章：SAS的功能(2)功能和接口的逻辑分配功能和接口的物理分配逻辑接口取决于SAS需求，并不一定需要全部类型的逻辑接口一个物理设备可以实现单一的或同时多个逻辑接口逻辑接口可以组成多个物理网络逻辑接口可以在不同的总线层映射接口的作用,逻辑接口的物理映射(1),接口映射到变电站层总线,逻辑接口的物理映射(2),接口映射到过程层总线,61850-5：通信要求,第5章：SAS的功能(3)功能和接口的逻辑分配功能和接口的物理分配接口的作用逻辑接口取决于SAS需求，并不一定需要全部类型的逻辑接口(repeat)通常和变电站层/间隔总线；组成过程层总线过程层总线通常限定在间隔内各种类型的通信报文可以分布在不同的接口,61850-5：通信要求,第6章：SAS的目标和要求(1)互操作性语构：IED可采用共同的协议连接于共同的总线语义：IED可理解其他IED向其传输的信息功能分布：IED可共同完成某一功能静态设计要求SAS功能的自由分布(并不意味着IED具有所有功能)SAS功能和通信性能的描述与设备无关SAS功能描述仅限于满足信息交换SAS功能分布由逻辑接口描述，后者可以分布在不同的物理接口或网络满足现有要求，具有开放性,61850-5：通信要求,第6章：SAS的目标和要求(2)动态要求本标准应定义SAS通信的通用信息和支持现有的以及可能扩展的功能的通信性能应给出功能扩展的规则数据与属性同时定义携带的属性应足以明确理解数据应要求并确保信息传输的时间响应性能的要求接收节点的反应应满足分布式功能的要求应对各种功能降级的情况加以规定，如信息错误、通信中断造成数据丢失、资源限制、数据范围溢出等,61850-5：通信要求,第6章：SAS的目标和要求(3)实现互操作性的途径按照通信要求对功能进行标识和分类明确定义数据交换的要求对分布式功能进行适当分解适当的数据和通信服务模型(61850-7-x)通信服务的映射(61850-8-x,61850-9-x)一致性测试要求互操作性与装置性能，也与系统设计和工程管理有关一致性测试应验证设备与IEC 61850的符合性一致性测试可能同时包括测试设备和检验规则,61850-5：通信要求,第7章：功能定义规范功能说明逻辑节点说明PICOM说明第8章：功能分类(附录G)系统支持功能：如时钟同步系统配置和维护功能：如整定、设置测试模式运行和控制功能：如控制本地过程自动化功能：如保护、间隔联锁分布式自动化支持功能：如全站联锁分布式过程自动化功能：如断路器失灵,61850-5：通信要求,第9章：逻辑节点逻辑节点及其连接功能分解为逻辑节点,逻辑节点及其连接示意图,61850-5：通信要求,第9章：逻辑节点逻辑节点及其连接功能分解为逻辑节点,功能分解示意图,61850-5：通信要求,第10章：PICOMPICOM应包含数据、类型、性能(传输时间)和逻辑节点联系(源、目的)四个部分PICOM的属性：任何信息都包含，如值(value)、名字(name)等仅用于配置的属性，如类型(type)，种类(kind)，重要性，标签信息等数据流计算用的属性，如长度，格式等PICOM与数据模型PICOM交换的信息基于逻辑节点提供的数据这些数据通常在数据源按照数据模型进行定义每个PICOM至少包含一个数据或数据变化,61850-5：通信要求,第11章：逻辑节点列表(61850-7-4标准化),61850-5：通信要求,第12章：逻辑节点的应用(1)自动控制,61850-5：通信要求,第12章：逻辑节点的应用(2)远动、保护、测量/计量,61850-5：通信要求,第12章：逻辑节点的应用(3)变压器间隔保护测控合一,61850-5：通信要求,第12章：逻辑节点的应用(4)开关、联锁、保护、重合闸,61850-5：通信要求,第13章：报文性能要求(1)基本时间要求：格式、标记、夏时制等等事件事件定义计算结果：直接标记状态量：抖动延时模拟量：滤波延时传输时间的定义,61850-5：通信要求,第13章：报文性能要求(2)报文分级,61850-5：通信要求,第13章：报文性能要求(3)报文类型(1),61850-5：通信要求,第13章：报文性能要求(3)报文类型(2),61850-5：通信要求,第14章：数据完整性要求第15章：系统性能的要求动态性能是否满足第13章要求的评估方法：PICOM计算方法和LAN仿真方法第16章：附加要求逻辑节点寻址要求数据模型要求,61850-6：变电站配置语言,第5章：用SCL作工程处理第6章：SCL的对象模型变电站模型IED模型通信系统模型第7章：SAS配置描述文件IED配置工具系统配置工具的数据交换文件.ICD系统配置工具 