PCS系列装置IEC61850功能介绍
IEC61850标准介绍(NR)讲述
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
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
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
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
IEC61850规约整体介绍(DOC)
IEC61850规约整体介绍1.总体概念1.1 IEC61850标准制定的背景同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。
该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，从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，实现完全互操作。
IEC61850解决的主要问题（1）网络通信；（2）变电站内信息共享和互操作；（3）变电站的集成与工程实施。
1.2 IEC61850重要的基本名词MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范GOOSE：generic object oriented substation events面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：LOGICAL-DEVICE 逻辑设备，代表典型变电站功能集的实体LN：LOICAL-NODE 逻辑节点，代表典型变电站功能的实体CDC：common DATA class (DL/T860.73) 公用数据类Data：位于自动化设备中能够被读、写，有意义的结构化应用信息。
DA：data attribute数据属性，数据属性（IEC 61850-8-1）命名：LD/LN$FC$DO$DA FC：functional constraint功能约束FCDA：Functionally constrained DataAttribute功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的两台或多台IED交换信息并用这些信息正确地配合工作的能力。
服务器：为客户提供服务或发出非请求报文的实体。
客户端：向服务器请求服务以及接收来自服务器非请求报文的实体。
IEC61850简单介绍
IEC61850简单介绍
IEC61850技术与传统技术比较-通信 服务
• IED之间逻辑互锁： •
61850 GOOSE
IEC61850简单介绍
IEC61850技术与传统技术比较-通信 服务
• IED之间通信的要求： • 1）1台设备同时向多台设备发报文； • 2）快速性（<4ms）；
61850的服务有多种，选择报告服务、定值服务、控制服务、 GOOSE服务和SV服务等。
报告服务是在服务器和客户机之间，传输变化的事件、 告警、开入、模拟量等信息的服务。变化信息的报告上送，
触发方式存在数据变化、品质变化、数据刷新 完整性周期等。
报告具有带缓存报告、无缓存报告。
IEC61850简单介绍
Relay
Relay
Relay
Relay
Bkr 1
Bkr 2
Trip
. . . Bkr 3
Bkr N
BFI
IEC61850简单介绍
IEC61850技术与传统技术比较-工程 配置
IEC61850简单介绍
IEC61850标准介绍-文件构成
• 系统概貌 IEC61850-1 介绍和概述 IEC61850-2 术语 IEC61850-3 总体要求 IEC61850-4 系统和项目管理 IEC61850-5 功能的通信要求和设备模型
• 数据模型 IEC61850-7-4 兼容逻辑节点类和数据类 IEC61850-7-3 公用数据类
IEC61850简单介绍
IEC61850标准介绍-文件构成
• 抽象通信服务 IEC61850-7-1 原理和模型 IEC61850-7-2 抽象通信服务接口（ACSI）
IEC61850介绍
定义 状态信息 测量值、
控制 设点 替代 配置 描述 定值组 可编辑定值组 扩展定义 缓冲报告 非缓冲报告 日志 GOOSE控制 GSSE控制 多波采样值 单波采样值 IEC61850介绍
数据命名规则
IEC61850介绍
数据集（DatSet）
1. 数据集定义 2. 数据集创建 3. 数据集与报告、GOOSE、日志的关系 4. 信息定制
IEC61850介绍
取代 可以简单理解为人工置数
IEC61850介绍
定值
IEC61850介绍
报告/日志
IEC61850介绍
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
4.
