IEC61850技术培训

nullIEC61850技术IEC61850技术任雁铭 yanming@sf-auto.com 2008-7 内容提要内容提要 IEC61850介绍 IEC61850国内外应用现状 数字化变电站关键技术分析 四方公司的工程实践 IEC61850技术-背景IEC61850技术-背景全称《变电站通信网络和系统》， 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 了变电站内IED之间的通信行为。 由IEC TC57制订（1995~2004）。中国等同引用为DL/T860系列。 目标 “一个世界，一种技术，一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ”。 代表了SAS技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。 是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个普通通信协议。 IEC61850与数字化变电站的关系 IEC61850与数字化变电站的关系 “一次设备智能化，二次设备网络化” 通信是数字化变电站的关键 IEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 IEC61850技术-信息模型IEC61850技术-信息模型模型- 通信传输的内容 原则： IEC61850使用动态 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。采用面向对象建模方法，提供了基本素材，使用者可灵活采用建立自己的模型，也允许扩展。 优点： 1）能够满足各种IED的个性化需求； 2）能够互操作； 缺点： 实现复杂，对硬件要求高。内容提要内容提要 IEC61850发展历程 IEC61850与传统技术比较 IEC61850标准介绍 IEC61850与数字化变电站的关系 IEC61850的不足与发展 IEC61850变电站网络结构 对待IEC61850的态度 IEC61850已解决的问题 IEC61850未解决的问题IEC61850发展历程-现有技术及问题IEC61850发展历程-现有技术及问题SAS在国外有20多年历史，国内有10多年历史。90年代初 多种网络与私有协议并存。 无法互操作。 IEC61850发展历程-制定过程IEC61850发展历程-制定过程目标：互操作性（不是互换性）。机械尺寸\端子排等定义没有定义,故只能实现互操作性,而不是互换性. 一个世界，一种技术，一个标准 IEC TC57 WG10、11、12 制订（1995~2005）。14个国家,60多人参与.任雁铭曾参与,大多来自ABB\SIMENS等大公司 2005年至今修订，2010年出第2版。 代表了SAS技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。 是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个通信协议。 IEC61850与传统技术比较IEC61850与传统技术比较互操作性 数据模型 通信服务 工程配置 影响范围 IEC61850技术-与传统技术比较IEC61850技术-与传统技术比较互操作性 60870从80年代开始,串行的;不具备网络上的互联互通\互操作性 数据模型:通信双方,作为数据源的如何组织;即数据的组织,和如何去访问这些数据;两方面:数据的组织和数据的访问方法 1）现有技术:散放的珠子,一个珠子是一个信息点(点号),ua如点号间相互不清楚 优点： 简单，容易实现。 缺点： 不能满足用户各种需求，(如不够)往往需要扩充； 扩充后不能相互识别，无法互操作。(私有的,不扩充不够用,扩充不识别.101有100多个版本)IEC61850技术-与传统技术比较IEC61850技术-与传统技术比较数据模型 1）IEC61850技术 优点： 能够满足各种IED的个性化需求；使用了许多的模块,面向对象建模的技术,搭积木一样;定义了许多的扩充. 能够互操作； 缺点： 实现复杂，对硬件要求高。 软件非常复杂(解决模型和通信的问题)IEC61850与传统技术比较-信息模型IEC61850与传统技术比较-信息模型IEC61850数据组织示例： “MMXU2$MX$A” = Feeder #2 Current Measurements网线物理设备只有一个,可分为几个逻辑。A表示电流，三相字符串，信息号。由不同对象组成，可指向大的对象，也可指向小的对象。IEC61850技术与传统技术比较-通信协议IEC61850技术与传统技术比较-通信协议通信协议 ：拿的方法 1）传统技术不严格分层，应用层与底层联系比较紧密。服务种类不能满足数字化变电站需要，不支持在线服务。101在RS485定义的，一对一，清楚，上下联系紧密；底层是通信技术，是日新月异的。 2）IEC61850定义了独立于所采用网络和应用层协议的通信服务。解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾。是1对多或多对多的 3）IEC61850定义了60多种服务，可以满足变电站通信需求。支持在线获取数据模型，也支持IED水平通信（GOOSE报文） 。IEC61850与传统技术比较-通信服务IEC61850与传统技术比较-通信服务通信服务-数据访问的方法 IEC61850定义了60多种服务，可满足数字化变电站通信需求。 特点： 1）支持在线获取数据模型； 2）支持保护设备之间横向通信（GOOSE报文） 。IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IEC61850技术与传统技术比较-通信服务传统IED之间沟通方式： 此图显示的是保护间通过电缆进行二次逻辑闭锁IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IED之间逻辑互锁： 二次电缆被光缆或通信电缆所代替IEC61850技术与传统技术比较-通信服务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），从指令发出到跳闸，4ms是在国外60HZ，1/； 良好的性能IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IEC61850技术与传统技术比较-通信服务 上层定义与底层网络技术分开定义，可以随网络技术而发展 IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IEC61850技术与传统技术比较拗-通信服务IEC61850技术与传统技术比较拗-通信服务XYZ可以是其他的通信技术IEC61850技术与传统技术比较-通信服务IEC61850技术与传统技术比较-通信服务通信服务层次说明了IEC61850在ISO中所处的层次，用了最高层的应用层；传输层用了TCP/IP，所有层都用了，故其复杂；104、101是直接在应用层下加了传输层TCP、UDPIEC61850技术与传统技术比较-工程配置IEC61850技术与传统技术比较-工程配置IEC61850技术与传统技术比较-影响范围IEC61850技术与传统技术比较-影响范围IEC61850标准介绍-文件构成 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标准介绍-文件构成 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） 映射到实际的通信网络 IEC61850-8-1 映射到MMS和ISO/IEC8802-3 IEC61850-9-1通过单向多路点对点串行通信链路采样值 IEC61850-9-2 通过ISO/IEC8802-3传输采样值 IEC61850标准介绍-文件构成 IEC61850标准介绍-文件构成 配置 IEC61850-6 变电站IED的配置语言 测试 IEC61850-10 一致性测试 IEC61850标准介绍-变电站通信接口模型 IEC61850标准介绍-变电站通信接口模型 IEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案IEC61850标准介绍-变电站通信接口模型IEC61850标准介绍-变电站通信接口模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850技术介绍-数据模型IEC61850技术介绍-数据模型Physical Device (network address)Logical Device (e.g. Relay1)MMXU1MMXU2DODODADALogical Nodes源自于CDCIEC61850技术介绍-数据模型IEC61850技术介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型（部分）IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型（局部）IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型IEC61850标准介绍-数据模型专业工具专业工具IEC61850模型复杂，文件篇幅较大，可通过XMLSPY等软件工具进行阅读。 可通过专业工具完成模型文件的静态合法性检查、动态合法性检查。例如SCLChecker等。 专业工具对于工程实施非常重要。 IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850定义了9大类60种ACSI 。 1）关联服务 2）信息模型服务 3）定值组服务 4）主动上送的报告服务 5）日志服务 6）快速报文服务 7）采样值服务 8）对时 9）文件服务IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务客户/服务器模式IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务发布/订阅模式IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信协议IEC61850标准介绍-通信协议IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务控制IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务报告的配置IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务事件：数据改变 周期性报告 总召唤2种报告： 非缓存报告 缓存报告IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务GOOSE的配置IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务GOOSE通信过程IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务GOOSE通信过程nullGOOSE Sender Device XGOOSE Receiver Device YGOOSE Receiver Device ZEthernet一个装置（发布者）发布消息, 只有订阅者装置正在接收它。 每个接受者的反应取决于它的配置和功能GOOSE messageGOOSE技术介绍GOOSE技术介绍传输内容 传送数据集，内容丰富、灵活 基于模型IEC61850标准介绍-通信服务IEC61850标准介绍-通信服务专业工具的必要性专业工具的必要性IEC61850通信服务、协议比较复杂，报文使用了ASN.1编码，直接阅读很困难。有必要利用专业的工程调试工具对通信过程进行监视、分析、模拟，作为调试和维护的手段。 IEC61850标准介绍-通信网络IEC61850标准介绍-通信网络IEC61850使用以太网技术。 总线型和环网以及双网或单网等多种形式。 