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

IEC61850的目标 互操作性 --不同厂家的IED之间交互数据 自由组态 --自由分配智能设备的功能 长期稳定性 --面向未来 --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 快速的维护 小的占地空间 少的建筑工程量 少的可见范围 按需维护 隔离开关免维护 不需校验 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 快速的维护

传统变电站综合自动化系统 站层 间隔层 过程层 Bay Controller IED A Switchgear CTs/VTs Network Control Center 站层 Engineering/ Monitoring HSI Router switch IEC 103 站总线 间隔层 Bay Controller IED A Switchgear CTs/VTs Bay Controller IED A 电缆 Switchgear CTs/VTs 过程层

数字化变电站综合自动化系统 站层 间隔层 过程层 Bay Controller IED A Bay Controller IED A Network Control Center 站层 Engineering/ Monitoring HSI Router switch IEC 61850-8-1 站总线 间隔层 Bay Controller IED A Bay Controller IED A 过程总线 Ethernet Switch 过程总线 Ethernet Switch Modern Switchgear Modern CTs/VTs Modern Switchgear Modern CTs/VTs 过程层

与传统变电站的比较

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 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 规约： GOOSE 物理连接：光纤以太网

IEC61850 标准 概 论 术 语 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 映射到MMS和以太网 采样值 Part 1 术 语 Part 2 总体要求 Part 3 系统和项目管理 Part 4 通信要求 Part 5 通信描述配置语言 Part 6 基本通信结构 Part 7 映射到MMS和以太网 采样值 Part 8 Part 9 映射到以太网 一致性检测 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

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

SCL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

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

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

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 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

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

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

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

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

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 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.

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。

分析仪的工作原理

分析仪在变电站中的拓扑结构 站层 间隔层 过程层 分析仪集中 分析仪单元 分析仪单元 分析仪单元 Bay Controller IED A Network Control Center 站层 Engineering/ Monitoring HSI 分析仪集中 Router switch 分析仪单元 分析仪单元 IEC 61850-8-1 站总线 分析仪单元 间隔层 Bay Controller IED A Bay Controller IED A 过程总线 Ethernet Switch Ethernet Switch 过程总线 Modern Switchgear Modern CTs/VTs Modern Switchgear Modern CTs/VTs 过程层

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