DPS：双点状态信息
on/off/trans
IEC61850介绍
IEC61850基本数据类型
IEC61850介绍
IEC61850定义的CDC
名称 SPS DPS INS ACT ACD SEC BCR MV CMV SAV WYE DEL SEQ HMV HWYE
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 谐波值 3相系统的相地谐波测量值
互感器（2） 开关设备（2） 电力变压器（4） 其他设备（15）
IEC61850介绍
LN应用示例
IEC61850介绍
逻辑节点的命名规则
IEC61850介绍
公共数据类CDC
IEC61850概述
面向协议的标准3
IEC61850目标1
IEC61850目标2
IEC61850目标3
IEC61850体系构成
IEC61850特点
面向对象建模（电力系统信息 Server、LD、LN、Data、DAs）， -7-2是类的定义，-7-3是具体DAs、CDCs的定义，-7-4是LNs的具 体定义。这些就是上面所提及的“WHAT” 抽象通讯服务接口（ACSI-Abstract Communication Service Interface -7-2）它屏蔽了具体的通讯协议栈和具体规约、具体的 通讯介质，它是“HOW”，是应用层访问IEC61850对象空间的接 口。可以有多种SCSM（Specific Communication Service Mapping）与之对应，-8-1是映射到MMS（ISO9506-1、 ISO9506-2）和ISO/IEC8802-3的SCSM 面向实时的服务（GOOSE、Sampled Values） SCL配置语言（-6） 电力系统的数据统一建模
IEC61850技术之一 IEC61850技术之一
IEC61850概述 IEC61850概述
柳凤夙 2007.06
背景1
由IEC（国际电工委员会）TC57制定 未来变电站自动化的全球唯一通讯标准 IEC61850国际标准包含14个标准 提供了自动化设备“互联”（work together）的方法 定义了通讯 “什么”及“如何”通讯（defines WHAT to communicate and HOW to communicate） 定义装置/变电站的配置方式（defines the CONFIGURATION of devices/substation）（基于 W3CXML1.0的SCL语言）
IEC61850标准
实时通信
GOOSE、采样值 章节7-2 变电站/装置基
本通信结构(ACSI)
映射
章节8-1 SCSM映射到MMS和ISO/IEC 8802-3
要 总 信 章节9-1 SCSM映射-通过单向多路点对点串行
管 体 要 求 要求
理 求
通信链路的采样值
章节9-2 SCSM映射-通过ISO/IEC 8802-3 的采样值
IEC61850的简介
• 设备建模
如何为设备建立模型？ 采用模型中服务（services）的方式完成
电力系统通信的多种通信内容 设备的整体逻辑模型采用树形方式，层次
清晰，便于查询 为了规范模型结构，IEC61850标准预先定
义了部分逻辑节点模型
IEC61850标准
IEC61850的简介
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
IEC61850标准
数字化变电站通信系统
IEC61850标准
GOOSE应用
GCB的通过客户端访问 发送为Peer-to-Peer 对等通信
订阅/发布方式，双方的关系体现 利用IEEE 802.1p/q标准
高优先级，传输速度快，理论传输时间<4ms
IEC61850标准
GOOSE应用
重发机制 T0没有事件发生时的重发时间(最小间隔) T1发生事件后的最短的重发时间(最大间隔) T2、T3逐渐接近T0 T1<T2<T3<T0
IEC61850标准
IEC61850的简介
• 各章节介绍
系
章 节
章
IEC61850系列标准01-介绍
IEC 61850-7-2、-3、-4详尽的描述了各种对象模型的数据类和服 务，是IEC 61850-8和IEC 61850-9的前提和基础。
确切地说，IEC 61850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。
IEC 61850系列标准考虑了各种需求的测试方法，面向未来通讯 的可扩展架构，实现“一个世界，一种技术，一个标准”的目标。
国电南瑞
第6页
一个开放和先进的变电站自动化标准
开放性 永远是您可信赖的朋友
背景 概念
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IEC 61850 系列标准的一部分。所以它是一个十分庞大的标准体系。
内容 三层架构
优点
IEC 61850系列标准全面涵盖了变电站通信网络和系统总体要求 、系统和工程管理、一致性测试等内容。
与IEC 61850-9-1类似，非点到点，双向，可配置MU中参数。
测控
保护
以太网
合并单元
国电南瑞
第 20 页
永远是您可信赖的朋友
背景 概念 内容 三层架构 优点
IEC 61850的内容 IEC 61850-10 一致性测试
PICS - Protocol Implementation Conformance Statement 协议实现一致性陈述