以太网交换机必须支持优先级设置（IEEE802.1Q）和虚拟局域网（VLAN，IEEE802.1P）。 IEC61850标准介绍-工程配置语言SCLIEC61850标准介绍-工程配置语言SCL基于XML技术，IEC61850定义了一种变电站配置语言（SCL），描述变电站自动化系统与一次开关场之间的关系及IED配置情况。 SCL提供了统一工程数据格式。 SCL有4种文件类型， 1）系统规范描述文件（SSD） 2）系统配置描述文件（SCD） 3）IED能力描述文件（ICD） 4）IED配置后的描述文件（CID）IEC61850标准介绍-工程配置语言SCL IEC61850标准介绍-工程配置语言SCL SCL-实现了不同厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程。 IEC61850标准介绍-工程配置过程IEC61850标准介绍-工程配置过程IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-一致性测试测试案例举例IEC61850技术-一致性测试IEC61850技术-一致性测试目前一致性测试的局限性。 面向功能测试。 面向性能测试。荷兰KEMA公司IEC61850权威测试荷兰KEMA公司IEC61850权威测试IEC61850一致性测试的必要性。 UCAIUG负责对 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 机构进行授权。 KEMA公司。 KEMA公司测试原则及业务。 目前已经通过检测的公司：ABB、SIEMENS、AREVA、GE、TOSHIBA等。 荷兰KEMA公司IEC61850权威测试荷兰KEMA公司IEC61850权威测试2008年1月四方公司间隔层6大类设备通过KEMA公司IEC61850一致性测试。 IEC61850技术-获得互操作性的途径IEC61850技术-获得互操作性的途径 统一数据模型 统一服务模型 统一通信协议 统一物理网络 统一工程数据交换格式 统一一致性测试标准IEC61850与数字化变电站的关系IEC61850与数字化变电站的关系数字化变电站关注功能 通信是数字化变电站的关键技术 互操作性对对数字化变电站的基本要求 IEC61850提供了完整解决方案IEC61850的不足与发展IEC61850的不足与发展第一版(ED1)存在描述歧义和错误的地方。 IEC继续修订和补充，不断考虑新的需求，产生ED2和ED3. 国内一些应用习惯不能直接套用 《DL/T860工程实施规范》 IEC61850的不足与发展IEC61850的不足与发展 IEC61850 ED2 TISSUES New TISSUES 收集到CDV阶段； 基本模型扩展 Statistical/Historical 水电和风电常用公共元素； 领域扩展： 电能质量； 变电站之间通信的影响： 2010年出版 IEC61850的不足与发展IEC61850的不足与发展 IEC61850 ED2 对7-2，7-3，7-4等修改部分进行支持 对工程配置过程进行功能扩展，尤其是系统配置工具之间的数据交换。 对IEC61850-6 ED1的错误、模糊不清部分进行更正和澄清。 工程过程定义更加明确，考虑了IED修改等。 IEC61850的不足与发展IEC61850的不足与发展 IEC61850 ED3 TISSUES 基本模型扩展： 使用SCL对PLC逻辑进行描述； 网络与系统管理； 冗余； 来自IEC62351的安全观点； 基于角色访问的安全； IEEE1588的对时； 配置文件的下载和激活。 DER标准的通用元素； 去掉IED特殊设置； 变电站之间通信的影响； 测试： 系统测试 IEC61850的不足与发展IEC61850的不足与发展 《DL/T860工程实施规范》 是DL/T860标准的细化和补充。 细化了不全面的部分，规范了不明确的部分，补充了满足国内应用习惯的部分模型，并规范了工程中可能引起歧义的其它内容。 严格遵循IEC61850。 不是应用指南。 IEC61860的不足与发展IEC61860的不足与发展 《DL/T860工程实施规范》 系统总体结构 工程配置 建模 通信服务 一致性测试 IEC61850的不足与发展IEC61850的不足与发展 《DL/T860工程实施规范》指导意义 可以减少歧义，有利于提高不同厂家设备间的互操作性。 有利于IEC61850推广应用。 为用户、厂家、设计院提供了实施IEC61850的重要支撑和依据。IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构以太网构成基本方式： 星型 环型 冗余方式 双网 自恢复 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构传输信息的重要程度对网络的可靠性提出了不同要求 安装环境对网络设备提出了不同要求 必须考虑网络设备的兼容性 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 装置单环网 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 装置单环网 优点：网络结构简单、投资费用低。 缺点： 1）实时性差，环网发生故障时自愈时间需要数十毫秒至数百毫秒，不能满足继电保护装置之间数据交换的性能要求。 2）装置检修时对环网通信的影响很大。IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 单星型网 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 双星型网 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 星型网 优点：网络实时性好，网络延时最少，可以满足继电保护装置之间实时数据交换的性能要求，尤其是保护GOOSE通信。 缺点：网络冗余性较差，单星型网交换机之间网络发生单点故障时，双星型网交换机之间发生交叉故障时，网络通信将受到较大影响。IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 单环网 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 双环网 IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 环型网 优点：网络冗余性最好，交换机之间网络发生故障时，通过环网自愈依然可以保证网络通信。 缺点：1）网络实时性差，环网中节点间的网络通信延时要高于星型网，另外环网发生故障时自愈时间需要数十毫秒至数百毫秒，不能满足继电保护装置之间数据交换的性能要求。 2) 网络可靠性较差，环网通信基于快速生成树协议，通信故障时可能会引起网络风暴问题。 3) 设备兼容性较差，不同厂家交换机的私有快速生成树协议实现方式存在差异，互联时可能会有问题。 4）投资成本高于星型网，因为交换机需要的网口数要多于星型网。IEC61850变电站网络结构IEC61850变电站网络结构 变电站层双网通信冗余机制 双网双IP通信机制 双网采用各自独立的IP网段地址进行通信。 优点：是双网各自独立，网络底层不用切换，但应用层处理较复杂，双网可靠性取决于应用层双网处理机制，常见的有双发双收模式，热备用模式和冷备用模式。 双网单IP通信机制 将双网绑定为一条逻辑链路，组成冗余网络，实现双网卡单IP通信。这种机制优点是应用层处理和配置都较简单，和单网是一样。双网可靠性只取决于双网的网络底层切换。对待IEC61850的态度对待IEC61850的态度国内对IEC61850 1）评价过高 所有问题都试图通过IEC61850解决。 2）评价过低 持怀疑态度，担心是第2个103协议。 不习惯灵活，希望全部定死。 对待IEC61850的态度对待IEC61850的态度充分利用其优点，弥补缺陷 IEC 继续修订 ED2 2009年推出 ED3 择机推出 注重标准本身。 CIGRE 就IEC61850变电站设计、应用、维护问题进行研究IEC61850已解决的问题IEC61850已解决的问题提出了3层通信体系 解决了互操作问题。 IEC61850未解决的问题IEC61850未解决的问题行业用户对下一代SAS的期待 降低费用、减少现场劳动量、缩短调试时间 架构 成本和简化是推动架构进步的力量，IEC61850对架构目前没有给出详细的规范。 冗余原则 IEC61850建议采用冗余原则配置保护，但是没有给出具体做法。IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）AC 信号 1） NCIT尽管有16年历史，但还没有广泛使用。 2）目前还没有形成SV的新的设计方法，还都是根据传统方式进行设计。 3）传统信号容易实现共享，数字信号相反。 4）通信引入了信号延时。 5）同步和数据丢失都是问题。 IEC61850只提供了SV通信协议，没有给出满足技术、运行、维护各方面要求的可用架构。IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）DC 信号 2类：1）状态；2）跳闸、互锁等信息。要求小于4ms。 IEC61850只定义了GOOSE格式 网络拓扑没有给出。 IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）LAN架构 网络冗余如何实现？ 带网关功能交换机的使用，要求使用者深入理解物理拓扑和控制机制。 IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）时间同步 IEC61850定义几种不同的时间准确度。 所建议的SNTP不能满足要求。 可选方式： 1） IRIG-B； 2） IEEE1588. 3） 私有。IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）可靠性 IEC61850只解决了过程层的通信协议的互操作问题。 基于过程层如何设计系统解决方案，IEC61850没有给出答案，需要使用者考虑。IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）系统整体性能 过程总线的使用使整体性能的保证变得更加困难。 IEC61850并没给出达到良好整体系统性能的具体途径。IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）GOOSE 定义了GOOSE详细的帧格式和信息组织原则。 IEC61850没有给出详细的基于GOOSE的应用模板。 例如：各种IED配合细则。 现在使用者都是利用GOOSE作为一个手段，将现有做法网络化。IEC61850未解决的问题（续）IEC61850未解决的问题（续）测试 IEC61850-10给出了服务器端一直性测试规范。 全数字化变电站如何投运、维护IEC61850并没有给出答案 工程案例分析-聂刘330kV 变电站工程案例分析-聂刘330kV 变电站 工程案例分析-聂刘330kV变电站工程案例分析-聂刘330kV变电站第一个IEC61850 330kV变电站。 北京四方作为系统集成商，提供监控和大部分保护。 间隔层： 北京四方：测控装置、高压线路保护、中压线路保护、变压器保护、低压馈线保护、低压系列测保一体装置 南瑞继保：高压线路保护、变压器保护、母线保护 国电南自装置：远跳装置、中压线路保护 深圳南瑞装置：母线保护 投运时间：2007年6月28日 工程案例分析-聂刘330kV变电站工程案例分析-聂刘330kV变电站出现的问题： 1）模型 不正确、内外不一致。 2）服务 不规范。 解决办法： 1）预联调 2）要求修改。工程案例分析-郭家屯220数字化 变电站工程案例分析-郭家屯220数字化 变电站 工程案例分析-郭家屯220kV变电站工程案例分析-郭家屯220kV变电站工程案例分析-郭家屯220kV变电站工程案例分析-郭家屯220kV变电站唐山郭家屯变电站 1）完整3层结构 2）ECT/EPT,智能单元 3）保护GOOSE网络跳闸 4）全面取消二次电缆硬链接 5）220kV测保一体化 谢 谢谢 谢2008-07