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1、技术体系技术体系技术体系技术体系分析分析分析分析 国电南思系统控制有限公司国电南思系统控制有限公司张结张结IEC61850IEC61850是一个技术体系，在追求互操作性的同时，也追求长期肯定性，和应用的灵活性。对长期肯定性，和应用灵活性的追求使IEC61850的互操作性成为一种“实现互操作性”的基础，并不等于互操作性本身。引言引言引言引言探讨IEC61850长期稳定性、应用灵活性、互操作性的本质和关系，以及其所建立的技术体系是本研究的基本目的。以IEC61850技术体系为基础，明确IEC61850互操作性与应用互操作性的关系，建立应用所需要的互操作性的技术途径是本研究的现实目的。 IEC 61
2、850IEC 61850 Communication Networks and Systems in Communication Networks and Systems in SubstationsSubstations 变电站通讯网络及系统系列标准变电站通讯网络及系统系列标准文档结构文档结构目标及作用目标及作用互操作性、自由分布、长期稳定性开放性技术路线技术路线协议栈与通信服务的解偶协议栈通信服务与模型结构的偶合服务开放的建模模型对过程数据的支持描述语言描述语言目录向具体协议栈的映射向具体协议栈的映射 (SCSM)Part 8-1:Mapping to MMS and to ISO/IEC
3、 8802-3Part 9-1:Sampled Values over Serial UnidirectionalMultidrop Point-to-Point linkPart 9-2:Sampled values over ISO 8802-3Part 7-2:Abstract Communication Services (ACSI)Part 7-1:Principles and Models抽象通讯服务抽象通讯服务Part 7-4:Compatible Logical Node Classes and Data ClassesPart 7-3:Common Data Classes信
4、息模型信息模型Part 10:Conformance Testing 测试测试Part 1: Introduction andOverview系统部分系统部分Part 2: GlossaryPart 3: General RequirementsPart 4: System and ProjectManagementPart 5: Comm. Requirementsfor Functions andDevice Models配置配置Part 6:Configuration Languagefor electricalSubstation IEDs 文档结构长期稳定性长期稳定性 标准应向后标准
5、应向后兼容兼容兼容兼容, 以适应以适应通讯技术通讯技术通讯技术通讯技术和和系统要求系统要求系统要求系统要求的发展的发展目标与作用互操作性互操作性 来自一个或多个厂家的来自一个或多个厂家的IED之间之间交换交换交换交换信息和信息和正确正确使用使用使用使用信息完成各自功能的能力信息完成各自功能的能力 功能自由分布功能自由分布 标准需要支持各种标准需要支持各种策略策略策略策略以允许功能的自由分以允许功能的自由分布，例如：集中式和分布式系统布，例如：集中式和分布式系统 传统通信协议传统通信协议信息规定在传输帧格式中协议的过时信息的扩展、通信技术的发展导致协议的不稳定103最明显IEC61850IEC6
6、1850不受通信技术发展的影响不受信息扩展的影响适用范围广一个标准2版的目标更明显 作用作用对标准化组织长期利益对产品开发过程中的利益对运行单位 ？信息的稳定性目标与作用长期稳定性数字化变电站中的功能自由分布数字化变电站中的功能自由分布变电站自动化形态的发展和变化可能数据、信号的共享是前提通信技术的支持是保障？IEC61850IEC61850的作用的作用覆盖过程层、间隔层、站控层 2版包括纵联通道、甚至远动传输信息的内容根据功能分布设计结果 与传统协议的对比与传统协议的对比前提是功能分布确定事实上不可能确定协议不体现设计结果产品、工程协议体现设计结果IEC61850本身不满足目前数字化变电站的
