61850入门学习规约详解

④电子式互感器(ECT/EVT)及智能开关(ESW/ECB)技术的应用， 越来越多的间隔层功能（模拟量、开关量采集等）下放到过程层； 保护测控装置取消模拟量采集及控制出口软硬件模块，代之以光纤 通信接口；一次侧大电流情况下无饱和问题，为暂态量保护提供真 实可靠的数据；没有开路产生高压问题； ⑤对变电站自动化系统中的对象进行统一建模，包括数据模型 和服务模型，采用面向对象技术（过去面向点）和独立于网络结构 的抽象通信服务接口(ACSI)，增强了设备间的互操作性，可以在不 同厂家的设备之间实现无缝连接，适应网络技术迅猛发展 , 向网络 开放； ⑥实现站内的公用信息共享、简化信息架构及变电站架构，开 放式系统，避免多余的中间数据转换，便于扩展维护；
四、61850与传统规约对比 1、IEC61850需要建模，传统通信规约需要配置信号点表（面向点） 2、IEC61850需要专门的SCL，实现自我描述 3、IEC61850的数据和服务分离 4、IEC61850使用了其他应用层通信协议 5、传送扩充信息能力（如103规约需要使用通用分类服务实现），传 统规约功能确定，不可改变（如IEC101、102、103、104等） 6、主站端主要完成监视控制任务，区别不大；通信实现方式完全不同， 在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文 规范（MMS）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）以太网或光纤。在 间隔层和过程层之间的网络目前采用单点向多点的单向传输以太网 7、只有IEC61850可以提供关于采样和跳闸命令的实时信息交换，实现 信息共享
三、61850标准构成
系统方面 Part 1: 介绍和概述 Part 2: 术语 Part 3: 总体要求 Part 4: 系统和项目管理 Part 5: 功能通信要求和设备模型 数据模型 变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构 Part 7-4: 兼容逻辑节点和数据类 Part 7-3: 公共数据类
②采样值传输使用IEC61850-9-1标准，面向间隔原则，以太网 数据帧格式固定，12路采样值，可以包含状态量；
③将采样值以串行单向点对多点方式映射到底层实际的对象和通 信协议中点对点传输，通信发送方只有一个（合并单元），接收方是 一个或多个智能设备，且其传输方向是单向的； ④合并单元发送采样值报文均为组播包，且物理组播地址取为 01-0C-CD-04-00-00到01-0C-CD-04-01-FF之间，IED通过在MAC层采取 硬件地址过滤方法接收。
⑦通信协议：独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务 接口(ACSI)。建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务的模型， 包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据 集模型。客户通过ACSI，由特殊通信服务映射(SCSM)映射到所采用 的具体协议栈，如制造报文规范(MMS)等；
⑧如没有数字式的开关（ESW/ECB），可以将传统开关通过 智能单元接入；
3、仅采用IEC61850协议的过渡型数字化变电站
变电站中的保护、监控自动化系统按照IEC61850标准 来实现。间隔层和变电站层设备全部数字化，方便实 现61850标准的各厂家IED接入，没有实现61850标准 的设备需通过61850转换网关将传统规约转为61850。 过程层仍然为模拟信号设备的常规CT/VT、开关 （SW/CB）。
一、数字化变电站方案
二、61850体系下的数据流和接口
三、61850标准构成 四、61850与传统规约对比
五、通信功能映射及框架
六、数据模型和ACSI服务模型
一、数字化变电站方案
1、采用IEC61850协议、数字化CT/PT、智能一次设备的完全型数字 化变电站
变电站中的保护、监控自动化系统按照IEC61850标准来实现。 间隔层和变电站层设备全部数字化。过程层采用ECT/EVT和数 字式的开关（ESW/ECB）。采样值传输使用IEC61850-9-2标准， 不需要合并单元。 特点：①智能化一次设备、网络化二次设备； ②无论从逻辑概念还是物理概念上都将变电站的功能分为 3层，变电站层、间隔层和过程层。过程层主要完成开关量I/O、 模拟采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能；间隔层的 功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路 保护设备或间隔控制设备；变电站的功能分为两类，一是与过程 相关的功能，主要指利用各个间隔或全站的信息对多个间隔或全 站的一次设备发生作用的功能，如母线保护和全站范围内的逻辑 闭锁功能，二是与接口相关的功能，主要指与远方控制中心等通 信； ③设计、施工、运行维护简单，工作量减小，节省人力及 时间，成本降低GOOSE报文传输服务的SCSM比较特殊：为保证报文传输的 高实时性，避免在通信堆栈造成延时，应用层的PDU经表示层编 码后直接映射到底层（数据链路层和物理层），传输层和网络层 均空
