IEC61850标准介绍(NR)
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IEC61850标准
IEC 61850 概述 IEC 61850 功能演示 IEC 61850 简介 IEC 61850 在RCS9700中的应用
概
述
IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准 国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站 通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台 的变电站自动化系统唯一的国际标准
取代
可以简单理解为人工置数
定值
报告/日志
GOOSE (通用面向对象变电站事件)
提供了快速和可靠的系统范围内传输 输入、输出数据值。 基于分布的概念，通用变电站事件模 型提供了一个高效的方法，利用多路组播/ 组播服务向多个物理设备同时传输同一个 通用变电站事件信息
GOOSE (通用面向对象变电站事件)
物理映射到逻辑
虚 拟 装 置 保护功能 差动保护 PDIF 距离保护 PDIS 过流保护 PTOC 测量功能 控制功能 计量类测量 开关位置 MMTR XCBR 相序测量 MSQI 刀闸位置 XSWI 开关/刀闸 遥控 CSWI
实际装置
CPU3
开关控制 开关位置
CPU2
测量功能
CPU1
差动功能 远跳功能
名称 SPS DPS INS ACT ACD SEC BCR MV CMV SAV WYE DEL SEQ 定义 单点状态 双点状态 整数状态 保护动作 方向保护动作信息 安全违例计数 二进制计数器 测量值 复杂测量值 采样值 3相系统的相地测量值 3相系统的相相测量值 序分量
HMV
HWYE
谐波值
3相系统的相地谐波测量值
概
述
IEC61850不限制装置逻辑功能 以装置逻辑功能为基础建立装置模型，可根 据不同逻辑功能灵活配置装置模型，便于不 同设备间互访
概
述
IEC61850规范了数据的命名、数据定义、 设备行为、设备的自描述特征和通用配 置语言。 与其他国际标准相比， IEC61850不仅局限 于单纯的通信规约, 而是（数字）化变电 站自动化系统的标准，它指导了变电站 自动化的设计、开发、工程、维护等各 个领域。
GOOSE示例
控制 (遥控)
常规安全的直接控制 常规安全的操作前选择控制 增强安全的直接控制
增强安全的操作前选择控制
信号灯复归主要采用:常规安全的直接控制
开关遥控/定值修改采用:常规安全的操作前选择控制
控制过程示例
采样测量值
1. 互感器的数字化接口标准 2. 提供了IED间共享信息的方法 3. 支持两种传送方法： 在以太网上多播 在串行链路上点对点传送。
概
述
IEC61850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。 智能化一次设备和数字式变电站要求变电 站自动化采用IEC61850标准。
概
述
IEC61850是至今为止最为完善的变电站自动 化标准 规范二次智能装置的通信模型、通信接口， 而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关 等一次设备的通信模型、通信接口。 采用IEC61850国际标准可以大大提高变电 站自动化技术水平、提高变电站自动化安全 稳定运行水平，节约开发、验收、维护的人 力物力，实现完全互操作。
概
述
1995年(IEC)TC57成立了3个工作组来制定 IEC61850的标准。参考IEC101,IEC103,UCA2.0, ISO/IEC9506等标准。 1999年3月IEC61850草案出台。 2000年6月(IEC)TC57工作组决定以IEC61850作 为电力系统无缝通讯体系的基础。 2003年出版了IEC正式颁布。 国内各大厂家在2001开始关注IEC61850，2004 年进入IEC61850实质性研发，2005年开始有 IEC61850的变电站突入运行 规范还在进一步完善中，以TISSUE形式在网站 上发布
公用数据类 CDC相互关系