测控
保护
及表示层的应用层协议,该协议
华东电网公司IEC61850的介绍
IEC61850简介 未来发展
引入IEC 61850后，电力系统的信息安全问题将更为突出。IEC 61850 引入 后 电力系统的信息安全问题将更为突出。 本身未对信息安全做出定义， 组织TC57 WG15工作组在完成 工作组在完成IEC 本身未对信息安全做出定义，IEC组织 组织 工作组在完成 60870-5、IEC 60870-6、IEC 61850等标准编制的基础上，开展了安 等标准编制的基础上， 、 、 等标准编制的基础上 全标准IEC 62351的编制。其中： 的编制。 全标准 的编制 其中：
IEC61850的发展历程 的发展历程
13 > 基于IEC61850的变电站自动化系统及保护解决方案 13
IEC61850简介
历史
国际化的目标
IEC 61850
殊途同归
14
> 基于IEC61850的变电站自动化系统及保护解决方案
14
IEC61850简介
变电站通信网络与系统协议体系
IEC61850国际标准包含 个部分！1000多页！ 国际标准包含14个部分 多页！ 国际标准包含 个部分！ 多页
NWIP 57/760—负责变电站与控制中心之间的通信（WG19）。重点 负责变电站与控制中心之间的通信（ ）。重点 负责变电站与控制中心之间的通信 ）。 考虑： 考虑：
IEC61850基础技术介绍
IEC61850基础技术介绍1IEC 61850简介1.1概述IEC61850构建的初衷是为制定一个比以往通信体系更通用、更全面、能够覆盖整个变电站自动化系统的通信标准。
2003年9月至2005年6月，IEC61850的各正式版本陆续正式颁布。
我国也于2007年4月审查通过全部IEC61850标准并将其制定为我国的电力行业标准，代号DL/T860。
IEC61850基于现代以太网技术，采用统一协议，相比于以往变电站通信方法，有如下几个主要特点：➢信息上传速度快：采用以太网技术，而且61850采用了主动上传数据的机制，保证报文能够快速上传。
（传统modbus、103都是采用轮询机制，且大多为485通信，主站获取一次数据需要大量的时间）➢主站软件接入简单：modbus、103由于协议本身缺陷，主站软件接入时需要为每一款装置开发单独的驱动；而61850采用统一协议，模型具备自描述功能，可以采用统一驱动，接入时只需进行配置即可。
➢互操作性强：由于采用统一协议，不同厂家之间装置、装置与主站软件通信没有障碍。
1.261850协议组成IEC61850是一个庞大的协议体系，并非一种单纯的通信规约。
分10部分、14个文件进行阐述，协议结构如下所示：PART 1PART 2PART 3PART 4PART 5PART 6PART 7PART 7-1PART 7-2PART 7-3PART 7-4PART 8PART 9PART 9-1PART 9-2PART 10标准虽然庞大，但从工程应用的角度看，最需要关注的是PART 7，这部分集中对标准模型以及模型实现的功能进行了说明，也是本文档以下内容所关注的重点。
其它部分：1）PART1~5，主要是一些概述以及原则性的说明，可以大致了解，尤其PART1可以看下，了解61850的概况；2）PART6，讲述了对模型进行描述的语言，PART8，讲述如何通过61850实现装置与主站之间的通信、装置与装置之间的通信（GOOSE ），PART9，讲述如何通过61850上传电子式互感器合并单元采样值报文。
IEC61850标准介绍
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
报文性能要求:报文类型
类型 名称
报文传输时间要求
示例
1a
快速报文—跳闸 P1:10ms，P2/P3:3ms
跳闸信号
1b
快速报文—其他 P1:100ms，P2/P3:20ms
命令
2
中速报文
100ms
测量
3
低速报文
500ms
参数
4
原始数据
*
电子式互感器输出
5
文件传输
1000ms
文件
6a
时间同步报文a
T1:1ms，事件的时间标签
间隔层 联锁
ATCC
分接头 调节控制器
过程映象 逻辑节点 (过程设备)
GGIO
GIO 通 用 输 入 /输 出
表示所有 所有未预定义
过程设备逻辑 节点
XCBR
断路器
XSWI
隔离开关
YLTC
分接头
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
变电站层
IHMI IRTI
功能逻辑节点
遥控接口
IRMI IHMI
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
IEC61850介绍解读
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
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
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
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
开关制 开关位置
HiSet
setMag
PhV
setMag
BlkCls
stVal
f
f
q
PDIF2 Op HiSet
