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1、IEC61850IEC61850模型及通讯模型及通讯2主主 要要 内内 容容模型模型智能变智能变电站电站建模建模认知认知工程工程应用应用一致一致性测性测试试智能电智能电网网320002000199019901980198019701970无通讯无通讯点对点硬接线点对点硬接线光子牌、喇叭等声光光子牌、喇叭等声光私有和工业规约私有和工业规约Modbus,CDT,U4fModbus,CDT,U4f等等私有的规约私有的规约公开规约公开规约DNP DNP IEC 60870-5-10XIEC 60870-5-10X标准规约标准规约IEC 61850IEC 61850国际标准国际标准昨昨天天今今天天明明天
2、天变电站规约发展历程变电站规约发展历程4IEC 61850IEC 61850目标目标 互操作性互操作性 来自一个或多个来自一个或多个厂家的厂家的IED之间交换之间交换 信息和正确使用信息完成各自功能的信息和正确使用信息完成各自功能的 能力能力 自由配置自由配置 标准需要支持各种策略以允许功能自标准需要支持各种策略以允许功能自 由分布，例如：集中式或分布式系统由分布，例如：集中式或分布式系统 长期稳定性长期稳定性 标准应向后兼容，以适应通讯技术和标准应向后兼容，以适应通讯技术和 系统要求的发展系统要求的发展5IEC 61850IEC 61850特点特点n开放性：开放性：全部通信协议集将基于已有的
3、全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/OSIIEC/IEEE/ISO/OSI可用的通信标准的可用的通信标准的基础上；不考虑具体实现基础上；不考虑具体实现n先进性：先进性：采用采用ACSIACSI、SCSMSCSM、OOOO的技术的技术采用抽象的采用抽象的MMSMMS作为应用层协议作为应用层协议自我描述自我描述,在线读取在线读取/修改参数和配置修改参数和配置采用采用XMLXML语言来描述变电站的配置语言来描述变电站的配置 n完整性：完整性：适用对象几乎包容了变电站内所有适用对象几乎包容了变电站内所有IEDIED，例如：，例如：常规的测控装置、保护装置、常规的测控装置、保护装置、RT
4、URTU、站级计算机、站级计算机、可选的同期、可选的同期、VQCVQC装置装置未来可能广泛使用的数字式一次设备如未来可能广泛使用的数字式一次设备如PTPT、CTCT、开关、开关 6IEC61850IEC61850标准体系标准体系的内容的内容系统概貌系统概貌1 介绍和概述介绍和概述2 术语术语3 总体要求总体要求4 系统和项目管理系统和项目管理5 功能的通信要求和设备模型功能的通信要求和设备模型数据模型数据模型 变电站和馈线设备的基本通信结构变电站和馈线设备的基本通信结构7-4 兼容逻辑节点类和数据类兼容逻辑节点类和数据类7-3 公用数据类公用数据类抽象通信服务抽象通信服务 变电站和馈线设备的基
5、本通信结构变电站和馈线设备的基本通信结构7-2 抽象通信服务接口（抽象通信服务接口（ACSI）7-1 原理和模型原理和模型配置配置6 变电站自动化系统配置描述变电站自动化系统配置描述 语言语言映射到实际通信网络（映射到实际通信网络（SCSM）8-1 映射到映射到MMS和和ISO/IEC8802-39-1 通过单向多路点对点串行通信链路采样值通过单向多路点对点串行通信链路采样值 9-2 ISO8802-3之上的采样值之上的采样值测试测试10 一致性测试一致性测试7模型的概念模型的概念模型模型概念概念应用应用检测检测建模建模认知认知8模型是现实事物的某些代表性特点的表示，可以是物理实体，也可以是某
6、种图形或者是一种数学表达式，模型是对现实世界的简化，是为了简化问题而做出的一种抽象，是对问题进行的书面上的、图形或文字的、无歧义的描述。广义模型的概念广义模型的概念9IEC 61850IEC 61850模型实际上是从通信角度对模型实际上是从通信角度对IEDIED信信息的组织和描述，主要息的组织和描述，主要解决通信内容问题解决通信内容问题。IEC 61850IEC 61850所定义的通信服务主要所定义的通信服务主要解决数据访解决数据访问方式问题问方式问题。数据模型和通信服务是数据模型和通信服务是IEC61850IEC61850最核心的部最核心的部分分IEC 61850IEC 61850模型和服务
7、模型和服务10智能变电站系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较智能变电站系统中，存在着功能各异、数量不一的智能设备，为了能较好的了解各智能设备的行为、能力、互操作性，工程实施采用了好的了解各智能设备的行为、能力、互操作性，工程实施采用了面向对面向对象象的方法，通过可扩展标记的方法，通过可扩展标记XMLXML语言语言，创建一个，创建一个包含基本数据模型及服包含基本数据模型及服务，但不包含务，但不包含IEDIED实例名称和通信参数实例名称和通信参数的文件，这个文件称为的文件，这个文件称为IEDIED能力描能力描述文件述文件（IED Capability Description IED
