智能变电站IEC61850模型及通讯全解

ICD作为各IED的配置描述文件，包含装置信
息，因此在智能变电站中，ICD文件是IED的 能力及信息描述文件，也是SCD文件的信息源
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IEC61850及MMS通讯
SCSM 映射
IEC 61850 MMS 通讯
初始 化服 务
读写 服务
文件 服务
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报告 服务
IEC61850通讯环境
采用C/S服务模式，即客户端/服务器模式 基于TCP/IP通讯 IED作为服务器端，提供服务 监控、远动、保护子站作为客户端
3
1990 今 天 1980 昨 天
1970
IEC 61850目标
互操作性 来自一个或多个厂家的IED之间交换 信息和正确使用信息完成各自功能的 能力
自由配置
标准需要支持各种策略以允许功能自 由分布，例如：集中式或分布式系统
长期稳定性
标准应向后兼容，以适应通讯技术和 系统要求的发展
4
IEC 61850特点
使用SCD工具导出配 置并下载
流程结束
否
试验正常？
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模型检测的必要性
ICD模型作为智能变电站的信息来源，其规范性和正确性会
影响到后续调试工作。
模型一致性检测
ICD应是经KEMA测试过的认证模型；
国内外工程应用环境的不同，国内工程多遵循在IEC61850基础上修 改扩充的国网标准，允许厂商在KEMA认证的基础上进行扩充修改ICD ；
法不同，IEC61850标准对于信息均采用面向对象
的数据自描述。
1) 定义完整的各类数据对象和逻辑节点、逻辑设备的
代码；
2) 定义用这些代码组成的完整的描述数据对象的方法；
3) 定义一套面向对象的服务。
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建模的方法：抽象通信服务接口(ACSI)
独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口。
作为集成商，工程配置开始前，推荐使用ICDCheck工具校验ICD是否 满足国网标准
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模型的应用
建模
模型 概念
应用
认知
检测
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工程配置流程
IED能力描述 文件 监控、远动
装置组态工具
变电站系统配 置文件
系统组态工具
系统组态工具
系统规格文件
南瑞继保 装置实例配置 文件
其它厂商
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应用场合
智能变电站的全景信息体现在SCD文件中，
提供，是制作SCD的必要前提元素。
10
模型的概念
103站中的模型 61850站中的模型
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模型的建模
建模
模型 概念
应用
认知
检测
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IEC 103 模型创建
随装置程序，由研发人员同步提供，文件按固定格式填写 GIN号或FUN、INF号，形成devinf.txt点表文件，描述装置
内信息；类似密码本的作用，解析信息的对应关系
GSSE
(Type 1, 1A)
UDP/IP
TCP/IP T-Profile
ISO CO T-Profile
GSSE T-Profile
ISO/IEC 8802-2 LLC
ISO/IEC 8802-3 Ethertype ISO/IEC 8802-3
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(Type x) 是定义在 IEC 61850-5中的报文类型和特性分类 .
客户通过ACSI，由特定通信服务映射（SCSM）映射到所采
用的通信栈或协议子集。 IEC61850标准使用ACSI和SCSM技术，解决了标准的稳定性 与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络应用层协议和通 信栈改变时，只要改动SCSM。
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抽象通信服务接口
IEC-61850
保 持 相 对 稳 定
IEC 61850 建模方法概述
应用功能和信息的分解过程，即逻辑节点的
产生过程（分解为公用逻辑节点）
数据的合成过程（用逻辑节点建立起装置的 数据模型），即IED模型的组成过程
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建模的方法：数据对象统一建模
IEC 61850-7-X 定义的模型着眼于变电站数据通信特征和
功能来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环
8
IEC 61850模型和服务
IEC 61850模型实际上是从通信角度对IED信
息的组织和描述，主要解决通信内容问题。
IEC 61850所定义的通信服务主要解决数据 访问方式问题。 数据模型和通信服务是IEC61850最核心的部 分
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智能变电站中的模型
智能变电站系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较
优点：编码简单、直观
13 缺点：无自描述，需结合装置方能读懂
IEC 61850 建模
14
IEC 61850 建模
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建模的目的
创建模型的目的：
寻求一种简明易懂的语言，该语言能够清晰、准确、完整地
表达对问题的认识，在此基础上，以该语言为媒介，彼此沟 通，构造出未来系统的模型，通过该模型能看到未来系统的 静态和动态的样子，使人们在建造出实际系统之前就能够全 面了解未来系统，减少返工、出差错的可能性。
应用过程
ACSI抽象通信服务接口
SCSM1
工 业自 动化系统 制造报文 （MMS）
SCSM2
...
SCSMn
AL1
AL2
...
Aln
可 特殊接口 以 不 断 发 应用层 展 变 化
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...