MMXU2 phsA cVal q
物理设备
抽象通信服务 接口客户端
iec61850简介
GOOSE
应用层
IEC 61850-8-1
• 采用GOOSE传输保护跳闸等重要的实时性报文，应满足继电保护“可靠性、 速动性”的表要示求层。IEC 61850规定GAOSONS.1E报文A传SN输.1的延迟应在4毫秒以内， 对GOOSE传输的实时性要求非常高。
• GOOSE P会D话U在层经过表示层ASN.1规则编码后，生成的数据包不经TCP/IP协 议，直接映射到数据链路层和物理层传输。这种映射方式避免了通信堆栈造 成的传输延传时输，层保证了报文传输的快速性。
</IED>
<DataTypeTemplates> <LNodeType id="CSWIa" lnClass="CSWI"> <DO name="Pos" type="DF_Pos_1"/> <!--……其它数据省略--> </LNodeType> <DOType id=" DF_Pos_1" cdc=" DPC"> <DA name="stVal" fc="ST" bType="Dbpos"/> <DA name="Oper" fc="CO" bType=" Struct " type= "DF_DPCOper" /> <!--……其它数据属性省略--> </DOType>
<GetDire.ctory/><!--目录操作服务 -->
IEC61850规约整体介绍
IEC61850规约整体介绍1.总体概念1.1 IEC61850标准制定的背景同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。
该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，从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，实现完全互操作。
IEC61850解决的主要问题（1）网络通信；（2）变电站内信息共享和互操作；（3）变电站的集成与工程实施。
1.2 IEC61850重要的基本名词MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范GOOSE：generic object oriented substation events面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：LOGICAL-DEVICE 逻辑设备，代表典型变电站功能集的实体LN：LOICAL-NODE 逻辑节点，代表典型变电站功能的实体CDC：common DATA class (DL/T860.73) 公用数据类Data：位于自动化设备中能够被读、写，有意义的结构化应用信息。
DA：data attribute数据属性，数据属性（IEC 61850-8-1）命名：LD/LN$FC$DO$DA FC：functional constraint功能约束FCDA：Functionally constrained DataAttribute功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的两台或多台IED交换信息并用这些信息正确地配合工作的能力。
服务器：为客户提供服务或发出非请求报文的实体。
客户端：向服务器请求服务以及接收来自服务器非请求报文的实体。
精选IEC61850标准技术介绍工程调试版
什么是IEC61850
它不仅是一个通信规约它是一个全球的变电站自动化的标准。使用面向对象建模技术使用分布、分层体系使用抽象通信服务接口（ACSI）、特殊通信服务映射SCSM技术使用MMS技术具有互操作性具有面向未来的、开放的体系结构。实现一个世界 、一种技术、 一个标准
什么是IEC61850
IEC61850 简要介绍
IEC61850的通信—ACSI向MMS映射—结构的映射
IEC61850结构
MMS结构
标识
SERVER
VMD
ASSOCIATION
APP ASSOCIATION
LD
DOMAIN
LDRef
LN
Named Variable
LNRef
DATA
Named Variable
DataRef
实施IEC61850的必要性
MMS的特点
互操作性 定义了交换报文的格式 --结构化层次化的数据表示方法 --可以表示任意复杂的数据结构 --ASN.1编码可以适用于任意计算机环境 定义了针对数据对象的服务和行为；独立性 为用户提供了一个独立于所完成功能的通用通信环境；
MMS 对象 及 服务
IEC61850 简要介绍
IEC61850中的数据对象映射
IEC61850 简要介绍
采用XML语言描述变电站的配置
IEC61850 简要介绍
IEC61850的通信--报文种类
Type 1 (Fast messages)Type 1A (Trip)Type 2 (Medium speed messages)Type 3 (Low speed messages)Type 4 (Raw data messages)Type 5 (File transfer functions)Type 6 (Time synchronisation messages)
IEC61850应用介绍
