IEC-61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)課件

1、學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)第 1 部分 概論1 范圍本部分適用于變電站自動化系統(tǒng)，它定義了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的通信和相關(guān)的系統(tǒng)要求。本部分介紹和概述了本系列，它引用了本標準系列其他部分文字內(nèi)容和圖。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達成協(xié)議的各方，研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)3 術(shù)語、定義和縮略語3.1 術(shù)語和定

2、義本部分采用了下述定義：3.1.1 抽象通信服務接口（ASCI）一種虛擬接口，它為智能電子設(shè)備提供了抽象通信服務，例如連接、變量訪問、非請求數(shù)據(jù)傳輸報告、設(shè)備控制、文件傳輸服務，以及所采用的實際通信棧和協(xié)議集獨立。3.1.2 間隔（Bay）變電站由具有一些公共功能的緊密連接的子部分組成，例如介于進線或出線與母線之間的斷路器；帶斷路器和相關(guān)的隔離開關(guān)及接地開關(guān)的母聯(lián)；（代表兩種電壓等級的）兩條母線之間帶開關(guān)設(shè)備的變壓器等。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)間隔的概念可適用于斷路器和環(huán)形母線變電站配置，將一次斷路器和相關(guān)的設(shè)備組成一個虛擬間隔。這些間隔組成受保護的電

3、力系統(tǒng)子集，例如變壓器或者線路終端，它的開關(guān)設(shè)備的控制有一些共同的限制，諸如聯(lián)鎖和已定義的操作順序。這些子部分的標識對于維修（哪些部分同時斷開對變電站其余部分的影響最?。┗驍U充設(shè)計（如果一個新的線路將要投運，需要增加的部分）非常重要，這些子部分被稱為間隔，由通用名稱為“間隔控制器”的設(shè)備進行管理，又稱為“間隔繼電保護”的繼電保護系統(tǒng)。3.1.3 數(shù)據(jù)對象（Data Object）代表特定信息，例如狀態(tài)或者測量值的邏輯節(jié)點對象的一部分。從面向?qū)ο蟮挠^點來看，數(shù)據(jù)對象是數(shù)據(jù)對象類的實例。數(shù)據(jù)對象通常作為交換對象，例如它們是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)

4、3.1.4 設(shè)備（Device）為一個目的服務或者完成一個功能而設(shè)計的一個機械裝置或者裝置（Equipment）的一部分稱為設(shè)備；例如開關(guān)、繼電器或者變電站計算機（IEEE Std 100 1996）。3.1.5 功能（Functions）由變電站自動化系統(tǒng)即由應用功能所完成的任務。通常，功能與其他功能交換數(shù)據(jù)。其細節(jié)和所考慮的功能密切相關(guān)。由智能電子設(shè)備（物理設(shè)備）實現(xiàn)功能。功能可分成許多部分，常駐在不同智能電子設(shè)備內(nèi)，彼此之間通信（分布式功能），并和其他功能之間進行通信。這些進行通信功能的部分稱為邏輯節(jié)點。3.1.6 智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device

5、，IED）上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)一個或者多個處理器協(xié)調(diào)工作的設(shè)備，它具有從或到一個外部源接收和發(fā)送數(shù)據(jù) / 控制（例如電子式多功能表計、數(shù)字繼電保護、控制器）的能力。3.1.7 互換性（Interchange Ability）不用改變系統(tǒng)內(nèi)的其他元件，用一個制造廠提供的設(shè)備代替另一個制造廠提供的設(shè)備的能力。3.1.8 互操作性（Interoper Ability）一個制造廠或不同制造廠提供的兩個或多個交換信息和使用這些信息正確執(zhí)行特定功能的能力。3.1.9 邏輯節(jié)點（Logical Nodes，LN）邏輯節(jié)點是交換數(shù)據(jù)功能的最小部分。是由它的數(shù)據(jù)和方

6、法所定義的對象。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)3.1.10 開放協(xié)議（Open Protocol）協(xié)議，其棧是標準化的或是公開可得到的。3.1.11 物理設(shè)備（Physical Device，PD）和本標準系列的智能電子設(shè)備等效。3.1.12 通信信息片（PICOM）通信信息片（Piece of Information for Communication）是在給定邏輯連接，具有給定的通信屬性的兩個邏輯節(jié)點之間信息傳輸?shù)拿枋?，它也包含所傳輸?shù)男畔⒑鸵髮傩?，例如性能。它不代表在通信網(wǎng)絡(luò)上交換數(shù)據(jù)的實際結(jié)構(gòu)和格式。采納國際大電網(wǎng)會議（CIGRE34.03）工作組

7、的通信信息片（PICOM）方法。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)3.1.13 協(xié)議（Protocol）一組規(guī)則，它決定在達到和執(zhí)行通信的功能單元的行為。3.1.14 自我描述（Self-description）設(shè)備包含它的配置方面的信息。這些信息的表示必須標準化，并且（在這個標準系列范圍內(nèi)）通過通信可以訪問。3.1.15 系統(tǒng)（System）在本標準系列的范圍內(nèi)，除非特別指定，系統(tǒng)通常指變電站自動化系統(tǒng)。3.1.16 特定通信服務映射（Specific Communication Service Mapping，SCSM）上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 6

