基于IEC61850的配网自动化开放式通信体系

基于IEC61850的配网自动化开放式通信体系主要内容概述配网自动化通信体系信息模型信息交换（服务）模型映射演示系统概述配网自动化通信现状配网自动化系统终端点多面广大型配网自动化系统终端数量上万个中等城市DA系统终端数量也在1千个以上目前常用的配网自动化通信协议串行通信：IEC60870-5-101、DNP3.0网络通信：IEC60870-5-101/1045常规DA通信技术存在的问题/1常规通信规约只解决了数据传输问题，实现互联互通还需要“数据规约”说明数据“是什么”。数据按模拟量、状态量、控制量等类型打包传输数据含义（来源）不明，无法直接对号入座。数据之间无关联终端与主站之间需要人工通过书面文件的交流说明数据的具体来源、含义6常规DA通信技术存在的问题/2终端设备没有自描述功能不能用标准的文件格式描述自身包含的数据与服务不同厂商的设备难以互插互联终端装置不能即插即用需在站端、主站两侧分别进行通信配置，对数据理解不一致，容易出现数据错位、数据类型不匹配错误。安装调试、管理维护工作量大7解决问题的途径-即插即用建立标准的配网自动化通信体系终端设备对象模型的标准化规范终端设备包含的数据与命名方式信息交换模型的标准化规范通信服务接口(ACSI)终端设备的自动发现终端设备自描述遵循IEC61850IEC61850基于网络平台的、面向对象的通信标准信息模型信息交换模型（服务模型）变电站描述语言映射完成了变电站内设备的互联互通、即插即用不能完全适应配网自动化的需求IEC61850-DA信息模型（逻辑结点）的扩充短路故障检测小电流接地故障检测小电流接地故障选线信息交换模型发现/注册模型历史数据的获取映射IEC61850-DA/2配电站的统一标识柱上开关、环网柜、开闭所、配电所、配变配置描述语言相邻终端的描述映射WebServices+104接入传统的主站系统需要解决的问题自发现（增加）自描述（SCL）标准的信息模型（参照IEC61850建模）标准的服务模型（IEC61850ACSI）标准的映射方式（具体的通信规约）国内外现状国内采用FTP获取信息模型的应用国外ABB分析了DA中的部分应用案例IEC61850DA已列入TC57计划创新点IEC61850应用于DA对配电终端的影响---即插即用信息模型的子描述拓扑信息来自主站历史数据的获取软件自动升级功能配网自动化通信体系配网自动化系统构成配电主站配电子站FTU主干通信网络分支通信网络DTUTTU主站—控制中心子站—变电站终端配点子站FTUDTUTTU分支通信网络15IP通信网络/1配电主站配电子站FTU主干通信网络分支通信网络DTUTTU主站—控制中心子站—变电站终端配点子站FTUDTUTTU分支通信网络主干网络：连接控制中心与各个变电站IPOverSDH分支网络：连接配电终端和变电站光纤工业以太网EPON（以太无源光网络）1617IP通信网络/2基于IP协议，实现点对点对等通信支持终端到主站之间的无缝通信连接：采用交换机代替配电子站汇接终端数据。支持相关节点实时数据交换，实现分布式智能控制、广域保护与控制。为将来扩展智能配电网功能打好基础无源光网络（EPON），避免FTU电源失电影响同一链路上其他设备通信。18基于IEC61850通信体系结构/1COMM设备对象模型IEC61850前置机IEC60870-5-104IEC61850/61970/61968模型翻译机CIM数据库ACSI主站终端主站与终端通信采用IP网络通信通信规约可选用IEC60870-5-104通信功能配电终端的自动识别配电终端SCADA数据的获取，命令下发对指定配电终端的远程维护、参数配置19基于IEC61850的通信体系结构/2IEC60870-5-104COMM设备对象模型ACSI终端COMM设备对象模型ACSI终端终端与终端之间通信采用IP网络通信支持IEC61850Client和Server，发布订阅功能。信息模型SCADA监控逻辑节点（LN)XSWI:负荷开关CSWI:开关控制器MMXU:SCADA测量，电压、电流、有功、无功等。MMAI:谐波、间谐波MSQI:序量与不平衡值TCTR:电流互感器TVTR：电压互感器GGIO：通用输入/输出（开关量）21故障检测类逻辑节点（LN)短路故障检测（SFTD）上报的信息：故障相别，故障起动时间，故障历时；故障前电流值，故障电流，故障后电流值等。