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

1、學(xué)習(xí)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(lì)根據(jù)本部分達(dá)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(xué)習(xí)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(wù)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(wù)，例如連接、變量訪問、非請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸報(bào)告、設(shè)備控制、文件傳輸服務(wù)，以及所采用的實(shí)際通信棧和協(xié)議集獨(dú)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(jìn)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(jí)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(xué)習(xí)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(gè)虛擬間隔。這些間隔組成受保護(hù)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(biāo)識(shí)對(duì)于維修（哪些部分同時(shí)斷開對(duì)變電站其余部分的影響最?。┗驍U(kuò)充設(shè)計(jì)（如果一個(gè)新的線路將要投運(yùn)，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(jìn)行管理，又稱為“間隔繼電保護(hù)”的繼電保護(hù)系統(tǒng)。3.1.3 數(shù)據(jù)對(duì)象（Data Object）代表特定信息，例如狀態(tài)或者測(cè)量值的邏輯節(jié)點(diǎn)對(duì)象的一部分。從面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)來看，數(shù)據(jù)對(duì)象是數(shù)據(jù)對(duì)象類的實(shí)例。數(shù)據(jù)對(duì)象通常作為交換對(duì)象，例如它們是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(gè)目的服務(wù)或者完成一個(gè)功能而設(shè)計(jì)的一個(gè)機(jī)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(jì)算機(jī)（IEEE Std 100 1996）。3.1.5 功能（Functions）由變電站自動(dòng)化系統(tǒng)即由應(yīng)用功能所完成的任務(wù)。通常，功能與其他功能交換數(shù)據(jù)。其細(xì)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(shí)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(jìn)行通信。這些進(jìn)行通信功能的部分稱為邏輯節(jié)點(diǎn)。3.1.6 智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device

5、，IED）上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)單元3 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)一個(gè)或者多個(gè)處理器協(xié)調(diào)工作的設(shè)備，它具有從或到一個(gè)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(jì)、數(shù)字繼電保護(hù)、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(gè)制造廠提供的設(shè)備代替另一個(gè)制造廠提供的設(shè)備的能力。3.1.8 互操作性（Interoper Ability）一個(gè)制造廠或不同制造廠提供的兩個(gè)或多個(gè)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(diǎn)（Logical Nodes，LN）邏輯節(jié)點(diǎn)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(duì)象。上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)化的或是公開可得到的。3.1.11 物理設(shè)備（Physical Device，PD）和本標(biāo)準(zhǔn)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(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)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(shí)際結(jié)構(gòu)和格式。采納國際大電網(wǎng)會(huì)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(xué)習(xí)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)化，并且（在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列范圍內(nèi)）通過通信可以訪問。3.1.15 系統(tǒng)（System）在本標(biāo)準(zhǔn)系列的范圍內(nèi)，除非特別指定，系統(tǒng)通常指變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。3.1.16 特定通信服務(wù)映射（Specific Communication Service Mapping，SCSM）上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(wù)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(duì)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(duì)象GIS

9、 Gas Insulated Switchgear 氣體絕緣開關(guān)上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(diǎn)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(dòng)化SAS Substation Automation System 變電自動(dòng)化系統(tǒng)SCSM Specific Communication Ser

10、vice Mapping 特定通信服務(wù)映射上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(qiáng)勁的發(fā)展，導(dǎo)致了先進(jìn)的、快速的、功能強(qiáng)的微型處理器的出現(xiàn)，才有變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可能性。這個(gè)結(jié)果引起了變電站二次設(shè)備從電子機(jī)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(hù)、當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方監(jiān)視和控制）等來實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)要求復(fù)雜的、高費(fèi)用的協(xié)議轉(zhuǎn)換。上一