layer1..6
模型的概念
建模
模型 概念
应用
认知
检测
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ICD模型的整体结构
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ICD模型的LN类型模板
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逻辑设备
逻辑设备：
若干逻辑功能的集合， 逻辑上虚拟的装置。 某些具有公用特性的逻 辑节点组合成一个逻辑 设备。 LD 不宜划分过多，保 护功能宜使用一个 LD 来表示
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逻辑节点
逻辑节点：
以若干数据对象 为元素，实现某 一功能的一个模 块。 每个最小功能单 元建模为一个LN 对象， 属于同 一功能对象的数 据和数据属性应 放在同一个 LN 对象中
用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于
了解过程的实质。
16
IEC 61850 建模方法概述-分 分解应用功能和信息
IEC61850将应用功能分解为用于通信的最小功能
实体。分解的粒度取决于具体设备功能的分配与
分布。最小功能实体被称作逻辑节点。
基于功能，逻辑节点由一定的数据组成，每个数
MMS通讯过程
客户端
完整过程
1. TCP握手
Keep-alive SYN
2. 初始化
Write parameter Enable report
3. 信号处理
Read health report file
wenku.baidu.com
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访问点（AP）
通讯的入口参数，与服务器一一对应 是服务器提供服务的一个通道入口，是客户/服务器通讯模 式中，两者进行通信的接口 采用不同访问点分别与变电站层和过程层进行通信
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服务（Service）
服 务 器 所 支 持 的 各 种 基 本 服 务
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服务（Service）
服 务 器 所 支 持 的 各 种 常 用 服 务
IEC61850模型及通讯
主
要
智能变 电站
内
容
智能电 网
建模
模型
一致 性测 试
认知 工程 应用
2
变电站规约发展历程
明 天 2000 标准规约 IEC 61850国际标准 公开规约 DNP IEC 60870 -5-10X 私有和工业规约 Modbus,CDT,U4f等 私有的规约 无通讯 点对点硬接线 光子牌、喇叭等声光
境镜像（电力系统过程、开关场）。
IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以 服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型和数据对象模型， 建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型，满足 互操作性要求
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建模的方法：数据自描述
和IEC60870-5系列标准采用面向点的数据描述方
的国际标准报文规范。它独立于应用和设备的开发
者。
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什么是MMS
采样值 (组播) 通用面向对象 变电站事件 时间同步 核心ACSI服务 通用变电站 状态事件
SV
(Type 4)
GOOSE
(Type 1, 1A)
TimeSync (SNTP)
(Type 6)
MMS Protocol Suite
(Type 2, 3, 5)
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数据对象（Data Object）
广义数据对象： 指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事 物(例如，宽度)不是数据对象。
智能变电站中的数据对象： 具有多种属性的某一设备的一个功能子集。 POS（位置）：断路器位置
OP（动作）：保护动作对象
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数据对象（Data Object）
据具有专有的数据属性。数据和数据属性所表示
的信息通过通信服务进行交换。
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IEC 61850 建模方法概述-合 逐级组合形成信息模型
功能分解得到的数据属性、数据和逻辑节点，根
据公用数据类、兼容逻辑节点的层次逐层组合。
形成的功能最小实体LN，根据其物理联系以及逻
辑联系组合形成IED数据模型。
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5
IEC61850标准体系的内容
系统概貌
1 2 3 4 5
数据模型
变电站和馈线设备的基本通信结构 7-4 兼容逻辑节点类和数据类 7-3 公用数据类
介绍和概述 术语 总体要求 系统和项目管理 功能的通信要求和设备模型
抽象通信服务
变电站和馈线设备的基本通信结构 7-2 抽象通信服务接口（ACSI） 7-1 原理和模型
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
以太网线 Server
MMS
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Client
什么是MMS
MMS（manufactoring message specification ） 即制造报文规范，是ISO/IEC9506标准所定义的一 套用于工业控制系统的通信协议。
MMS是由ISO TC184开发和维护的网络环境下，计算
机或IED之间交换实时数据和监控信息的一套独立
好的了解各智能设备的行为、能力、互操作性，工程实施采用了面向对 象的方法，通过可扩展标记XML语言，创建一个包含基本数据模型及服 务，但不包含IED实例名称和通信参数的文件，这个文件称为IED能力描 述文件（IED Capability Description ），文件通常以.icd作为扩展 名，因此该类文件统称为ICD文件。 * ICD文件仅经过IED配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置 ，只是对现实IED功能及能力的一个全面描述。它伴随着装置程序同步
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数据属性
广义属性
事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分 离的特性，又是事物某个方面质的表现。
智能变电站中的数据属性
即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以 是自定义的属性。
值属性（数据类型可以是Float、Bool、INT）
控制属性（自定义的Check、Test等）
配置
6 变电站自动化系统配置描述
语言
映射到实际通信网络（SCSM）
8-1 映射到MMS和ISO/IEC8802-3 9-1 通过单向多路点对点串行通信链路采样值 9-2 ISO8802-3之上的采样值
测试
10 一致性测试
6
模型的概念
建模
模型 概念
应用
认知
检测
7
广义模型的概念
模型是现实事物的某些代表性特点的表 示，可以是物理实体，也可以是某种图 形或者是一种数学表达式， 模型是对现实世界的简化，是为了简化 问题而做出的一种抽象，是对问题进行 的书面上的、图形或文字的、无歧义的 描述。
396号文件 6.1.5章节
26
ICD模型的DO类型模板
396号文件 6.1.6章节
27
ICD模型的DA类型模板
396号文件 6.1.7章节
28
ICD模型的DA枚举类型模板
396号文件 6.1.7章节
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IED实例ICD模型
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服务器（Server）
广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机 Server 描述了一个设备外部可见（可访问）的行为 IED中的服务器提供通讯及保护功能服务
品质属性（自定义的q） 时标属性（UTC时标t）
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数据属性
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模型的检测
建模
模型 概念
应用
认知
检测
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调试流程中的模型检测
流程开始
获得虚端子图 获得全站ICD文件
否
ICD检测正常？
SCD导入后台及远动
使用SCD工具配置 SCD文件
否 后台、远动试验 正常？
否
否
GOOSE连线正常？
是 是否增加新配置