功能限制FC
1. CDC中包含多个数据属性，它们与某一 功能相关，如控制、配置、测量等 2. FC是用来表示数据的用途 3. 用功能分类来组织数据有很多优点
功能限制分类
功能名（FC） ST MX CO SP SV CF 定义 状态信息 测量值、 控制 设点 替代 配置
CSWI1 Pos ctlVal q
CPU2
测量功能
CPU1
差动功能 远跳功能
IEC61850层次模型
标准化的逻辑节点组
名称 Axxx Cxxx Gxxx Ixxx Lxxx Mxxx Pxxx Rxxx Sxxx Txxx Xxxx Yxxx Zxxx 描述 自动控制（4） 监视控制（5） 通用功能（3） 接口/归档（4） 系统逻辑节点（2） 计量/测量（8） 保护（28） 保护相关（10） 传感器、监视（4） 互感器（2） 开关设备（2） 电力变压器（4） 其他设备（15）
数据集示例
是有序的DATA或DataAttribute的集合 每一个DATA或DataAttribute的引用(reference)称为 数据集成员 是报告/日子/GOOSE传输的基础
抽象通信服务数据模型
服务器 控制块 有缓冲报告控制块 无缓冲报告控制块 逻辑设备 记录控制块 记录 逻辑节点 LLN O 定值组控制块 GOOSE控制块 GSSE控制块 多点传送采样值控制块 单点传送采样值控制块 数据 数据集
IEC61850功能演示
面向对象、 物理与逻辑的映射
逻辑设备、功能、逻辑节点
•所有的功能都可分解为 逻辑节点组成 •任何一个逻辑节点都是 属于某个逻辑设备
逻辑节点的相互关系示例
IEC61850演示
对等网络通信方式 客户/服务器通信模式 •对等网络通信方式的应用 •断路器跳闸: •传送采样值
IEC61850定义的CDC
名称 HDEL SPC DPC INC BSC ISC APC SPG ING ASG CURVE DPL LPL CSD 定义 3相系统的相相谐波测量值 单点控制 双点控制 整数状态控制 可控制的二进制步位置 可控制的整数步位置 可控制的模拟量设定点 单点定值 整型定值 模拟量定值 曲线定值 装置铭牌 逻辑节点铭牌 曲线形状描述
概
述
应用IEC61850标准的好处 实现通信无缝连接，弱化各厂商设备型号 加强设备数字化应用，提高自动化性能 自定义规范化，可使用变电站特殊要求 集成化规模增大，增强无人值守站可靠性 减少电缆使用量，节约一/二次设备成本
概
述
应用IEC61850标准的缺点 网络依赖性强 站内通信设备抗干扰性对设备运行影响增大
特定通讯服务映射(SCSM)
Client /Server 通讯
通 讯 技 术
实时性要求 MMS TCP IP 以太链路层 带优先级的以太物理层
协 议 栈 接 口
变电站配置语言
1. 基于XML 2. 描述变电站自动化系统、开关场及它们 的相互关系 3. IED的配置 4. 支持私有扩充
SCL文件类型
1. 2. 3. 4. SSD：系统规范定义文件 SCD：变电站配置文件 ICD：IED能力描述文件 CID：配置IED描述文件
IEC61850标准各章节层次关系
章 系 节章 1节 5 统 ～装 3 置 介 概 绍模 和型 述 概和 述功 和 术能 的 语通 要 总信 体要 求 求要 求 / /
系 一 数 据 模 型 统 章 章节致 章节7-3 公用数据类定义(CDC) 施节 5 章节7-4 逻辑节点和数据类定义 4 实时通信 工 系通性 Scada通信服务 GOOSE、采样值 统信 章节7-2 变电站/装置基 和 章节7-2 变电站/装置基 和配测 本通信结构(ACSI) 本通信结构(ACSI) 项置 工 目描试 通 信 映 射 述 章节8-1 SCSM映射到MMS和ISO/IEC 8802-3 程管 理 语章 章节9-1 SCSM映射-通过单向多路点对点串行 管 言节 通信链路的采样值 10 章节9-2 SCSM映射-通过ISO/IEC 8802-3 的采样值 理 通 信 网 络
概
述
与传统规约比较 • 传统规约信息体系是扁平的，不同类型 信息并列存在，不能体现装置功能的主 从关系 • 传统装置需要通信的内容不能任意配置 • 传统规约扩展太随意，对于有特殊通信 要求的变电站局限较大 • 传统规约是底层传输，IEC61850是上层 用