通信结构： 1、点对点：最简单的通信形式。通信连接建立后，将会为双方交谈 提供适当的高带宽，但是这种通信结构不能满足用户要求在同一时间 与多个节点交谈。 2、客户/服务器网络：可实现一个服务器节点同时与多个客户节点的 连接。当信息集中在一个节点时，如数据库、集中文件服务器等，采 用客户/服务器通信结构可提供优质的通信性能。但是由于此通信结 构要求在分配信息给客户之前，必须首先将信息发送到服务器上去， 故当信息由多个节点产生时，客户/服务器通信结构因会带来难以估 计的延迟而使通信效率很低。 3、发布者/订阅者：复杂的分布式应用的首要方法。它提供对节点的 简单存取，只要告知需要什么信息（订阅），随后系统便会按节点的 需要把信息传送给它。这种通信结构允许从一个发布者向多个订阅者 发布同样的信息，且订阅同一主题的订阅者可以接收多个发布者的信 息，这种灵活性使得其易于实现复杂的多点对多点分布式通信，并支 持多节点之间直接而快速的通信。 由于上述技术特点，对于传输流量大、实时性要求高、要求信息共享 的GOOSE及采样值传输通信而言，采用发布者/订阅者通信结构是最 佳的选择。
61850使用面向对象的方法给变电站统一建模，将变电站及相应设备的 功能进行抽象建模，将功能建模为逻辑节点，所有功能抽象为88个逻辑 节点，在标准的第五部分有这些逻辑节点的说明，然后在7-4部分中详细 介绍逻辑节点类的定义；逻辑节点内包含有数据(Data)，7-3部分对公共 数据类(CDC)进行了定义，数据又有若干数据属性，所有的公共数据类 都派生自Data基类，Data基类在7-2中定义。正是这样一个分支结构建模 了变电站及其智能电子设备(IED)的功能。对于不同IED之间的数据交换， 是通过将信息模型（即上面所说的逻辑节点、数据、数据属性）映射到 相应的通信模型中去。通信模型包括两部分，一部分是抽象通信服务映 射(ACSI)，在-7-2中详细定义通信服务模型及有关控制块；另一部分是 特殊通信服务映射(SCSM)，SCSM有多种，8-1推行的是SISCO公司的 MMS(制造报文规范)，目前大多用的这种映射，其他的SCSM规范在9-1 及9-2中定义。6是变电站及变电站内IED的配置语言规范(SCL)。最后10 是对互操作的一致性测试的规范要求。网络通讯方面没有自己的通讯规 约，目前是基与MMS服务上的，也就是用XML建模后，将7-2根据8-1映 射到MMS上，通讯通过MMS服务进行。
二、61850体系下的数据流和接口
10 7
变电站层
功能A
9
功能B
1,6 8
1,6
间隔层
保护
3
控制
保护
3
控制
4,5
4,5
过程层
过程接口
传感器
执行机构
高压设备
接口含义： IF1：间隔层和变电站层之间保护数据交换； IF2：间隔层与远方保护（不在本标准范围）之间保护数据交换； IF3：间隔层内数据交换； IF4：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（尤其是采样）； IF5：过程层和间隔层之间控制数据交换； IF6：间隔和变电站层之间控制数据交换； IF7：变电站层与远方工程师办公地数据交换； IF8：间隔之间直接数据交换，尤其是象联锁这样快速功能； IF9：变电站层内数据交换； IF10：变电站（装置）和远方控制中心之间控制数据交换（不在 本标准范围）。
六、数据模型和ACSI服务模型 每个物理装置IED由服务器和应用组成，将服务器(SERVER)分为逻 辑设备(LD)-逻辑节点(LN)-数据对象(DO)-数据属性(DA)。由 IEC61850来看，服务器包含逻辑设备，逻辑设备包含逻辑节点，逻 辑节点包含数据对象、数据属性。
ACSI提供了如下几种模型：服务器模型、应用关联模型、逻辑设备模型、 逻辑节点模型、数据模型、数据集模型、取代模型、定值组控制块模型、 报告和日志模型、通用面向对象的变电站事件模型、采样值传输模型、 控制模型、时间同步模型、文件传输模型，这些模型定义了通信对象以 及如何对这些对象进行访问，包括请求、响应及服务过程。服务过程描 述了某个具体服务请求如何被服务器所响应以及采取什么动作在什么时 候以什么方式响应。ACSI定义的服务、对象和参数通过特殊通信服务映 射（SCSM）映射到下层应用程序。
抽象通信服务 变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构 Part 7-2: 抽象通信服务接口(ACSI) Part 7-1: 原理和模型 配置 Part 6: 变电站中智能电子设备通信配 置描述语言
测试 Part 10: 一致性测试
特殊通信服务映射(SCSM) Part 8-1: 映射到制造商报文MMS Part 9-1: 通过单向多路点对点串行通信连接模拟采 样值 Part 9-2: IEEE 802.3之上的模拟采样值
2、采用IEC61850协议与数字化CT/PT的实用型数字化变电站
变电站中的保护、监控自动化系统按照IEC61850标准来实现。 间隔层和变电站层设备全部数字化。过程层采用ECT/EVT和常规的 开关（SW/CB）。间隔层的保护、测控设备可以通过以太网接收 ECT/EVT的合并单元发来的采样数据和状态量数据，可实现多个间 隔层设备共享同一过程数据。过程层网络可以是一个简单网络，也 可以在同一物理网上根据需要设子网，或根据需要分由不同的物理 子网组成。数据流为单向。 说明：①合并单元(MU)主要功能是同步采集多路（最多12路） ECT/EVT输出的数字信号后并按照规定的格式发送给保护、测控设 备。帧内容中除了有电流、电压采样值信息外，还有一些标志采样 值是否有效的状态信息、同步信息和设备维修信息等；