IEC61850应⽤介绍1.⼊门篇⼊门篇是"IEC61850应⽤‖系列⽂章的第⼀篇，键⼈将按照⼊门篇->初级篇->提⾼篇->中级篇->深化篇->⾼级篇的顺序给⼤家介绍61850应⽤的相关知识。
本⼈技术有限，理解也不⼀定到位，如有表述有误之处，请⼴⼤⽹友指出，本⼈将持续更新本⽂，⼒争完善。
⼊门篇->初级篇->提⾼篇->中级篇->深化篇->⾼级篇《⼊门篇》⼊门篇主要介绍IEC61850的概念，同时简要介绍相关引⽤标准。
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。
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。
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（智能）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。
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。
IEC61850是⾄今为⽌最为完善的变电站⾃动化标准。
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。
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。
IEC61850参考和吸收了已有的许多相关标准，其中主要有：IEC 60870-5-101远动通信协议标准；IEC 60870-5-103继电保护信息接⼝标准；UCA 2.0（Utility Communication Architecture2.0，公共事业通信体系）；ISO/IEC 9506制造商信息规范MMS（Manufacturing Message Specification）——相关标准介绍可参见论⽂（IEC61850关联标准分析/doc/3f0cffebcc22bcd127ff0c4f.html /plugin.php?id=study_download&mod=view&aid=181）。
IEC61850标准介绍(NR)
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
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)
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
IEC61850介绍
属性
值
属性
值
信息模型——充分的灵活性以求得最优化
逻辑节点 (功能)在设备中的自由分布 允许逻辑节点 (代表了功能或功能模块）的自由分布 以满足目前和未来的 优化策略
自由分布受到 严格的规则 和IEC 61850的概念约束
自由分布不得对互操作性 构成破坏 但对工具有着更高的要求 自由分布受设备数据容量的限制 例如目前的 数据表格
Sampled Values over Serial Unidirectional Multidrop Point-to-Point link
Sampled values over ISO 8802-3
需求分析——简 介
IEC 61850 Communication Networks and Systems in Substations 变电站通讯网络及系统系列标准
开放
适应系统技术 的发展
*) 开放存在多个种类
方便通讯调试 和维护
技术路线——对标准的技术要求
*) 将市场需求转化为技术要求
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
功能自由分布
标准需要支持各种策略以允许功能的自由分 布，例如：集中式和分布式系统
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
例如：
• PDIF: 差动保护 • RBRF: 断路器失灵 • XCBR: 断路器 • CSWI: 开关控制 • MMXU: 测量单元 • YPTR: 电力变压器
信息模型——模型分层
逻辑节点 包括 数据 (对象)
数据分为：必选 (M), 条件可选 (C), 和可选 (O) M : 针对该LN适应的功能都必须存在的数据 C : 在一定条件下这些数据必须存在 O: 可以存在或不存在 数据表现为对象
IEC61850标准主要内容及特点介绍
3.1概述IEC 61850标准不仅给变电站自动化系统提供最完备的通信标准，而且能够对数字化变电站应用技术做好最大的支撑。
IEC 61850标准还运用到给变电站的自动化系统所处理的对象建立了一致的模型，这个操作主要是根据该通信标准来进行的；而且在整个过程中还需要采用相关的技术和接口，主要有面向对象技术和抽象服务通信接口（Abstract Communication），而且该接口是不依赖系统所具有的网络的结构的，同时还应用了GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event），它是针对通用对象的，传输实时性要求高的事件；使用XML文档对装置数据内容和结构进行描述；提出SCL(Station Configuration Language)语言描述变电站配置。
目的是实现设备间的无缝连接，达到“即插即用”，“一个世界、一种技术、一个标准”是工业控制通信所追求的最终目标。