数字化变电站：站内结构
支持电子式互感器和GOOSE的数字化变电站
GOOSE传送的机制不是基于TCP/IP协议， 而是对等传送方式（peer to peer）。 使用物理网卡地址（MAC地址） 工程中I/O的网络接口被设计成一个网络 地址（组播地址），GOOSE直接发送到该网 络地址 通过支持优先级控制的以太网交换机， 抢先到达目的地址，数据传输速度迅速，从 根本上改变了变电站监控系统的实时性
替代 Leabharlann Baidu据属性 控制
对时 文件
抽象通信服务
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 关联服务 10. 取代服务 信息模型服务 定值组服务 主动上送的报告服务 日志服务 快速报文服务 采样值服务 对时 文件服务
报告示例
•Event：事件 •数据发生变化 •总查询
•一致性检查等
•两类报告 •Unbuffered报告 •Buffered报告
树形层次
虚 拟 装 置 保护LD PDIF1 Op
stVal t q
实际装置
控制LD XCBR1 Pos
stVal t q
测量LD MMXU1 TotW
Mag t q
CPU3
开关控制 开关位置
HiSet
setMag
PhV
setMag
BlkCls
stVal
f
f
q
PDIF2 Op HiSet
MMXU2 phsA cVal q
LN应用示例
逻辑节点的命名规则
公共数据类CDC
1. 定义描述数据对象的标准结构 2. CDC是由预先定义的简单对象组成的复 杂对象，通过功能限制FC组织起来 例如：SPS：单点状态信息 on/off DPS：双点状态信息 on/off/trans
IEC61850基本数据类型
IEC61850定义的CDC
DC
SG SE EX BR
描述
定值组 可编辑定值组 扩展定义 缓冲报告
RP
LG GO GS MS
非缓冲报告
日志 GOOSE控制 GSSE控制 多波采样值
US
单波采样值
数据命名规则
数据集（DatSet）
1. 2. 3. 4. 数据集定义 数据集创建 数据集与报告、GOOSE、日志的关系 信息定制
数据集示例
装 置
IED )
(
功能、装置、逻辑节点定义
• 功能：变电站自动化系统执行的任务。 如：母线保护，联锁，报警管理等。 • 装置：是一种设备，实现部分功能。如： 断路器、继电器、变电站计算机等。 • 逻辑节点：功能的基本单元。
应用、逻辑节点、逻辑设备关系
•1) 站控计算机. •2) 同期装置. •3) 距离保护+过流保护 •4) 开关单元控制器 •5) 电流互感器 •6) 电压互感器 •7) 母线电压互感器.
SMV应用
SMV示例
对时
使用SNTP对时方式: 点对点或广播
文件传输
MMS文件传输方式 FTP文件传输方式 目前国内主要采用MMS文件传输方式
数字化变电站通信系统
应用领域： 变电站自动化
模型 (对象,服务)
抽象通讯 服务接口 (ACSI)
模拟量采样值 (SAV)
通用变电站对象事件 (GOOSE)
物理设备
抽象通信服务 接口客户端
物理设备
服务器 报 告
数据
数据 数据
请求/响应
应用
请求 /响应 GOOSE Message Sampled Values 多波 应用
物理设备 服务器
数据 数据
数据
应用
物理设备
IEC61850演示
间隔层GOOSE联锁
GOOSE应用演示
保护测试仪
模拟输入 1. 仿真故障 2. 跳闸 3. 新位置 4. 重合 5. 新位置 以太网
A公司保护
B公司保护
智能一次设备
GooseMessage: Message: Goose Message: Goose Message: Goose 位置 重合 位置 跳闸
IEC61850标准简介
IEC61850标准简介
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 第一部分：介绍和概述 第二部分：术语 第三部分：总体要求 第四部分：系统和项目管理 第五部分：功能通信需求和装置模型 第六部分：变电站自动化系统配置 第七部分：基本通信结构 第八部分：映射到MMS和以太网 第九部分：模拟采样数据 第十部分：一致性测试