8、1850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)3.2 縮略詞（Abbreviations）ACSI Abstract Communication Service 抽象通信服務接口AIS Air Insulated Switchgear 空氣絕緣開關(guān)CB Circuit Breaker 斷路器CDC Common Data Class 公用數(shù)據(jù)類DO Data Object 數(shù)據(jù)對象EMC Electromagnetic Compability 電磁兼容性GOMSFE Generic Object Models for Substation and Feeder Equipment 變電站和饋線設(shè)備通用對象GIS

9、 Gas Insulated Switchgear 氣體絕緣開關(guān)上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)IED Intelligent Electronic Device 智能電子設(shè)備LN Logical Nodes 邏輯節(jié)點PD Physical Device 物理設(shè)備PICOM Piece of Information for Communication 通信信息片SA Substation Automation 變電自動化SAS Substation Automation System 變電自動化系統(tǒng)SCSM Specific Communication Ser

10、vice Mapping 特定通信服務映射上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)4 目的由于大規(guī)模集成電路技術(shù)強勁的發(fā)展，導致了先進的、快速的、功能強的微型處理器的出現(xiàn)，才有變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的可能性。這個結(jié)果引起了變電站二次設(shè)備從電子機械設(shè)備向數(shù)字設(shè)備的發(fā)展。反過來又提供了采用一些智能電子設(shè)備去完成所要求的功能（繼電保護、當?shù)睾瓦h方監(jiān)視和控制）等來實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)的可能性。自然，提出了在智能電子設(shè)備之間高效通信的要求，特別是標準協(xié)議的要求。到目前為止，許多制造廠采用各自特定的專用通信協(xié)議，但是采用不同的制造廠的智能電子設(shè)備時要求復雜的、高費用的協(xié)議轉(zhuǎn)換。上一

11、頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)5 歷史從 1994 年開始，IEC TR 57“變電站控制和繼電保護接口”臨時工作組提出制定變電站自動化系統(tǒng)通信標準的建議。采納由各國家委員會提出的下述建議：制定關(guān)于功能體系、通信結(jié)構(gòu)和一般要求的標準；制定關(guān)于在單元（間隔）層和變電站層之內(nèi)和之間的通信標準；制定關(guān)于過程層和單元（間隔）層之內(nèi)和之間的通信標準；制定關(guān)于繼電保護信息接口配套標準。臨時工作組制定了繼電保護設(shè)備信息接口配套標準IEC 60870-5-103（ DL/Z 667），并已出版。圖 1 所示為變電站自動化系統(tǒng)的通信接口的一般結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回學習單元3 IE

12、C 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)6 制定一個適用標準的方法6.1 概述采用以下三種方法制定一個適用標準：功能分解、數(shù)據(jù)流和信息建模。功能分解是為了理解分布功能組件間的邏輯關(guān)系，并用描述功能、子功能和功能接口的邏輯節(jié)點表示。數(shù)據(jù)流是為了理解通信接口，通信接口應支持分布功能的組件間交換信息和功能性能要求。信息建模用于定義信息交換的抽象語義和語法，并用數(shù)據(jù)對象類和類型、屬性、抽象對象方法（服務）和它們之間關(guān)系來表示。6.2 功能和邏輯節(jié)點標準的目的是規(guī)定各項要求，并提供一個框架以達到由不同供應商提供的智能電子設(shè)備（IED）的互操作性。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系

13、統(tǒng)分配到智能電子設(shè)備和控制層的功能并不是固定不變的。它和可用性要求、性能要求、價格約束、技術(shù)水平、公司策略等密切相關(guān)。因此標準應支持功能的自由分配。圖 1 所示的 SAS 邏輯接口表達得不夠充分，沒有站層功能間以及不同間隔功能間的邏輯接口，因此設(shè)計了一個新的包含更多的邏輯接口結(jié)構(gòu)。圖 2為變電站自動化系列接口模型，即本標準系列的基礎(chǔ)。圖 3 所示為功能、邏輯節(jié)點和物理節(jié)點（設(shè)備）之間的關(guān)系。位于不同物理設(shè)備的兩個或多個邏輯節(jié)點所完成的功能稱為分布的功能。因為所有功能在一些通路內(nèi)通信。當?shù)毓δ芑蛘叻植脊δ艿亩x不是唯一的，它依賴于執(zhí)行功能步驟的定義，直到完成功能。上一頁下一頁返回學習單元3 IE

