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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,IEC61850,技术,任雁铭,yanmingsf-,2008-7,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,工程案例分析,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。,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,）。,一个世界，一种技术，一个标准,IEC TC57 WG10,、,11,、,12,制订（,19952005,）。,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,IEC61850,技术,-,与传统技术比较,互操作性,数据模型,1,）现有技术,优点：,简单，容易实现。,缺点：,不能满足用户各种需求，往往需要扩充；,扩充后不能相互识别，无法互操作。,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；,能够互操作；,缺点：,实现复杂，对硬件要求高。,IEC61850,与传统技术比较,-,信息模型,IEC61850,数据组织示例：,Physical Device,(network address),Logical Device,(e.g.Relay1),MMXU1,MMXU2,MX,MX,A,V,Logical Nodes,Functional Constraint,“,MMXU2$MX$A,”=,Feeder#2 Current Measurements,IEC61850,技术与传统技术比较,-,通信协议,通信协议,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。,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。,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,之间沟通方式：,IEC61850,技术与传统技术比较,-,通信服务,IED,之间逻辑互锁：,61850 GOOSE,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,）；,.,Bkr 1,Relay,Trip,Bkr 2,Relay,Bkr N,Relay,Bkr 3,Relay,BFI,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,IEC61850,技术与传统技术比较,-,通信服务,通信服务层次,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,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,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,IEC61850,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,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,-,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,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,IEC61850,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,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,-,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。,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,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,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,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。,IEC61850,问题汇集机制,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 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 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 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,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/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,技术发展,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。,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,-,聂刘,330kV,变电站,模型实例。,工具实例。,系统配置器实例。,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,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,工程案例分析,-,郭家屯,220kV,变电站,连接站控层的计算机和间隔层,IED,。采用客户,/,服务器模式通信，站控层计算机为客户端，间隔层,IED,为服务器。,完成,IED,级的五防功能。采用基于发布,/,订阅模式通信的,GOOSE,报文。,可以用,100M,光以太网或电以太网。,间隔层网络,连接间隔层,IED,和过程层,IED,（例如合并单元、智能单元）。采用发布,/,订阅模式通信。,主要完成传输测保装置需要的采样值（,SV,）和开关量（,GOOSE,）。,一般用,100M,光以太网。,过程层网络,包括变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、通讯监控系统、电量远传系统、安防监视系统及火灾报警系统的功能。,站控层设备与间隔层设备之间采用,IEC61850,进行通信，实现网络共用、信息共享。,站控层设备,包括测保装置、计量装置、录波装置、归约转换装置的功能。,采用通信手段解决跨间隔的数据传输，例如启动失灵、闭锁重合闸。,间隔层设备,由于过程层交换机地位等同于原,CT,、,PT,回路，必须具备较高的电磁兼容指标，有较宽的工作温度范围，支持直流供电，并且是无风扇设计。,具备优先级（,Qos,）、虚拟局域网（,VLAN,）、抑制广播风暴等功能。,过程层交换机,工程案例分析,-,郭家屯,220kV,变电站,主要包括智能单元和合并单元。,智能单元主要通过,GOOSE,报文实现开关,/,刀闸控制、开关,/,刀闸状态上送等功能，,GOOSE,报文参照标准为,IEC 61850-8-1,。,合并单元完成对电子式互感器同步采样的控制和收集，按,IEC 61850-9-1,标准通过光以太网提供给间隔层,IED,使用。,过程层设备,工程案例分析,-,郭家屯,220kV,变电站,1,线路保护间闭锁重合闸,12,母差发出的跳线路操作箱,2,线路保护间三跳启动重合闸,13,母差接收的三相启动失灵,3,线路保护间单跳启动重合闸,14,变压器发出的启动失灵,4,线路保护间沟通三跳,15,变压器发出的解除复压闭锁,5,线路发出的,ABC,分相跳闸,16,#1,和,#2,母差发出的跳主变高压侧开关,6,线路发出的重合闸,17,#1,和,#2,母差发出的跳母联开关,7,操作箱发出的低压闭锁重合闸,18,#1,和,#2,母差发出的失灵联跳变压器三侧开关,8,线路接收的闭锁重合闸,19,#1,和,#2,母差接收的母联三相启动失灵,9,线路接收的远跳信号,20,变压器发出的跳高中低三侧开关,10,操作箱发出的,ABC,跳位信号,21,变压器发出的跳母联开关,11,线路发出的,ABC,分相启动失灵,22,母联保护发出的跳母联开关,220kV,以,GOOSE,替代的信号,原采样在保护装置内各自独立实现，现由,MU,分别控制，当,MU,之间的外部同步系统故障时，会出现采样失步情况，保护会,自动,采取,告警、抬高定值、闭锁,等措施。,最典型的是各种类型的,差动保护,。,问题,1,原铜缆逻辑为点对点模式，例如线路保护跳闸接点连接到操作箱的同时还要连接到母差保护启动失灵，采用,GOOSE,报文后，,ABC,分相跳闸的三根电缆被报文中三个逻辑点代替，由于报文采用,组播,方式，操作箱收到跳闸报文同时，母差保护会收到,同一帧,报文实现启动失灵逻辑。,问题,2,原反措规定非电量保护必须为,直跳,回路，智能单元接口改为光纤以太网，如何保证非电量保护的完整性需要探索。,问题,3,测保装置数字化后，相关的测试工具（例如测试仪）会有变化，且检修范围（例如单装置检修还是带交换机检修，或者取消二次设备检修）需要探索。,问题,4,由于各间隔数据流量均较大，实现全站集中录波的硬件条件还不成熟。,问题,5,计量装置不再需要完成模拟量的采样功能，模拟量由电子式互感器完成转换，计量精度的认证不仅在计量装置上，还包括互感器部分。,问题,6,谢 谢,2008-07,