IEC 61850 概述 IEC 61850 功能演示 IEC 61850 简介 IEC 61850 在RCS9700中的应用
概
述
IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准 国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站 通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台 的变电站自动化系统唯一的国际标准
取代
可以简单理解为人工置数
定值
报告/日志
GOOSE (通用面向对象变电站事件)
提供了快速和可靠的系统范围内传输 输入、输出数据值。 基于分布的概念，通用变电站事件模 型提供了一个高效的方法，利用多路组播/ 组播服务向多个物理设备同时传输同一个 通用变电站事件信息
GOOSE (通用面向对象变电站事件)
物理映射到逻辑
虚 拟 装 置 保护功能 差动保护 PDIF 距离保护 PDIS 过流保护 PTOC 测量功能 控制功能 计量类测量 开关位置 MMTR XCBR 相序测量 MSQI 刀闸位置 XSWI 开关/刀闸 遥控 CSWI
实际装置
CPU3
开关控制 开关位置
CPU2
测量功能
CPU1
差动功能 远跳功能
名称 SPS DPS INS ACT ACD SEC BCR MV CMV SAV WYE DEL SEQ 定义 单点状态 双点状态 整数状态 保护动作 方向保护动作信息 安全违例计数 二进制计数器 测量值 复杂测量值 采样值 3相系统的相地测量值 3相系统的相相测量值 序分量
HMV
HWYE
谐波值
3相系统的相地谐波测量值
概
述
IEC61850不限制装置逻辑功能 以装置逻辑功能为基础建立装置模型，可根 据不同逻辑功能灵活配置装置模型，便于不 同设备间互访
概
述
IEC61850规范了数据的命名、数据定义、 设备行为、设备的自描述特征和通用配 置语言。 与其他国际标准相比， IEC61850不仅局限 于单纯的通信规约, 而是（数字）化变电 站自动化系统的标准，它指导了变电站 自动化的设计、开发、工程、维护等各 个领域。
GOOSE示例
控制 (遥控)
常规安全的直接控制 常规安全的操作前选择控制 增强安全的直接控制
增强安全的操作前选择控制
信号灯复归主要采用:常规安全的直接控制
开关遥控/定值修改采用:常规安全的操作前选择控制
控制过程示例
采样测量值
1. 互感器的数字化接口标准 2. 提供了IED间共享信息的方法 3. 支持两种传送方法： 在以太网上多播 在串行链路上点对点传送。
概
述
IEC61850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。 智能化一次设备和数字式变电站要求变电 站自动化采用IEC61850标准。
概
述
IEC61850是至今为止最为完善的变电站自动 化标准 规范二次智能装置的通信模型、通信接口， 而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关 等一次设备的通信模型、通信接口。 采用IEC61850国际标准可以大大提高变电 站自动化技术水平、提高变电站自动化安全 稳定运行水平，节约开发、验收、维护的人 力物力，实现完全互操作。
概
述
1995年(IEC)TC57成立了3个工作组来制定 IEC61850的标准。参考IEC101,IEC103,UCA2.0, ISO/IEC9506等标准。 1999年3月IEC61850草案出台。 2000年6月(IEC)TC57工作组决定以IEC61850作 为电力系统无缝通讯体系的基础。 2003年出版了IEC正式颁布。 国内各大厂家在2001开始关注IEC61850，2004 年进入IEC61850实质性研发，2005年开始有 IEC61850的变电站突入运行 规范还在进一步完善中，以TISSUE形式在网站 上发布
公用数据类 CDC相互关系
功能限制FC