定值信息：电流的启动定值，启动延时等。小电流接地故障检测中电阻法（SFTD）暂态信息法（SSFD）小电流接地故障选线（SFLS）中电阻法暂态信息法22电池管理逻辑节点（LN)ZBAT：电池ZBTC：电池充电由IEC61850-7-420定义23柱上开关FTU信息模型出线开关柱上开关TCTRTVTRXSWILD1（测控）LLN0CSWIXSWIMMXULPDHZBTCZBATLD2（保护）LLN0LPDHSFTDSSFDTVTRTCTRIED-PoleFTULD3（电源）LLN0LPDHGGIOZPWR信息交换模型配网自动化信息交换模型可完全借用IEC61850标准IEC61850-7-1信息模型规范IEC61850-7-2定抽象通信服务接口（ASCI）核心服务面向对象的通用变电站事件（GOOSE）时间同步发现/注册（新增）26信息交换模型LogicalDeviceLogicalNodeIED(Server)AssociationTimeSynchronisationControlGet/SetDataDataDataSetReportQueryReportcontrolblocksLogLogcontrolblocksGet/SetLogicalNodeGetDirectoryDataGetDirectoryGetDirectoryGetDir/DefSubscribeFileRegister发现和注册发现主站广播发现命令，查询所有的配单终端配电终端上报注册信息注册配电终端上电向主站或子站注册运行信息（监测的设备编号）信息文件版本IP地址自描述信息文件SCLICD文件：Header:装置的描述信息、版本信息Communication：通信配置IED配置CID文件HeaderSubstationCircuit（新增）CommunicationIED配置信息交换模型又称作服务模型关联服务Associate（关联）Abort（异常中止）Release（释放）数据读写服务目录访问GetServerDirectory（服务器目录）GetLogicalDeviceDirectory（逻辑设备目录）GetLogicalNodeDirectory（逻辑节点目录）GetDataDirectory（读数据目录）GetDataDefinition（读数据定义）GetDataSetDirectory（读数据集定义）数据读写GetDataValues（读数据值）SetDataValues（设置数据值）报告服务使用Report（报告）GetBRCBValues（读缓存报告控制块值）SetBRCBValues（设置缓存报告控制块值）GetURCBValues（读非缓存报告控制块值）SetURCBValues（设置非缓存报告控制块值）服务不要求数据集动态创建和修改控制服务使用SelectWithValue（带值的选择）、Cancel（取消）和Operate（操作）服务开关闸刀遥控使用sbo–with–enhencedsecurity方式文件服务GetFile（读文件）GetFileAttributeValues（读文件属性值）支持“*”和“*.*”检索方式发布/订阅服务AddSubscription（增加订阅）RemoveSubscription（减少订阅）映射已有的映射映射的作用将抽象服务→具体的通信规约服务于通信协议分离已有的映射8-1MMS映射9-2采样值映射新的映射新的映射（第二版）80-1101/10480-2DNP3.0（IEEE1815）8-2WebServices(57/1181/NP)预计可能新增的映射OPCUA演示系统整体方案终端配置、自描述信息（SCL）映射WebServices+104、MMSWebServices+104目录服务WebServices实时性PC(Client)+MK420（Server）400次/S实时数据104结论配网自动化通信应用IEC61850是发展方向实现终端设备的互插互联、即插即用减少通信配置、安装调试工作量IEC61850逻辑节点覆盖了绝大部分配网自动化应用IEC61850定义的信息交换模型、通信服务映射方法完全适用于配网自动化通信