[1]下面主要从十个方面来对IEC61850标准进行相关的介绍：IEC61850—1 基本原则，对IEC61850标准的总体情况进行了简单的说明；IEC61850—2 相关专业用语的阐述；IEC61850—3 有关的规范和要求，主要有关于质量方面（是否可靠，是否可以进行维护，所用的系统是否具有可用性，是否轻便，而且安全），应该处于哪一种环境中，其他的辅助性服务有哪些，除此之外的标准和规范有什么。
IEC61850—4对于系统和工程方面所提出的要求和规范，工程方面：主要对工程实施过程中所应遵循的要求，比如参数分类、工程文件、工具等；系统方面：周期，主要包括工程交接以及交接后的支持；质量方面：主要是对这一标准实施过程中质量管理的流程。
IEC61850—5 功能和装置模型的相关概述，主要是阐述了一些概念和功能的定义，如逻辑节点的途径，逻辑通信链路，通信信息片PICOM；IEC61850—6结构语言，主要一些形式语言描述，包括装置和系统属性；IEC61850—7—1阐述了变电站和馈线设备的使用是基于什么理论知识以及采用的是什么模式运作的。
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ServerDirectory Associate Abort Release LogicalDeviceDirectory LogicalNodeDirectory GetDataValues SetDataValues GetDataDefinition GetDataDirectory GetDataSetValue SetDataSetValue CreateDataSet DeleteDataSet GetDataSetDirectory Substitute（未实现） ActivateSG SetSGValues GetSGValues GetSGControl
公共数据类表二
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
ICD数据集配置
ICD报告控制块配置
ICD GOOSE控制块配置
ICD定值控制块配置
ICD导入界面
SCD头配置界面
SCD通讯配置界面MMS部分
SCD通讯配置界面GSE部分
SCD GOOSE配置之input配置界面
SCD GOOSE配置之GOOSE配置文件导出界面
CID导出界面
IEC61850应用介绍 应用介绍
通信功能演示
物理设备
IEC61850保护模型介绍 保护模型介绍
• 标准模型
IEC61850规约提供的标准模 板包括逻辑节点、公共数据类和基 本数据类型三类。这些模型涵盖了 电力系统应用的各个方面。 作为最基本的功能单元，逻辑 节点按照可以划分为13大类，以首 字母区分。逻辑节点由更基本的 CDC（公共数据类）组成。 CDC是描述数据对象的标准结 构，由预先定义的简单对象组成的 复杂对象，通过FC（功能约束）组 织起来。 FC用来将CDC中的DA（数据属 性）按照用途组织起来，方便遥信、 遥测、定值等功能的实现。
扩充逻辑节点表二
名称 RREC RSYN SCAS SIML TCTR TVTR XCBR 描述 重合闸 同期、检同期 冷控失电 绝缘介质监视 电流互感器 电压互感器 电流断路器
NRR_CSWI(开关控制器)
NRR_GGIO_SPC(软压板)
NRR_GGIO_IND(状态信号)
NRR_GGIO_ALM(告警、自检)
扩充逻辑节点表一
名称 CSWI GGIO MDIF MHAI MMXU MSQI PDIF PDIS PSCH PTOC PTOV PTRC PTTR PTUF RBRF RDRE RFL0 用途 开关控制器 通用过程I/O 差动测量 谐波测量 测量 序列和失衡测量 差动保护 距离保护 保护配置 过流保护 过压保护 保护跳闸 过负荷保护 低周保护 失灵保护 故障录波 故障定位
NRR_MMXU(测量)
NRR_PDIF(差动保护)
NRR_RFL0(故障定位)
NRR_SIML(绝缘介质监视)
NRR_TCTR_PM(电流互感器)
NRR_XCBR(测量)
IEC61850配置工具介绍 配置工具介绍
• 概述
IEC61850配置文件基于XML语言，配置起来比较繁琐； 而且，随着装置类型的增加和变电站规模的增大，动辄数 十个甚至数百个装置的配置工作量将会急剧增大。为此， PCS系列装置提供了配置工具。 配置工具的主要功能如下：ICD配置、SCD配置、 GOOSE文件导出。
61850协议映射模型
模型（对象和服务） 时间同步 ACSI核心服务 SV（采样值） GOOSE
SNTP
MMS
UDP/IP
TCP/IP
以太网链路层
ACSI模型提供的服务
模型名称 服务
Server Application association Logical device Logical node Data Data set
GOOSE接收流程 接收流程 GOOSE接收状态机如右图所示： 1）收到GOOSE报文，启动存活时间超时定 时器。 2）重传定时器超时。 3）收到一个有效的GOOSE报文或者重传， 再次启动定时器。
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
变电站通信体系分层示意图
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.
