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1、IEC61850技术,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,全称变电站通信网络和系统，规范了变电站内IED之间的通信行为。由IEC TC57制订（19952004）。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”。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,“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,
2、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。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,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,SAS在国外有20多年历史，国内
3、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,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（19952005）。14个国家,60多人参与.任雁铭曾参与,大多来自ABBSIMENS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,互操作性 数据模型通信服务 工程配置影响范围,IEC618
4、50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,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
5、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,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，
6、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,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,传统IED之间沟通方
7、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,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,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,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
8、,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、UDP,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,I
9、EC61850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,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为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案,IEC
10、61850标准介绍-变电站通信接口模型,IEC61850标准介绍-数据模型,IEC61850技术介绍-数据模型,Physical Device(network address),Logical Device(e.g.Relay1),MMXU1,MMXU2,DO,DO,DA,DA,Logical Nodes,源自于CDC,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,（部分）,IEC61850标准介绍-数据模型,IEC61850标准介绍-数据模型,IEC61850
11、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,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定义了9大类60种ACSI。1）关联服务 2）信息模型服务
12、 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,客户/服务器模式,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-通信协议,IEC61850标准介绍-通信服务,控制,IEC61850标准介绍-通信服务,报告的配置,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,GOOSE的配置,IEC61850标准介绍-通信服务,GOOSE通信过程,IEC
13、61850标准介绍-通信服务,GOOSE通信过程,GOOSE Sender Device X,GOOSE ReceiverDevice Y,GOOSE ReceiverDevice Z,Ethernet,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 message,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,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
14、手段。,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-
15、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,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,IEC61850一致性测试的必要性。UCAIUG负责对检测机构进行授权。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
16、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,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,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,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
17、足与发展,IEC61850 ED2TISSUES 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 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 ED3TISSUES基本模型扩展：使用SCL对PL
18、C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,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,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,DL/T
19、860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,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,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,装置单环网,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
20、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,单星型网,IEC61850变电站网络结构,双星型网,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,单环网,IEC61850变电站网络结构,双环网,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
21、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,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
22、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,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,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
23、护问题进行研究,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,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）,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。I
24、EC61850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）,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）,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）,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）,可靠性
25、 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）,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）,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）,测试 IEC61850-10给出了服务器
26、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,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,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,2008-07,