7、矛盾所在目标与作用功能自由分布（1）目标与作用功能自由分布（2）目标与作用功能自由分布（3）逻辑设备“合并单元合并单元”LN PCTRLN PCTRLN PCTRLN PCTRLN TVTRLN TVTRLN PCTRLN PCTRLN PCTRLN PCTRLN TCTRLN TCTR逻辑设备“断路器断路器 IEDIED”LN PCTRLN PCTRLN PCTRLN PCTRLN XCBRLN XCBR逻辑设备“断路器断路器 IEDIED”LN PCTRLN PCTRLN PCTRLN PCTRLN XCBRLN XCBRPDIS PDIS 线路保护传感器执行机构采样值IEC 61850I
8、EC 61850保护跳闸互操作性与其它目标的关系互操作性与其它目标的关系不受协议栈更换的影响长期肯定性一种通用的通讯协议中承载所有可能的数据和信息自由分布特性交换信息和理解信息作用作用最终价值IEC协议栈更换产品制造协议栈更换IEC61850修订 设计、运行数字化变电站发展目标与作用互操作性（1）目标与作用互操作性（2）61850通信服务通信服务产产品品的的通通信信方式方式产品设计产品设计通信信息通信信息如何通信如何通信产产品品的的通通信信内容内容工工程程/运运行行设计设计哪哪些些信信息息向向哪哪里里通通信信通信技术通信技术通通信信协协议议栈栈产产品品所所采采用用的通信技术的通信技术变变电电站
9、站的的通通信信内内容容和和方方案案自由分布承载任何信息一种通信标准信信息息承承载载方方式式目标与作用互操作性（3）61850产产品品的的通通信信方式方式产品设计产品设计产产品品的的通通信信内容内容设设计计/信信息息规范规范产产品品所所采采用用的通信技术的通信技术信息互操作性通信互操作性信信息息承承载载方方式式数字化变电站互操作性工工 程程 / /运运行设计行设计变变电电站站的的通通信信内内容容和和方方案案目标与作用互操作性（4）通讯服务通讯服务信息模型信息模型结构结构语义空间语义空间结构结构信息语义约定信息语义约定 语义约定的语义约定的机制机制 内容内容形式形式确确定定性性目标与作用开放性适应
10、各种适应各种业务逻辑的变化业务逻辑的变化各种设备之间的各种设备之间的互操作性互操作性方便通讯调试方便通讯调试和维护和维护适应系统技术适应系统技术的发展的发展适应通讯技术适应通讯技术的发展的发展开放开放*) 开放存在多个种类IEC61850IEC61850怎样建立了互操作性怎样建立了互操作性产品如何应用IEC61850才能获得互操作性支持 IEC61850IEC61850所建立的互操作性是什么样的互所建立的互操作性是什么样的互操作性操作性什么情况下有必要应用IEC61850把对把对IEC61850IEC61850应用的重点放在信息建模上应用的重点放在信息建模上不仅仅是实现一种通信应用的差异性导致
11、无法实现互操作性互操作性分为不同的层次互操作性分为不同的层次技术路线探讨重点协议栈与通信方式的解偶协议栈与通信方式的解偶通信方式固定抽象通信服务（7-1、7-2）抽象通信服务向通信协议栈的映射（8-1、9-1、9-2）协议栈更换再映射通信服务与模型结构的偶合通信服务与模型结构的偶合模型决定了产品所具有的通信服务（6）模型表达了信息的承载方式（7-3、7-4）信息建模信息建模描述哪些信息需要通信（7-4、6）描述信息如何通信（7-2、6）对过程数据的支持对过程数据的支持技术路线信息模型信息模型对象对象服务服务应用：应用：开关设备，开关设备，保护，控制，保护，控制，命令，事件命令，事件报警报警,
12、变电站自动化应用领域变电站自动化应用领域 通讯技术通讯技术技术路线协议栈与通信服务的解偶(1)慢慢快快 技术发展和变化技术发展和变化如何使标准具有向后兼容性 ?ISO/OSI七层参考七层参考模型模型通讯通讯消息消息,报文报文, 帧格式帧格式物理介质物理介质7654321写写 配置参数配置参数控制控制 设备设备 ( (直接控制直接控制 / /选择控制选择控制) )基于事件的基于事件的 报告传输报告传输带时标的事件当地存储形成带时标的事件当地存储形成 记录记录获取获取 目录信息目录信息文件传输文件传输 例如：例如： 参数或软件下载参数或软件下载上装监视信息，例如曲线或历史记录上装监视信息，例如曲线