IEC61850层次模型
抽象通信服务数据模型
服务器(IED) 控制块 有缓冲报告控制块(BRCB) 无缓冲报告控制块(URCB) 逻辑设备(LD) 记录控制块(LCB) 记录 逻辑节点(LN) LLN0 定值组控制(SGCB) GOOSE控制块(GOCB) GSSE控制块(GCB) 多播采样值控制(MSVCB) 单播采样值控制(USVCB) 数据(DO)
数据集 （DatSet）
替代 数据属性(DA) 控制
对时 文件
后台
装置 对等网络通信方式 客户/服务器通信方式
应用 抽象通信服务 接口客户端 报 告 服务器端 数据 数据 数据
•对等网络通信方式的应用 •断路器跳闸 断路器跳闸: 断路器跳闸 •传送采样值 传送采样值
请求/响应 请求 响应
物装置
服务器端 请求 /响应 响应 GOOSE Message Sampled Values 多播 数据 数据 数据 应用 应用
Generic object oriented systemevents(GOOSE) system-wide events Transmission of sampled values Control
Time and time synchronisation File transfer
GOOSE发送流程 发送流程 GOOSE发送状态机如右图所示： 1）检测到GOOSE数据集成员的值的变化， GOOSE报文发出，同时启动一个基于报文存 活时间的重传定时器，sqnum为0。（定时器 超时时间推荐为存活时间的一半。） 2）重传定时器超时，sq怒骂增加。 3）GOOSE重传报文发出，基于新的报文存 活时间的重传定时器再次启动。（报文重传间 隔是一个本地时间，最大不超过60s。） 4）再次检测到GOOSE数据集成员的值的变 化，stnum增加，sqnum清0，GOOSE报文再 次被发送，状态机重新启动。
IEC61850协议介绍 协议介绍
• 概述
同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个 单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导 了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。该标准 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，从而大大提高 变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，节约开发验收维护 的人力物力，实现完全的互操作。
功能约束FC 功能约束FC
功能名（ ） 功能名（FC） ST MX CO SP SV CF DC SG SE EX BR RP LG GO GS MS US 定义 状态信息 测量值 控制 参数 替代 配置 描述 定值组 可编辑定值组 扩展定义 有缓冲报告控制块 无缓冲报告控制块 日志控制块 GOOSE控制块 GSSE控制块 多播采样值控制块 单播采样值控制块
PCS系列装置 系列装置IEC61850功能 功能 系列装置 介绍
培训内容
• • • • • • 前言 IEC61850协议概述 IEC61850保护模型介绍 IEC61850配置工具介绍 IEC61850应用介绍 总结
前言
• IEC61850标准是迄今为止最为完善的变电站自动化标 准。 • 从装置研发角度来看，IEC61850标准的实现主要分为 三个部分：MMS服务、GOOSE服务、SMV服务。其中， MMS服务用于装置和后台之间的数据交互，GOOSE服务 用于装置之间的通讯，SMV服务用于采样值传输。目前， PCS系列装置IEC61850模块支持上述所有服务，只是保 护模块与SMV服务的接口尚未实现。 • 从用户使用角度来看，IEC61850标准的实现主要分为 客户端（装置）、服务器端（后台）、配置工具三个部分。 配置文件是联系三者的纽带。
名称 Axxx Cxxx Gxxx Ixxx Lxxx Mxxx Pxxx Rxxx Sxxx Txxx Xxxx Yxxx Zxxx 描述 自动控制 监视控制 通用功能 接口/归档 系统逻辑节点 计量/测量 保护 保护相关 传感器、监视 互感器 开关设备 电力变压器 其他设备
公共数据类表一
名称 SPS DPS INS ACT ACD SEC BCR MV CMV SAV WYE DEL SEQ HMV HWYE 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 谐波值 3相系统的相地谐波测量值
Substitution Setting group control
ACSI模型提供的服务
模型名称 Reporting and logging 服务 Report GetNextBufReportControl GetReportControlAttributeValue SetReportControlAttributeValue GetLogControlValue SetLogControlValue QueryLogByTime QueryLogByEntry GetLogStatusValue GetGOOSEControlValue SetGOOSEControlValue GetMSMVCValues SetMSMVCValues GetUMSMVCValues SetUMSMVCValues GetNextUSMVC Select SelectWithValue Cancel Operate CommandTermination Synchrocheck TimeActivatedOperate SNTP IRGB GetFile SetFile DeleteFile FileDirectory