IEC61850技术及工程应用

IEC61850技术及工程应用2008.1报告人：刘军辉•IEC61850技术•IEC61850与传统技术的差异•IEC61850实现•国内外市场需求•四方公司IEC61850研发状况•工程情况•IEC61850互操作实验内容提要1.1背景•SAS发展到现阶段必须解决互操作问题。•IECTC57用10年时间，为SAS的网络和系统制定了国际统一的标准。•中国等同引用该标准-DL860/T。1IEC61850技术1.2IEC61850是什么？•定义了通信的两个重要内容：传递什么？如何传递？•定义了设备和变电站的配置；•面向未来，通信协议可选择；•对自动化设备协同工作的方式进行了发展；•具有通用性，可应用于其他领域；•是一套技术体系，而不仅仅是通信协议。1IEC61850技术1.3制定IEC61850的目的•互操作性•不同厂家的IED之间能够交换信息并能够利用交换的信息完成各自的功能。•自由配置•能够支持不同的设计理念，允许功能的自由分配。•长期稳定性•面向未来发展，既能够适应通信技术的快速发展，又能满足电力系统需求长期的稳定性。1IEC61850技术1.4互操作性如何获得？•数据模型•服务模型•协议•物理网络•工程数据交换•一致性测试1IEC61850技术1.5变与不变•不改变变电站的功能•不改变设备的功能•提供了一个更加简单的观察视角•具有互操作性•可以降低系统成本1IEC61850技术1.6IEC61850文件构成•目前有14个部分，分为6类：•系统级别IEC61850-1介绍和概述IEC61850-2术语IEC61850-3通用需求IEC61850-4系统和项目管理IEC61850-5功能和设备模型的通信需求1IEC61850技术1.6IEC61850文件构成•数据模型IEC61850-7-4逻辑节点和数据类IEC61850-7-3通用数据类•抽象通信服务IEC61850-7-1原理和模型IEC61850-7-2抽象通信服务（ACSI）1IEC61850技术1.6IEC61850文件构成•映射到实际的通信网络（SCSM）IEC61850-8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-3IEC61850-9-1通过单方向点对点传输采样值IEC61850-9-2通过ISO/IEC8802-3传输采样值•配置IEC61850-6变电站IED的配置语言•测试IEC61850-10一致性测试1IEC61850技术1.7SAS接口模型1IEC61850技术IF1：间隔层和站层之间交换保护数据IF2：间隔层和远方保护之间交换保护数据IF3：间隔层之间交换数据如保护和控制设备间IF4：间隔层和过程层之间交换采样数据IF5：间隔层和过程层之间交换控制数据IF6：间隔层和站层之间交换控制数据IF7：站层和远方工程师之间交换数据IF8：间隔层之间直接快速交换数据，如联锁IF9：站层之间交换数据IF10：站层和远方控制中心之间交换数据远方控制中心技术服务7功能A功能B9变电站层3控制继电保护3控制继电保护81616间隔层传感器操作机构过程层接口过程层高压设备4545101.8IEC61850的数据层次1IEC61850技术1.9IEC61850的特点•用面向对象建模•分层、分布体系来描述变电站自动化系统•功能与具体通信网络分离，具有稳定性。•特殊通信服务映射SCSM技术，与具体底层网络协议一一对应，具有良好的开放性。•具有良好的互操作性1IEC61850技术1.10IEC61850的网络构成•间隔层及以上部分间隔层IED之间、间隔层IED与变电站层设备之间的通信。使用以太网。运行TCP/IP以及IEC61850-7、-8协议。•间隔层以下（过程层）过程层与间隔层中继电保护、测量控制单元等IED的通信。以太网技术是IEC61850目前的选择。1IEC61850技术1.11IEC61850的应用范围•现在变电站自动化系统内部•扩展应用故障信息系统的主站和子站之间（中国）•将来风力发电、电能质量等1IEC61850技术1.12对IEC61850的评价•优点可以实现互操作。•缺点使用了大量新技术，与传统技术差异比较大，实现难度大，对平台的要求也高。1IEC61850技术2IEC61850与传统技术的差异60870-5-10160870-5-10360870-5-104DNP3.0TASE.261850使用场合远动站内保护和监控远动远动控制中心间站内IED间;其它领域应用地区欧洲,南美,澳洲,中国欧洲,南美,澳洲,中国欧洲,南美,澳洲,中国北美,南美,澳洲,中国全世界全世界物理层串行口串行口(RS485)以太网串行口/以太网以太网以太网传输层/网络层无无TCP/IPTCP/IP;UDP/IPTCP/IP;OSITP/NPTCP/IP;无;OSITP/NP应用层自身自身自身自身MMSMMS访问方式索引号索引号索引号索引号对象名分层对象名自我描述无部分无无很多数据类所有数据类配置读取/修改离线离线/通用分类服务主站端,在线离线离线在线第三方工程工具,远程在线•数据模型•通信协议•配置过程2IEC61850与传统技术的差异2.1数据模型•现有协议都是面向信号的，是线性的点，以点号来识别，自描述性比较差，需要双方事先约定；•IEC61850使用得了面向对象建模技术，数据模型具有自描述能力，通信双方不需要事先约定；2IEC61850与现有技术的差异2.1数据模型2IEC61850与现有技术的差异2.1数据模型2IEC61850与现有技术的差异•功能：变电站自动化系统执行的任务。如：距离保护，联锁，报警管理等。•逻辑设备（LD）：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据。物理设备可以包含一个或多个LD。•逻辑节点（LN）：用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到IED，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。