14、C 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)為了簡化起見，按照變電站自動化系統(tǒng)要求，不同的報文類型分配通信信息片見表 1。6.3 變電站拓撲結(jié)構(gòu)如前面所述，功能要求和變電站規(guī)模無關(guān)。對于全部性能要求，有必要確定不同類型和規(guī)模變電站的數(shù)據(jù)流（總線負載）。為此分析了有代表性的典型變電站的類型，得到了數(shù)據(jù)流的結(jié)果（見 DLT 860.5）。圖 4 為典型的中壓和高壓變電站的例子。變電站的全部類型描述參見附錄 B。6.4 動態(tài)情況計算了典型變電站正常狀態(tài)和最壞條件下邏輯接口的數(shù)據(jù)流，表 2 列出的是 T1-1 型變電站。數(shù)據(jù)流僅包含信息比特，不包含協(xié)議或報文開銷。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變

15、電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)6.5 物理通信系統(tǒng)的要求邏輯接口可以采用幾種不同的方法映射到物理接口，站總線一般覆蓋邏輯接口 1、3、6、9；過程總線可以覆蓋邏輯接口 4、5。邏輯接口 8（間隔之間通信）可以被映射到任何一種或者同時映射到兩種。這種映射將對所選通信系統(tǒng)所要求的性能有很大的影響（如圖 5 和圖 6 所示）。7 如何適應通信技術(shù)的迅速發(fā)展7.1 通信和應用獨立DL/T 860 規(guī)定了抽象服務和對象集，使應用和特定協(xié)議無關(guān)，這種抽象允許制造廠和用戶保持應用功能和優(yōu)化這些功能。本標準規(guī)定的應用模型由如下幾項所組成：上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)制造廠和用戶生成應

16、用，去調(diào)用或響應適當?shù)某橄笸ㄐ欧战涌冢ˋCSI）服務集；DL/T 860 制定了用于應用和“應用對象”之間的抽象服務集，用于變電站自動化系統(tǒng)的組件間兼容的信息交換。然而，必須通過使用具體的應用協(xié)議和通信協(xié)議集實現(xiàn)這些抽象服務 / 對象。設(shè)備內(nèi)部對 ACSI 服務接口的具體實現(xiàn)是當?shù)氐氖虑?，超出本標準系列的范圍。在給定的SCSM內(nèi)，規(guī)定ACSI到具體的應用協(xié)議/通信協(xié)議服務集的映射。以具體數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)對象的狀態(tài)變化。如圖 7 所示特定通信服務映射（SCSM），按照相關(guān)的應用層特性，對于映射的方法可以是不同的。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)7.2 數(shù)據(jù)建模和服

17、務僅當邏輯節(jié)點能夠解釋并處理接收的數(shù)據(jù)（語法和語義）和采用的通信服務，邏輯節(jié)點才能夠彼此進行互操作。對賦予邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)對象和它們在邏輯節(jié)點內(nèi)的標識進行標準化是必要的。應用的數(shù)據(jù)和服務可按三個層次建模（見圖 8），第 1 層描述抽象模型以及在邏輯節(jié)點間交換信息的通信服務，第 2 層、第 3 層定義應用域特定對象模型。它包括數(shù)據(jù)類及其屬性和與邏輯節(jié)點之間關(guān)系的規(guī)范。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)8 一般系統(tǒng)概貌8.1 原因如果電力公司計劃去建立一個變電站自動化系統(tǒng)，并企圖從不同的制造廠購買智能電子設(shè)備來組成系統(tǒng)，它不僅期望功能和設(shè)備的互操作性，而且還期望統(tǒng)一的

18、系統(tǒng)管理和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)特性。本標準系列不僅覆蓋通信，而且覆蓋了工程工具的質(zhì)量特性、質(zhì)量管理的措施和配置管理。8.2 工程工具和參數(shù)變電站自動化系統(tǒng)的組件包含配置和運行參數(shù)兩方面，配置參數(shù)是在離線設(shè)置并設(shè)置參數(shù)后重新啟動；運行參數(shù)的在線設(shè)置、改變而不會干擾系統(tǒng)的運行。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)所有的工具至少能夠相互交換系統(tǒng)和配置參數(shù)，以及檢出（和防止）一致性受到侵害。為了達到這個目的，方法之一如圖 9 所示。DL/T 860.6 規(guī)定系統(tǒng)參數(shù)交換的語法和語義。8.3 變電站自動化系統(tǒng)配置語言在系統(tǒng)可用之前開始系統(tǒng)的策劃。現(xiàn)代的 IED 適用于很多不同任務，但并不表示所有任務都可以在同一時刻并行運行，必須定義同一設(shè)備的幾個能力（Capability）的子集，每一個子集允許實例化和使用包含的所有能力。雖然設(shè)備是自我描述的，在 IED 本身可用和投入運行前，必須用標準的方法設(shè)置設(shè)備能力、它們的項目特定配置和相對于系統(tǒng)參數(shù)的配置。為了用兼容方法在不同制造廠的工具之間交換設(shè)備描述和系統(tǒng)參數(shù)，DL/T 860.6 定義了變電站配置語言（SCL）。上一頁下一頁返回學習單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)8.4 質(zhì)量和壽命周期的管理本標準系列包含系統(tǒng)壽命周期的質(zhì)量保證，并規(guī)定了公司和制造廠的責任。制造廠的責任范圍包括符合 EN ISO 9001 的開