8、 Capability Description），文件通常以），文件通常以.icd.icd作为扩展作为扩展名，因此该类文件统称为名，因此该类文件统称为ICDICD文件。文件。*ICDICD文件仅经过文件仅经过IEDIED配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置，配置工具的配置，未经过变电站系统配置工具的配置，只是对现实只是对现实IEDIED功能及能力的一个全面描述。它功能及能力的一个全面描述。它伴随着装置程序伴随着装置程序同步提同步提供，是制作供，是制作SCDSCD的必要前提元素。的必要前提元素。智能变电站中的模型智能变电站中的模型11模型的概念模型的概念103站中的模型站中的模型618
9、50站中的模型站中的模型12模型的建模模型的建模模型模型概念概念应用应用检测检测建模建模认知认知13随装置程序，由研发人员同步提供，文件按固定格式填写随装置程序，由研发人员同步提供，文件按固定格式填写GINGIN号或号或FUNFUN、INFINF号，形成号，形成devinf.txtdevinf.txt点表文件，描述装置点表文件，描述装置内信息；类似内信息；类似密码本密码本的作用，解析信息的对应关系的作用，解析信息的对应关系优点：编码简单、直观优点：编码简单、直观缺点：无自描述，需结合装置方能读懂缺点：无自描述，需结合装置方能读懂IEC 103 IEC 103 模型创建模型创建14IEC 618
10、50 IEC 61850 建模建模15IEC 61850 IEC 61850 建模建模16创建模型的目的：创建模型的目的：寻求一种简明易懂的语言，该语言能够寻求一种简明易懂的语言，该语言能够清晰、准确、完整清晰、准确、完整地表地表达对问题的认识，在此基础上，以该语言为媒介，彼此沟通，达对问题的认识，在此基础上，以该语言为媒介，彼此沟通，构造出未来系统的模型，通过该模型能构造出未来系统的模型，通过该模型能看到未来系统的静态和看到未来系统的静态和动态的样子动态的样子，使人们在建造出实际系统之前就能够全面了解未，使人们在建造出实际系统之前就能够全面了解未来系统，来系统，减少返工、出差错的可能性减少返
11、工、出差错的可能性。用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于了用这种方法处理问题，可以大大减少实验工作量，还有助于了解过程的实质。解过程的实质。建模的目的建模的目的17IEC 61850 IEC 61850 建模方法概述建模方法概述-分分分解应用功能和信息分解应用功能和信息IEC61850IEC61850将应用功能将应用功能分解分解为用于通信的为用于通信的最小功能最小功能实体实体。分解的粒度取决于具体设备功能的分配与。分解的粒度取决于具体设备功能的分配与分布。最小功能实体被称作分布。最小功能实体被称作逻辑节点逻辑节点。基于功能，逻辑节点由一定的数据组成，每个数基于功能，逻辑节点由一
12、定的数据组成，每个数据具有专有的数据属性。数据和数据属性所表示据具有专有的数据属性。数据和数据属性所表示的信息通过的信息通过通信服务通信服务进行交换。进行交换。18IEC 61850 IEC 61850 建模方法概述建模方法概述-合合逐级组合形成信息模型逐级组合形成信息模型功能分解得到的功能分解得到的数据属性数据属性、数据数据和和逻辑节点，逻辑节点，根根据公用数据类、兼容逻辑节点的层次逐层组合。据公用数据类、兼容逻辑节点的层次逐层组合。形成的功能最小实体形成的功能最小实体LNLN，根据其物理联系以及逻，根据其物理联系以及逻辑联系组合形成辑联系组合形成IEDIED数据模型。数据模型。19IEC
13、61850 IEC 61850 建模方法概述建模方法概述应用功能和信息的应用功能和信息的分解过程分解过程，即逻辑节点的，即逻辑节点的产生过程（分解为公用逻辑节点）产生过程（分解为公用逻辑节点）数据的数据的合成过程合成过程（用逻辑节点建立起装置的（用逻辑节点建立起装置的数据模型），即数据模型），即IEDIED模型的组成过程模型的组成过程20IEC 61850-7-X IEC 61850-7-X 定义的模型着眼于变电站定义的模型着眼于变电站数据通信特征数据通信特征和和功功能能来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环境来建模。所建模型为变电站自动化系统提供了类似的环境镜像（电力系统过程、开关
14、场）。镜像（电力系统过程、开关场）。IEC61850IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以服服务器模型务器模型、逻辑设备模型逻辑设备模型、逻辑节点模型逻辑节点模型和和数据对象模型数据对象模型，建立了变电站自动化系统中常用设备的建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型统一数据模型，满足，满足互操作性要求互操作性要求建模的方法：数据对象统一建模建模的方法：数据对象统一建模21u和和IEC60870-5IEC60870-5系列标准采用系列标准采用面向点面向点的数据描述方的数据描述方法不同，法不同，IEC61850IEC61850标准