13、或历史记录传输传输 变电站通用对象事件变电站通用对象事件 (GOOSE*) (GOOSE*) 传输传输 采样值采样值 (SAV*) (SAV*) 技术路线协议栈与通信服务的解偶(2)协议栈接协议栈接口口Client /Server 通讯通讯模拟量采样值模拟量采样值 (SAV)模型模型 (对象对象,服务服务) 抽象通讯服务接抽象通讯服务接口口 (ACSI)实时性要求实时性要求实时性要求实时性要求以太链路层以太链路层带优先级的以太物理层带优先级的以太物理层 IPTCPMMS特定通讯服务映射特定通讯服务映射(SCSM)通用变电站对象事件通用变电站对象事件 (GOOSE)通讯技术通讯技术应用领域：应用
14、领域：变电站自动变电站自动化化技术路线协议栈与通信服务的解偶(3)技术路线协议栈比较（1）LayerApplication IEC 60870-5-101IEC 60870-5-101 Based on Based on IEC60870-5-3/4/5 IEC60870-5-3/4/5PresentaionSessionTransportNetworkData LinkPhysicalV.24, X.21,. IEC 60870-5-104IEC 60870-5-104 IEC 60870-5-102IEC 60870-5-102 Based on Based on IEC60870-5-3
15、/4/5 IEC60870-5-3/4/5IEC 60870-5-101FT1.2 ; -5-1/2IEC 60870-5-102FT1.2 ; -5-1/2V.24, X.21,.ISO 8802.2LLC2ISO 8802.X MACMediaRFC 791 IPRFC 791 IPRFC 793 TCPRFC 793 TCP映射映射映射CL WAN 5-101CL WAN 5-104CL WAN 5-102技术路线协议栈比较（2）LayerCO TASE.1 Architecture CO TASE.2 ArchitectureApplicationIEC 60870-6-501/502
16、 TASE.1IEC 60870-6-501/502 TASE.1 ISO 9072-1/2 ROSE ISO 9072-1/2 ROSE ISO 8650 ACSE ISO 8650 ACSEIEC 60870-6-503/802 TASE.2IEC 60870-6-503/802 TASE.2 ISO 9506 MMS ISO 9506 MMS ISO 8650 ACSE ISO 8650 ACSEPresentaionISO 8823/8825 BERSessionISO 8237TransportISO 8072/8073 class4,2,0 orISO 8072/8073 clas
17、s4,2,0 or RFC 1006/TCP (with IP) RFC 1006/TCP (with IP)NetworkISO 8348 Add.1/8473 CLNP or ITU-T X.25 PLP ISO 8208 or Frame Relay or RFC 791 IPData LinkISO 8802.2 LLC1 or ISO 7776 LAPB or LLC2/ISDNISO 8802.X MAC or ISO 9314 FDDI MACPhysicalmedia,X.21,X.21bis,.技术路线协议栈比较（3）LayerApplicationIEC 61850-7-1
18、/2/3/4 61850-8-1/2IEC 61850-7-1/2/3/4 61850-8-1/2ISO 9506 MMSISO 9506 MMSISO 8650 ACSEISO 8650 ACSEPresentaionSessionTransportNetworkData LinkPhysicalISO 8802.2 LLC1 / ISO8802.3 CSMA/CDmediaCL 3 LAYERCL 7 LAYERCO 7 LAYERISO 8823/8825ITU-T Fast ByteISO 8327ISO 8072/8073CLASS 4ISO9576/8825ISO 9548ISO