1. CDC中包含多个数据属性，它们与某一 功能相关，如控制、配置、测量等 2. FC是用来表示数据的用途 3. 用功能分类来组织数据有很多优点
功能限制分类
功能名（FC） ST MX CO SP SV CF 定义 状态信息 测量值、 控制 设点 替代 配置
CSWI1 Pos ctlVal q
CPU2
测量功能
CPU1
差动功能 远跳功能
IEC61850层次模型
标准化的逻辑节点组
名称 Axxx Cxxx Gxxx Ixxx Lxxx Mxxx Pxxx Rxxx Sxxx Txxx Xxxx Yxxx Zxxx 描述 自动控制（4） 监视控制（5） 通用功能（3） 接口/归档（4） 系统逻辑节点（2） 计量/测量（8） 保护（28） 保护相关（10） 传感器、监视（4） 互感器（2） 开关设备（2） 电力变压器（4） 其他设备（15）
数据集示例
是有序的DATA或DataAttribute的集合 每一个DATA或DataAttribute的引用(reference)称为 数据集成员 是报告/日子/GOOSE传输的基础
抽象通信服务数据模型
服务器 控制块 有缓冲报告控制块 无缓冲报告控制块 逻辑设备 记录控制块 记录 逻辑节点 LLN O 定值组控制块 GOOSE控制块 GSSE控制块 多点传送采样值控制块 单点传送采样值控制块 数据 数据集
IEC61850功能演示
面向对象、 物理与逻辑的映射
逻辑设备、功能、逻辑节点
•所有的功能都可分解为 逻辑节点组成 •任何一个逻辑节点都是 属于某个逻辑设备
逻辑节点的相互关系示例
IEC61850演示
对等网络通信方式 客户/服务器通信模式 •对等网络通信方式的应用 •断路器跳闸: •传送采样值
IEC61850定义的CDC
名称 HDEL SPC DPC INC BSC ISC APC SPG ING ASG CURVE DPL LPL CSD 定义 3相系统的相相谐波测量值 单点控制 双点控制 整数状态控制 可控制的二进制步位置 可控制的整数步位置 可控制的模拟量设定点 单点定值 整型定值 模拟量定值 曲线定值 装置铭牌 逻辑节点铭牌 曲线形状描述
概
述
应用IEC61850标准的好处 实现通信无缝连接，弱化各厂商设备型号 加强设备数字化应用，提高自动化性能 自定义规范化，可使用变电站特殊要求 集成化规模增大，增强无人值守站可靠性 减少电缆使用量，节约一/二次设备成本
概
述
应用IEC61850标准的缺点 网络依赖性强 站内通信设备抗干扰性对设备运行影响增大
特定通讯服务映射(SCSM)
Client /Server 通讯
通 讯 技 术
实时性要求 MMS TCP IP 以太链路层 带优先级的以太物理层
协 议 栈 接 口
变电站配置语言
1. 基于XML 2. 描述变电站自动化系统、开关场及它们 的相互关系 3. IED的配置 4. 支持私有扩充
SCL文件类型
1. 2. 3. 4. SSD：系统规范定义文件 SCD：变电站配置文件 ICD：IED能力描述文件 CID：配置IED描述文件
IEC61850标准各章节层次关系
章 系 节章 1节 5 统 ～装 3 置 介 概 绍模 和型 述 概和 述功 和 术能 的 语通 要 总信 体要 求 求要 求 / /
系 一 数 据 模 型 统 章 章节致 章节7-3 公用数据类定义(CDC) 施节 5 章节7-4 逻辑节点和数据类定义 4 实时通信 工 系通性 Scada通信服务 GOOSE、采样值 统信 章节7-2 变电站/装置基 和 章节7-2 变电站/装置基 和配测 本通信结构(ACSI) 本通信结构(ACSI) 项置 工 目描试 通 信 映 射 述 章节8-1 SCSM映射到MMS和ISO/IEC 8802-3 程管 理 语章 章节9-1 SCSM映射-通过单向多路点对点串行 管 言节 通信链路的采样值 10 章节9-2 SCSM映射-通过ISO/IEC 8802-3 的采样值 理 通 信 网 络
概
述
与传统规约比较 • 传统规约信息体系是扁平的，不同类型 信息并列存在，不能体现装置功能的主 从关系 • 传统装置需要通信的内容不能任意配置 • 传统规约扩展太随意，对于有特殊通信 要求的变电站局限较大 • 传统规约是底层传输，IEC61850是上层 用
