IEC61850学习笔记- 初探

IEC61850学习笔记- 初探

作者: 阿拉丁神灯

转载请注明: http://blog.csdn.net/AladinsMagicLamp

 

最近正在学习IEC61850, 初步的学习后有了一些体会,将其写下来, 希望能有感兴趣的朋友一起交流.

IEC61850标准-变电站通讯网络和系统,是新一代的变电站通讯体系,着力于解决变电站内部的不同厂家之间的互操作性,信息共享等问题.

IEC61850标准常常伴随着数字化变电站这一名词出现,这主要是区别于常规的变电站通讯而言的.但是同时要注意,对于全数字化的变电站,单是二次设备符合IEC61850国际规约，还不是真正的数字化，我们还要看是不是完全实现了信号的数字化采集和传输，对于一次主设备，如开关、变压器等，有没有实现数字化监测.

言归正传,谈谈IEC61850标准本身.

IEC61850由IEC标准化委员会制定, 主要应用到变电站自动化系统(SAS).它定义了变电站内的各种智能电子装置(IED)之间的通讯标准以及相关的系统要求. 在IEC61850-变电站通讯网络和系统这个大标题下,包含以下这些部分:

Part 1: Introduction and overview (IEC61850-1)

Part 2: Glossary (IEC61850-2)

Part 3: General requirements (IEC61850-3)

Part 4: System and project management (IEC61850-4)

Part 5: Communication requirements for functions and device models (IEC61850-5)

Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs (IEC61850-6)

Part 7-1: Basic communication structure for substation and feeder equipment – Principles and models (IEC61850-7-1)

Part 7-2: Basic communication structure for substation and feeder equipment – Abstract communication service interface (ACSI) (IEC61850-7-2)

Part 7-3: Basic communication structure for substation and feeder equipment – Common data classes (IEC61850-7-3)

Part 7-4: Basic communication structure for substation and feeder equipment – Compatible logical node classes and data classes (IEC61850-7-4)

Part 8-1: Specific communication service mapping (SCSM) – Mappings to MMS (ISO/IEC 9506-1 and ISO/IEC 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3 (IEC61850-8-1)

Part 9-1: Specific communication service mapping (SCSM) – Sampled values over serial unidirectional multidrop point to point link (IEC61850-9-1)

Part 9-2: Specific communication service mapping (SCSM) – Sampled values over ISO/IEC 8802-3 (IEC61850-9-2)

Part 10: Conformance testing (IEC61850-10)

 

图 1 表示IEC61850所定义的数字化变电站内部的接口模型,分为3层: 站控层,间隔层,过程层,各接口关系如图中所示. 图 2 中用比较简明的方式对IEC61850标准各部分的内容进行归类,便于理解.

 

 

图 1 变电站自动化系统内部的接口模型

 

图 2 IEC61850标准的内容

 

其中

IEC61850-1是整个IEC61850标准系列的介绍和总览,它提到并包含了该标准系列其他部分里的一些内容和图片说明;

IEC61850-2是术语介绍, 它包含了IEC61850标准系列的其他部分在描述变电站自动化系统(SAS)的通讯和系统要求时所用到的术语的定义;

IEC61850-3 是变电站通讯网络的总体要求, 重点是质量要求.它也涉及了环境要求和供电要求的指导方针,根据其他标准和规范,对相关的特定要求提出了建议;

IEC61850-4 是关于系统和项目管理的,它包括以下几个方面:

-工程过程及其支持工具;

-整个系统及其IED的寿命周期

-始于研发阶段,直至SAS及其IED停产和退出运行的质量保证;

IEC61850-5 是功能通讯要求和设备模型, 它涉及了SAS系统中正在运行的功能的通讯要求,同时还提到了设备模型,所有的已知的功能及其通讯要求都被识别且单独列出.

IEC61850-6 是与变电站有关的IED的通讯配置描述语言, 规定了描述和通信有关的智能电子设备IED 配置和IED 参数、通信系统配置、开关场（功能）结构及它们之间关系的文件格式。该配置语言是基于扩展标记语言（Extensible Markup Language XML）1.0 版.

IEC61850-7-1介绍了建模方法,通讯原理,以及在IEC61850-7-x各部分中所用到的信息模型,该部分从概念上来帮助理解基本的建模概念和描述方法, 而且还提供了各部分的解释,并且为与-7-2,-7-3,-7-4相关的关系提出了具体要求.

IEC61850-7-2用于变电站和馈线应用的抽象通讯服务接口(ACSI)通讯, 还用于一个设备中的应用和不同设备中多个远方应用之间的快速和可靠的系统范围事件分配以及采样值传输.

IEC61850-7-3定义了数字化变电站基本通讯结构应用的公共属性类型和公用数据类(CDC).

IEC61850-7-4 规定了变电站应用有关装置和功能的信息模型,本部分定义了智能电子装置（IED）间通信用兼容逻辑节点名和数据名，包括逻辑节点和数据的相互关系.