11、頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(hù)接口”臨時(shí)工作組提出制定變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)的建議。采納由各國家委員會(huì)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(biāo)準(zhǔn)；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(biāo)準(zhǔn)；制定關(guān)于過程層和單元（間隔）層之內(nèi)和之間的通信標(biāo)準(zhǔn)；制定關(guān)于繼電保護(hù)信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)。臨時(shí)工作組制定了繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)IEC 60870-5-103（ DL/Z 667），并已出版。圖 1 所示為變電站自動(dòng)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(xué)習(xí)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(gè)適用標(biāo)準(zhǔn)的方法6.1 概述采用以下三種方法制定一個(gè)適用標(biāo)準(zhǔn)：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(diǎn)表示。數(shù)據(jù)流是為了理解通信接口，通信接口應(yīng)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(duì)象類和類型、屬性、抽象對(duì)象方法（服務(wù)）和它們之間關(guān)系來表示。6.2 功能和邏輯節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的目的是規(guī)定各項(xiàng)要求，并提供一個(gè)框架以達(dá)到由不同供應(yīng)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(xué)習(xí)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(jià)格約束、技術(shù)水平、公司策略等密切相關(guān)。因此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)支持功能的自由分配。圖 1 所示的 SAS 邏輯接口表達(dá)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(jì)了一個(gè)新的包含更多的邏輯接口結(jié)構(gòu)。圖 2為變電站自動(dòng)化系列接口模型，即本標(biāo)準(zhǔn)系列的基礎(chǔ)。圖 3 所示為功能、邏輯節(jié)點(diǎn)和物理節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）之間的關(guān)系。位于不同物理設(shè)備的兩個(gè)或多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)所完成的功能稱為分布的功能。因?yàn)樗泄δ茉谝恍┩穬?nèi)通信。當(dāng)?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(xué)習(xí)單元3 IE

14、C 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)為了簡(jiǎn)化起見，按照變電站自動(dòng)化系統(tǒng)要求，不同的報(bào)文類型分配通信信息片見表 1。6.3 變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如前面所述，功能要求和變電站規(guī)模無關(guān)。對(duì)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(fù)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(dòng)態(tài)情況計(jì)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(bào)文開銷。上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(shí)映射到兩種。這種映射將對(duì)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(yīng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展7.1 通信和應(yīng)用獨(dú)立DL/T 860 規(guī)定了抽象服務(wù)和對(duì)象集，使應(yīng)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(yīng)用功能和優(yōu)化這些功能。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的應(yīng)用模型由如下幾項(xiàng)所組成：上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(yīng)

16、用，去調(diào)用或響應(yīng)適當(dāng)?shù)某橄笸ㄐ欧?wù)接口（ACSI）服務(wù)集；DL/T 860 制定了用于應(yīng)用和“應(yīng)用對(duì)象”之間的抽象服務(wù)集，用于變電站自動(dòng)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(yīng)用協(xié)議和通信協(xié)議集實(shí)現(xiàn)這些抽象服務(wù) / 對(duì)象。設(shè)備內(nèi)部對(duì) ACSI 服務(wù)接口的具體實(shí)現(xiàn)是當(dāng)?shù)氐氖虑椋霰緲?biāo)準(zhǔn)系列的范圍。在給定的SCSM內(nèi)，規(guī)定ACSI到具體的應(yīng)用協(xié)議/通信協(xié)議服務(wù)集的映射。以具體數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)對(duì)象的狀態(tài)變化。如圖 7 所示特定通信服務(wù)映射（SCSM），按照相關(guān)的應(yīng)用層特性，對(duì)于映射的方法可以是不同的。上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(wù)僅當(dāng)邏輯節(jié)點(diǎn)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(wù)，邏輯節(jié)點(diǎn)才能夠彼此進(jìn)行互操作。對(duì)賦予邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)象和它們?cè)谶壿嫻?jié)點(diǎn)內(nèi)的標(biāo)識(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化是必要的。應(yīng)用的數(shù)據(jù)和服務(wù)可按三個(gè)層次建模（見圖 8），第 1 層描述抽象模型以及在邏輯節(jié)點(diǎn)間交換信息的通信服務(wù)，第 2 層、第 3 層定義應(yīng)用域特定對(duì)象模型。它包括數(shù)據(jù)類及其屬性和與邏輯節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的規(guī)范。上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(jì)劃去建立一個(gè)變電站自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)化系統(tǒng)的組件包含配置和運(yùn)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(dòng)；運(yùn)行參數(shù)的在線設(shè)置、改變而不會(huì)干擾系統(tǒng)的運(yùn)行。上一頁下一頁返回學(xué)習(xí)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(dá)到這個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)配置語言在系統(tǒng)可用之前開始系統(tǒng)的策劃?，F(xiàn)代的 IED 適用于很多不同任務(wù)，但并不表示所有任務(wù)都可以在同一時(shí)刻并行運(yùn)行，必須定義同一設(shè)備的幾個(gè)能力（Capability）的子集，每一個(gè)子集允許實(shí)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(yùn)行前，必須用標(biāo)準(zhǔn)的方法設(shè)置設(shè)備能力、它們的項(xiàng)目特定配置和相對(duì)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(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)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(zé)任。制造廠的責(zé)任范圍包括符合 EN ISO 9001 的開