2.1数据模型2IEC61850与现有技术的差异•功能：变电站自动化系统执行的任务•LN：用来交换数据的功能的最小单位•LD：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据。物理设备可以包含一个或多个LD2.1数据模型2IEC61850与现有技术的差异PhysicalDevice(networkaddress)LogicalDevice(e.g.Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAVLogicalNodesFunctionalConstraint“MMXU2$MX$A”=Feeder#2CurrentMeasurements2.1数据模型2IEC61850与现有技术的差异•LSystemLN(2)•PProtection(28)•RProtectionrelated(10)•CControl(5)•GGeneric(3)•IInterfacingandarchiving(4)•AAutomaticcontrol(4)•MMeteringandmeasurement(8)•SSensorandmonitoring(4)•XSwitchgear(2)•TInstrumenttransformers(2)•YPowertransformers(4)•ZFurtherpowersystemequipment(15)•PDIF:Differentialprotection•CSWI:Switchcontroller•MMXU:Measurementunit2.2通信协议2IEC61850与现有技术的差异2.3配置过程•IEC61850-6基于XML，定义了系统参数和配置参数交换的文件格式：1）单线图；2）通信关系；3）IED能力；4）将IED与一次设备联系起来。2IEC61850与现有技术的差异2.3配置过程2IEC61850与现有技术的差异SSD：系统规范定义文件SCD：变电站配置文件ICD：IED能力描述文件CID：配置IED描述文件3.1变电站层•变电站层设备应能识别系统配置器输出的*.SCD文件，并根据其中的信息生成数据库或数据库映射文件。•通过IEC61850-7-2/-8-1与间隔层设备通信。3IEC61850的实现3.2间隔层•对外信息按照IEC61850-7-3/-4建模；•按照IEC61850-7-2/-8-1对外通信；•能够识别系统配置器输出的*.SCD配置文件；3IEC61850的实现3.3过程层•硬件设计的EMC问题•同步采样问题3IEC61850的实现3.4一致性测试•IEC61850比现有其他协议复杂得多；•为了保证互操作性，有必要进行一致性测试及认证。3IEC61850的实现4.1国内•国家电网公司“十一五”规划；•很多网/省公司积极申报科技项目，或计划建立试验站；•国调组织互相操作实验；•国网公司变电站典型设计。4国内外市场需求4.2国外•欧美已经建立了多个试验项目；•UCAGroup已经同意采用；•印度国家电网400kV变电站招标要求；•主要国外公司都能够提供设备和系统。4国内外市场需求5.1前期预研•2004年3月四方公司完成了IEC61850DEMO系统的研发工作。•2004年4月国调中心对国内10个厂家调查发现，四方公司的IEC61850研究系统是当时国内唯一能够运行的IEC61850系统。5四方公司IEC61850研发状况四方公司IEC61850研究系统示意图双10/100M以太网监控远动协议监视分析CSC161IEC61850变电站层间隔层5.2工程实用化•CSC-2000（V2）变电站自动化系统•全面支持IEC61850标准5四方公司IEC61850研发状况5.3检测•2005年11月CSC-2000（V2）变电站自动化系统在中国电力科院通RTU检测中心通过了检测。•这是在检测中心通过检测的第一套支持IEC61850的系统。5四方公司IEC61850研发状况5.4鉴定•2005年11月12日，CSC-2000（V2）变电站自动化系统通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。•获得“总体上达到国际先进、国内领先水平。在Windows/UNIX混合平台上支持IEC61850标准和解决新旧系统兼容性方面，达到了国际领先水平。”的评语。•这是国内通过鉴定的第一套支持IEC61850的系统。5四方公司IEC61850研发状况5.5CSC2000-V2系统涉及范围•变电站层、间隔层众多设备。•变电站层：当地监控、远动，及系统工具软件。•间隔层：保护装置、测控装置，及工具软件5四方公司IEC61850研发状况5.6间隔层-保护/测控装置新型通信管理插件•为了满足在装置内运行IEC61850的需要，采用最新的嵌入式软硬件技术，设计了保护/测控通用的新型通信管理插件（125）。•特点：•1）接口丰富，处理能力强；•2）操作系统先进，运行稳定。5四方公司IEC61850研发状况5.6间隔层-保护/测控装置IEC61850的实现•在新型通信管理插件上实现，装置内其他插件软件不改动，使装置具有良好的兼容和安全稳定性。•特点：•支持多种协议，适应性强，能够满足IEC61850过渡期的需求。5四方公司IEC61850研发状况5.6间隔层-保护/测控装置IEC61850的建模•在研究国外多种IED数据模型基础上，根据IEC61850-7-2、-3、-4和保护/测控装置的实际情况，建立相关设备的数据模型。5四方公司IEC61850研发状况6.1背景•2005年西安高压供电局与四方公司签定了3个110kV变电站合同，作为IEC61850的实验站。•2006年6月5日，四方公司第一个IEC61850变电站-西安曹李村110kV变电站成功投运。•2007年6月28日，国内第一个使用IEC61850技术330kV超高压变电站–陕西泾河（聂刘）变电站投运。6、工程情况6.2曹里村工程涉及范围(全四方产品）•变电站层：监控系统，远动系统，系统配置器•间隔层：测控装置、中压线路保护、变压器保护、母线保护、低压馈线保护。6、工程情况6.3系统构成•变电站层：双系统•间隔层设备：双网络•规约：IEC61850+CSC200