15、对于信息均采用标准对于信息均采用面向对象面向对象的数据自描述。的数据自描述。1)1)定义完整的各类数据对象和逻辑节点、逻辑设备的定义完整的各类数据对象和逻辑节点、逻辑设备的代码；代码；2)2)定义用这些代码组成的完整的描述数据对象的方法；定义用这些代码组成的完整的描述数据对象的方法；3)3)定义一套面向对象的服务。定义一套面向对象的服务。建模的方法：数据自描述建模的方法：数据自描述22独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口。独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口。客户通过客户通过ACSIACSI，由特定通信服务映射（，由特定通信服务映射（SCSMSCSM）映射到所采用）映射到所
16、采用的通信栈或协议子集。的通信栈或协议子集。IEC61850IEC61850标准使用标准使用ACSIACSI和和SCSMSCSM技术，解决了标准的稳定性与技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络应用层协议和通信未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络应用层协议和通信栈改变时，只要改动栈改变时，只要改动SCSMSCSM。建模的方法：抽象通信服务接口建模的方法：抽象通信服务接口(ACSI)(ACSI)23抽象通信服务接口抽象通信服务接口工工 业自业自动化系统动化系统制造报文制造报文（MMS）IEC-6185024模型的概念模型的概念模型模型概念概念应用应用检测检测建模建模认知认知
17、25ICDICD模型的整体结构模型的整体结构26ICDICD模型的模型的LNLN类型模板类型模板396号文件号文件6.1.5章节章节27ICDICD模型的模型的DODO类型模板类型模板396号文件号文件6.1.6章节章节28ICDICD模型的模型的DADA类型模板类型模板396号文件号文件6.1.7章节章节29ICDICD模型的模型的DADA枚举类型模板枚举类型模板396号文件号文件6.1.7章节章节30IEDIED实例实例ICDICD模型模型31广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机Server Server 描述了一个设备外部可
18、见（可访问）的行为描述了一个设备外部可见（可访问）的行为 IEDIED中的服务器提供中的服务器提供通讯通讯及及保护功能保护功能服务服务服务器（服务器（ServerServer）32通讯的入口参数，与服务器一一对应通讯的入口参数，与服务器一一对应是服务器提供服务的一个通道入口，是客户是服务器提供服务的一个通道入口，是客户/服务器通讯模服务器通讯模式中，两者进行通信的接口式中，两者进行通信的接口采用采用不同访问点不同访问点分别与变电站层和过程层进行通信分别与变电站层和过程层进行通信 访问点（访问点（APAP）33服服务务器器所所支支持持的的各各种种基基本本服服务务服务（服务（ServiceServ
19、ice）34服服务务器器所所支支持持的的各各种种常常用用服服务务服务（服务（ServiceService）35逻辑设备：逻辑设备：若干逻辑功能的集合，逻若干逻辑功能的集合，逻辑上虚拟的装置。辑上虚拟的装置。某些具有公用特性的逻辑某些具有公用特性的逻辑节点组合成一个逻辑设节点组合成一个逻辑设备。备。LD LD 不宜划分过多，保护不宜划分过多，保护功能宜使用一个功能宜使用一个 LD LD 来来表示表示 逻辑设备逻辑设备36逻辑节点：逻辑节点：以若干数据对象以若干数据对象为元素，实现某为元素，实现某一功能的一个模一功能的一个模块。块。每个每个最小功能单最小功能单元元建模为一个建模为一个LN LN 对
20、象，对象，属于同属于同一功能对象的数一功能对象的数据和数据属性据和数据属性应应放在同一个放在同一个 LN LN 对象中对象中 逻辑节点逻辑节点37广义数据对象：广义数据对象：指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事物物(例如，宽度例如，宽度)不是数据对象。不是数据对象。智能变电站中的数据对象：智能变电站中的数据对象：具有多种属性的某一设备的一个功能子集。具有多种属性的某一设备的一个功能子集。POSPOS（位置）：断路器位置（位置）：断路器位置OPOP（动作）：保护动作对象（动作）：保护动作对象数据对象（数据对象（Data ObjectDa