数字化变电站：站内结构
支持电子式互感器和GOOSE的数字化变电站
GOOSE传送的机制不是基于TCP/IP协议， 而是对等传送方式（peer to peer）。 使用物理网卡地址（MAC地址） 工程中I/O的网络接口被设计成一个网络 地址（组播地址），GOOSE直接发送到该网 络地址 通过支持优先级控制的以太网交换机， 抢先到达目的地址，数据传输速度迅速，从 根本上改变了变电站监控系统的实时性
替代 Leabharlann Baidu据属性 控制
对时 文件
抽象通信服务
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 关联服务 10. 取代服务 信息模型服务 定值组服务 主动上送的报告服务 日志服务 快速报文服务 采样值服务 对时 文件服务
报告示例
•Event：事件 •数据发生变化 •总查询
•一致性检查等
•两类报告 •Unbuffered报告 •Buffered报告
树形层次
虚 拟 装 置 保护LD PDIF1 Op
stVal t q
实际装置
控制LD XCBR1 Pos
stVal t q
测量LD MMXU1 TotW
Mag t q
CPU3
开关控制 开关位置
HiSet
setMag
PhV
setMag
BlkCls
stVal
f
f
q
PDIF2 Op HiSet
MMXU2 phsA cVal q
LN应用示例
逻辑节点的命名规则
公共数据类CDC
1. 定义描述数据对象的标准结构 2. CDC是由预先定义的简单对象组成的复 杂对象，通过功能限制FC组织起来 例如：SPS：单点状态信息 on/off DPS：双点状态信息 on/off/trans
IEC61850基本数据类型
IEC61850定义的CDC
DC
SG SE EX BR
描述
定值组 可编辑定值组 扩展定义 缓冲报告
RP
LG GO GS MS
非缓冲报告
日志 GOOSE控制 GSSE控制 多波采样值
US
单波采样值
数据命名规则
数据集（DatSet）
1. 2. 3. 4. 数据集定义 数据集创建 数据集与报告、GOOSE、日志的关系 信息定制
数据集示例
装 置
IED )
(
功能、装置、逻辑节点定义
• 功能：变电站自动化系统执行的任务。 如：母线保护，联锁，报警管理等。 • 装置：是一种设备，实现部分功能。如： 断路器、继电器、变电站计算机等。 • 逻辑节点：功能的基本单元。
应用、逻辑节点、逻辑设备关系
•1) 站控计算机. •2) 同期装置. •3) 距离保护+过流保护 •4) 开关单元控制器 •5) 电流互感器 •6) 电压互感器 •7) 母线电压互感器.
SMV应用
SMV示例
对时
使用SNTP对时方式: 点对点或广播
文件传输
MMS文件传输方式 FTP文件传输方式 目前国内主要采用MMS文件传输方式
数字化变电站通信系统
应用领域： 变电站自动化
模型 (对象,服务)
抽象通讯 服务接口 (ACSI)
模拟量采样值 (SAV)
通用变电站对象事件 (GOOSE)
物理设备
抽象通信服务 接口客户端
物理设备
服务器 报 告
数据
数据 数据
请求/响应
应用
请求 /响应 GOOSE Message Sampled Values 多波 应用
物理设备 服务器
数据 数据
数据
应用
物理设备
IEC61850演示
间隔层GOOSE联锁
GOOSE应用演示
保护测试仪
模拟输入 1. 仿真故障 2. 跳闸 3. 新位置 4. 重合 5. 新位置 以太网
A公司保护
B公司保护
智能一次设备
GooseMessage: Message: Goose Message: Goose Message: Goose 位置 重合 位置 跳闸
IEC61850标准简介
IEC61850标准简介
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 第一部分：介绍和概述 第二部分：术语 第三部分：总体要求 第四部分：系统和项目管理 第五部分：功能通信需求和装置模型 第六部分：变电站自动化系统配置 第七部分：基本通信结构 第八部分：映射到MMS和以太网 第九部分：模拟采样数据 第十部分：一致性测试