19、8602ISO 8348 A.1 / 8347 CLNP映射技术路线协议栈比较（4）技术路线通信协议和通信服务的演示技术路线通信服务与模型结构的偶合服务器服务器逻辑设备逻辑设备逻辑节点逻辑节点数据数据数据属性数据属性LLN0带缓存报告带缓存报告不带缓存报告不带缓存报告报告控制块报告控制块记录记录定值组控制定值组控制通用事件通用事件测量测量数据集合数据集合数值取代数值取代控制控制文件文件模型的作用模型的作用模型表达了信息的承载方式数据类型描述哪些信息需要通信数据、信号描述信息如何通信通信参数对模型体系的要求对模型体系的要求能够描述任何信息扩展传输单位灵活根据功能组合自由分布表达信息的语义技术路线
20、模型特性 属性属性值属性属性值逻辑设备逻辑设备 (LD) 组合物理设备物理设备 (IED)定义为服务器 实现逻辑节点逻辑节点 (LN)数据数据 (对象对象)数据 间隔单元间隔单元 (名称非标准化)控制控制 (名称非标准化)CSWI (开关控制)Pos (位置)ctlVal (控制值/命令) off/onstVal (状态值) Intermediate-state/off/on/bad-state技术路线分层模型结构LN XCBR断路器断路器LN IHMI站级人机界面站级人机界面LN CSWI开关控制开关控制是全部吗是全部吗 ?依据可选数据判断是否完整依据可选数据判断是否完整 !对象列表对象列表
21、技术路线从信号列表到对象列表.信号列表信号列表技术路线信号在模型中的形式IED（任意名称）LD（任意名称，如“距离保护”）LN（XJ_I_PDIS1）DO（Op）DA（如t表示动作时间）变电所自动化系统中的通讯变电所自动化系统中的通讯变电所自动化系统中的通讯变电所自动化系统中的通讯 信息在设备设备设备设备之间交换，所有设备设备设备设备 构成了系统 确切地讲, 是贮流在设备中的功能及功能模块功能及功能模块功能及功能模块功能及功能模块之间在交换信息 在IEC 61850IEC 61850IEC 61850IEC 61850中中中中称进行信息交换的最小功能模块为逻辑逻辑逻辑逻辑节点节点节点节点( (
22、 ( (LN)LN)LN)LN) ，在特定的设备中可以被独立实现 LNLNLNLN 是与功能相关的信息容器信息容器信息容器信息容器但通常完成了整体功能的一个部分 技术路线LN的概念（1）二次设备二次设备控制控制Q0/CSWIQ8/CSWIQ9/CSWI间隔层界面间隔层界面 IHMI距离保护距离保护PDIS变电站中的变电站中的变电站中的变电站中的LN LN 断路器断路器Q0_L1/XCBRGas浓度监测浓度监测Q0_L1/SIMG一次设备一次设备隔离刀闸隔离刀闸Q9_L1/XSWIGas浓度监测浓度监测Q9_L1/SIMG接地开关接地开关 Q8_L1/XSWIGas 浓度监测浓度监测Q8_L1/
23、SIMG技术路线LN的概念（2）技术路线LN的概念（3）设备举例: 保护，测控一体化装置保护，测控一体化装置保护，测控一体化装置保护，测控一体化装置设备举例: 断路器断路器断路器断路器设备举例: 站级工作站站级工作站站级工作站站级工作站XCBR(断路器)TCTR(CT)TVTR(PT)CSWI(开关控制)PDIS(距离保护)IHMI(人机界面 IF)设备举例: 一体化测量一体化测量L 系统系统 LN (2*)P 保护保护 (28)R 保护相关保护相关 (10)C 控制控制 (5)G 一般一般 (3)I 接口和记录接口和记录 (4)A 自动控制自动控制 (4)M 计量和测量 (8)S 传感器及监
24、视 (4)X 开关设备 (2)T 仪用变压器 (2)Y 电力变压器 (4)Z 未来电力设备 (15)例如：例如：例如：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: 电力变压器以首写字母区分以首写字母区分以首写字母区分以首写字母区分技术路线LN的概念（3）技术路线LN的内容（1）逻辑节点逻辑节点逻辑节点逻辑节点 包括包括 数据数据数据数据 (对象对象)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
25、 数据数据数据数据 包括包括 属性属性属性属性属性分为：必选 (M), 条件可选 (C), 和可选 (O)属性用于描述功能的特性属性携带了数据值 逻辑节点的组合和实现逻辑节点的组合和实现逻辑节点被组合在 逻辑设备逻辑设备逻辑设备逻辑设备(LD)中,例如：依据共同的使用特征。逻辑设备在 物理设备物理设备物理设备物理设备 (IED)中实现技术路线LN的内容（2）技术路线DO的类型/CDC*) Original representation form IEC 61850-7-3具有共同数据属性的数据类型称为公共数据类型公共数据类型公共数据类型公共数据类型(CDCCDC).例如DPCDPC 代表可控的