21、ta Object）38数据对象（数据对象（Data ObjectData Object）39广义属性广义属性事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分离的特性，又是事物某个方面质的表现。离的特性，又是事物某个方面质的表现。智能变电站中的数据属性智能变电站中的数据属性即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以是自定义的属性。是自定义的属性。值属性（数据类型可以是值属性（数据类型可以是FloatFloat、BoolBool、INTINT）控制属性（自定义的控制属性（自定义的Ch
22、eckCheck、TestTest等）等）品质属性（自定义的品质属性（自定义的q q）时标属性（时标属性（UTCUTC时标时标t t）数据属性数据属性40数据属性数据属性41模型的检测模型的检测模型模型概念概念应用应用检测检测建模建模认知认知42调试流程中的模型检测调试流程中的模型检测43ICDICD模型作为智能变电站的信息来源，其规范性和正确性会模型作为智能变电站的信息来源，其规范性和正确性会影响到后续调试工作。影响到后续调试工作。模型一致性检测模型一致性检测ICDICD应是经应是经KEMAKEMA测试过的认证模型；测试过的认证模型；国内外工程应用环境的不同，国内工程多遵循在国内外工程应用环
23、境的不同，国内工程多遵循在IEC61850IEC61850基础上修改基础上修改扩充的国网标准，允许厂商在扩充的国网标准，允许厂商在KEMAKEMA认证的基础上进行扩充修改认证的基础上进行扩充修改ICDICD；作为集成商，工程配置开始前，推荐使用作为集成商，工程配置开始前，推荐使用ICDCheckICDCheck工具校验工具校验ICDICD是否是否满足国网标准满足国网标准模型检测的必要性模型检测的必要性44模型的应用模型的应用模型模型概念概念应用应用检测检测建模建模认知认知45工程配置流程工程配置流程监控、远动监控、远动系统规格文件系统规格文件IED能力描述能力描述文件文件装置实例配置装置实例配
24、置文件文件装置组态工具装置组态工具系统组态工具系统组态工具系统组态工具系统组态工具南瑞继保南瑞继保变电站系统配变电站系统配置文件置文件其它厂商其它厂商46智能变电站的全景信息体现在智能变电站的全景信息体现在SCDSCD文件中，文件中，ICDICD作为各作为各IEDIED的配置描述文件，包含装置信的配置描述文件，包含装置信息，因此在智能变电站中，息，因此在智能变电站中，ICDICD文件是文件是IEDIED的的能力及信息描述文件，也是能力及信息描述文件，也是SCDSCD文件的信息源文件的信息源应用场合应用场合47IEC61850IEC61850及及MMSMMS通讯通讯MMS通讯通讯SCSM映射映射
25、初始初始化服化服务务报告报告服务服务文件文件服务服务读写读写服务服务IEC 6185048采用采用C/SC/S服务模式，即客户端服务模式，即客户端/服务器模式服务器模式基于基于TCP/IPTCP/IP通讯通讯IEDIED作为服务器端，提供服务作为服务器端，提供服务监控、远动、保护子站作为客户端监控、远动、保护子站作为客户端IEC61850IEC61850通讯环境通讯环境以太网线以太网线ServerClientMMS49MMSMMS（manufactoring message specificationmanufactoring message specification）即制造报文规范，是即制
26、造报文规范，是ISO/IEC9506ISO/IEC9506标准所定义的一标准所定义的一套用于工业控制系统的通信协议。套用于工业控制系统的通信协议。MMSMMS是由是由ISO TC184ISO TC184开发和维护的网络环境下，计算开发和维护的网络环境下，计算机或机或IEDIED之间交换实时数据和监控信息的一套独立之间交换实时数据和监控信息的一套独立的的国际标准报文规范国际标准报文规范。它独立于应用和设备的开发。它独立于应用和设备的开发者。者。什么是什么是MMSMMS50什么是什么是MMSMMS51MMSMMS通讯过程通讯过程客户端客户端Keep-aliveSYN服务器端服务器端 完整过程完整过
27、程 Write parameterEnable reportRead healthreportfileConcludeFIN1.TCP握手握手2.初始化初始化3.信号处理信号处理4.释放连接释放连接*有时因为意外中断，第四有时因为意外中断，第四步有可能不存在步有可能不存在52MMSMMS初始化服务初始化服务服服 务务描描 述述Initiate用来在两个用来在两个MMS应用间交换和协商参数，以建立应用关联应用间交换和协商参数，以建立应用关联Conclude以正常方式结束应用关联以正常方式结束应用关联Abort异常终止一个应用关联。服务器不能拒绝该服务请求，本异常终止一个应用关联。服务器不能拒绝该服务请求，本服务有可能会导致数据丢失服务有可能会导致数据丢失Cancel取消一个已经发出但没有收到响应的取消一个已经发出但没有收到响应的MMS服务请求服务请求Reject通知对方通知对方MMS应用，本应用收到一个不支持的服务或者报应用，本应用收到一个不支持的服务或者报文编码文编码