IED配置工具的数据交换文件.SCDIED配置描述文件名称包含或不包含工程名称时，配置文件有区别,61850-6：变电站配置语言,第8章：SCL语言第9章：SCL语法元素文件头，变电站描述，IED描述，通信系统描述，逻辑节点类型定义附录A：XML图解定义的SCL语法附录B：分层作图的扩展语法附录C：SCL与CIM(61970-301)的关系附录D：用于系统维护的扩展语法附录E：SCL数据类型定义附录F：示例,61850-7-x,-8-1,-9-x,产品实现应更多地关注这些标准，各部分关系：,61850-10：一致性测试,第5章：一致性测试概述一致性测试过程质量计划测试，除了被测设备及其手册资料外，需提供协议实现一致性陈述(PICS)协议实现额外信息(PIXIT)模型实现一致性陈述(MICS)ICD文件和SCD文件(如果需要)测试报告,61850-10：一致性测试,第6章：设备相关的一致性测试通用准则一致性测试测试过程要求测试结构各种测试用例肯定测试用例，否定测试用例,61850-10：一致性测试,第7章：性能测试通信延迟(GOOSE,GSSE,采样值,报告,控制)时间同步及精度第8章：附加测试标准第4部分所述的系统测试、型式试验、例行试验、FAT和SAT不是本标准的范围，应在产品的规范书规定,IEC 61850介绍,IEC 61850标准总体介绍IEC 61850标准的主要特点IEC 61850标准各部分内容介绍IEC 61850标准的应用,IEC 61850期望达到的目标,设备的互操作性设备的互换性？设备的即插即用？,IEC 61850标准范围,互操作统一的国际标准国调中心试验一致性测试配置下放浮点数传输自描述信息,61850的现实的意义,61850只是一个变电站自动化系统标准61850并不要求每个变电站都实现61850的全部内容，也就是说，可以在过程层与间隔层之间，间隔层与变电站层之间，甚至是其某个局部的间隔实现61850相应的内容61850只是从通信需求的角度涉及到变电站的各种功能，但并不规范这些功能本身，因此，理想的数字化变电站应实现61850的全部内容，但又不仅仅是实现这些内容。,61850 数字化变电站,标准体系的复杂性内容多：14个部分共1100余页，尚不包括MMS标准范围广：作为通信标准应用了面向对象的建模技术，抽象通信服务和通信服务映射标准实现的困难性标准本身的局限性,61850应用难点,标准体系的复杂性标准实现的困难性软件实现的困难逻辑节点和数据属性的构建MMS实现GSSE和GOOSE的实现硬件升级的成本：来自CPU速度、内存、网络通信的要求通信网络的可靠性，网络构架标准本身的局限性,61850应用难点,IEC 61850标准协议栈,标准体系的复杂性标准实现的困难性标准本身的局限性国内标准与英文版本内容的准确性发布时间的先后，各相关内容表述的差异61850与61970的协调模型的局限性未能体现国内SAS和继电保护的应用需求各厂家具体应用时灵活性和一致性的矛盾标准内容的文字性差错影响对标准的理解,61850应用难点,国调中心组织了一致性测试电科院和各厂家的跟踪研究已取得成功应用经验已有相关实施标准问世,61850在国内的应用情况,标准比现行的IEC 60870-5-101/103等标准更加系统、全面，也更适应技术的发展和应用的变化；标准与国内应用需求的磨合，尤其是变电站各种功能的配合(如继电保护双重化的构成方案等)需要厂家、运行单位和科研机构等共同努力；与标准应用相关的设计、运行和维护规范需要相应改变；具体工程应用需要一次、二次和计量等各部门之间的良好协调；,应用总结,标准不是万能的，IEC 61850也不例外,谢谢大家！,