26、双点信号量 技术路线模型/建模演示技术路线SAV/GOOSE（1）逻辑设备“合并单元合并单元”LN PCTRLN PCTRLN TVTRLN PCTRLN PCTRLN TCTR逻辑设备“断路器断路器 IED”LN PCTRLN PCTRLN XCBR逻辑设备“断路器断路器 IED”LN PCTRLN PCTRLN XCBRPDIS 线路保护传感器执行机构采样值采样值IEC 61850保护跳闸保护跳闸 Merging Unit (MU)Merging Unit (MU)来自60044-7/8采样值采样值 (SAV) (SAV)9-19-1固定固定9-2可自定义协议栈相同802.3/802.1P
27、Q执行机构（被智能化为执行机构（被智能化为 Breaker IED Breaker IED）8-18-1GOOSEGOOSE9-29-2协议栈802.3/802.1PQ 数据版本和响应时间数据版本和响应时间使用意义仍然需要通信技术的保证（另述）仍然需要通信技术的保证（另述）技术路线SAV/GOOSE（2）技术路线SAV/GOOSE通信过程演示设备和系统结构设备和系统结构设备和系统结构设备和系统结构为了支持 互操作性互操作性互操作性互操作性 形式描述应包括 变电站自动化系统变电站自动化系统变电站自动化系统变电站自动化系统 的所有通讯连接 无歧义地描述所有的 IED IED IED IED 能力能
28、力能力能力 无歧义地描述所有的 通讯服务通讯服务通讯服务通讯服务无歧义地描述变电站自动化系统数据与 现场数据现场数据现场数据现场数据的对应关系描述语言作用（1）为了进行形式描述，提供了为了进行形式描述，提供了变电站配置描述语言变电站配置描述语言变电站配置描述语言变电站配置描述语言Substation Configuration description Language Substation Configuration description Language Substation Configuration description Language Substation Configurati
29、on description Language (SCL)(SCL)(SCL)(SCL) 基于基于 XMLXML用于用于 设备配置描述文件设备配置描述文件 ( (ICD) ICD) 系统配置描述文件系统配置描述文件 ( (SCD) SCD) 系统功能定义文件系统功能定义文件 ( (SSD)SSD) 这些工程描述信息可以在工具之间交换这些工程描述信息可以在工具之间交换 ! ! 描述语言作用（2）描述语言作用（3）61850通信服务通信服务产产品品的的通通信信方式方式产品设计产品设计通信信息通信信息如何通信如何通信ICD/CID工工程程/运运行行设计设计哪哪些些信信息息向向哪哪里里通通信信通信技术
30、通信技术通通信信协协议议栈栈产产品品所所采采用用的通信技术的通信技术SSD/SCD自由分布承载任何信息一种通信标准信信息息承承载载方方式式CIDICD库库当地文件传输当地文件传输远程文件传输远程文件传输IED能力描述能力描述 (LN, DO, 等等)采用采用IEC61850服务进行文服务进行文件传输和参数初始化件传输和参数初始化工程制作环境工程制作环境变电站自动化系统变电站自动化系统单线图，预制报单线图，预制报表等的关联表等的关联工程工作站工程工作站SCD描述语言使用强调强调“狭义应用狭义应用” 对IEC61850信息语义约定的应用对语义空间约定方法的应用“广义应用”不等于互操作性强调发挥强调
31、发挥IEC61850IEC61850的价值的价值 从变电站自动化整体考虑以“功能自由分布”为目标 从产品功能形态上支持观点补充（1）补充（2）TMSEMSTMRCMS网关网关电力系统数据网络间隔单元网关站控系统。IED测控单元测控单元IED间隔单元应用系统应用系统IEC 61970 CIM/CIS企业总线企业总线IEC 61968 UIB远程通信远程通信IEC 60870-6 TASE.2 或或 IEC 61850+站级总线站级总线IEC 61850 （以太网）以太网）过程总线过程总线IEC 61850 （以太网）以太网）远程通信远程通信IEC 60870-6 TASE.2 或或 IEC 61850+主站侧主站侧厂站侧厂站侧