IEC61850-8-1是特殊通信服务映射 (SCSM)-映射到MMS（ISO9506-1 和 ISO9506-2）和ISO/IEC8802-3, 本部分介绍通过映射ACSI 到 MMS 及ISO/IEC 8802-3 帧，利用局域网进行实时性和非实时性数据交换的方法,而且还提供了IEC61850-7-2、IEC61850-7-3 和IEC61850-7-4 所定义的对象和服务到MMS的映射.

IEC61850-9-1 规定了用于间隔层和过程层之间通信的特定通信服务映射，它规定了建立在与IEC 60044-8 相一致的单向多路点对点连接之上的映射。本部分还规定了一种模拟量采样值传输的抽象服务映射，正如-7-2 部分所述，这种传输基于与IEC 60044-8 相一致的单向多路点对点串行通信链路。它用于变电站内电子式电流互感器(ECT)或电压互感器(EVT)的合并单元与诸如继电保护这样的间隔层设备之间的通信。如果对采样频率有更高的要求，或者除了通用数据集以外还需要其他采样值数据集，或者是采用了间隔之间的通信和同步，这些都将是-9-2 部分所适用的内容。

IEC61850-9-2 详细说明了依照-7-2 部分中的抽象规范而定义的传输采样值的特定通信通信服务映射，它是一个基于混合协议栈的抽象模型，为传输采样值而结合-8-1 部分直接访问ISO/IEC 8802-3 链路。

IEC61850-10 是关于一致性测试, 通过一致性测试保证各厂家的装置之间的信息互享和互操作.

 

到现在为止, 我已经看了比较关心的IEC61850-1,-5,-6,-7-1,-7-2,-7-3,-7-4,-9-1,-9-2这几个部分, 对IEC61850标准系列的结构及各部分的关系也有了初步的认识.

其中IEC61850-1 介绍和总览肯定是最先看的,通过这一部分基本上了解了IEC61850是干什么的, 心中会有一个大致的印象, 看后面的其他部分是也会有个方向.

       IEC61850-7-1至-7-4是标准的核心部分,讲的也主要是变电站自动化系统的专业内容,其中-7-1是一个起点, 介绍了变电站系统中的基本通讯模型, -7-2则介绍ACSI接口,是数字化变电站通讯系统中的重头戏,它里面详细的介绍了各功能控制块通讯接口,如GoCB,BRCB,URCB等.

基本上-7-1至-7-4是核心, 后面的-8-1和-9-1,-9-2在-7-1至-7-4基础上从变电站自动化服务到已有IEC标准(如ISO/IEC 8802-3)上的映射,如图 3所示. -8-1是映射到MMS(manufacturing message specification, 即制造报文规范)服务,由于数字化变电站采用以太网通讯, 故可以采用工业上通用的通讯标准(此处即MMS)以达到更大范围(而不仅仅是电力系统)的设备间的互操作性. -9-1和-9-2是IEC61850通讯服务到变电站过程层的映射.

图 3 ACSI映射

至于前面的IEC61850-1至IEC61850-6,基本上是为-7-1至-7-4的通讯服务描述和对象建模作准备和铺垫. 在-6部分里, 介绍了数字化变电站内的IEC61850级的设备的描述语言-XML, 如果对XML比较熟悉的话这部分就可以很快地过掉. -5部分则是功能通讯要求和设备模型, 给各设备的模型作了定义和要求.

由于之前对MMS和XML不了解, 估计很多初学者也有这个问题, 所以简单介绍下MMS和XML, 在文章结尾后给出.

开始不了解IEC61850的时候, 听到人人都说他是全新一代的变电站自动化解决方案, 代表着变电站自动化得发展方向, 它的文档有十几大本,每本都有一百来页后, 所以一直都对IEC61850怀有某种敬畏之情. 这样心态下终于将其略略的过了一遍, 心态也平衡下来.通篇下来,觉得IEC61850最大的特点还是在建模二字, 此处的建模当然没有印象当中的数学建模那样高深, 学过面向对象的思想就比较好理解了. 我以前学过一种面向对象的编程语言, VC++, 所以对IEC61850的理解还是比较容易的, 以至于越看到最后越觉得就是在用C++语言里面的 “类”来描述变电站里面的各种设备和层次关系, 类定义里边定义了该设备的各种属性(有些属性必须,有些则可选) ,当然也定义了该设备的方法和接口. 另外包括XML, 也包含有面向对象的思想在里面,所以建议不了解面向对象的朋友, 先学习下面向对象编程的思想在来看IEC61850会比较好.

       这次先写到这,等以后学习深入了,在将自己的笔记一点一点贴上来,欢迎拍砖.

 

附录:

A

MMS(manufacturing message specification) 即制造报文规范

 

是由ISOTC184开发和维护的网络环境下计算机或智能电子设备之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文规范。它独立于应用和设备的开发者,所提供的服务非常通用,适用于多种设备、应用和工业门类。　MMS标准即ISO/IEC9506标准,由ISOTC184和IEC共同负责管理。

MMS的目的是为了规范工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备(IED)、智能控制设备的通信行为,使出自不同制造商的设备之间具有互操作性(interoperation),使系统集成变得简单、方便。MMS规范分为五部分即服务规范、通信协议、工业机器人通信规范、过程控制通信规范、数字控制通信规范。MMS的特点是通过使用MMS使工业系统具有互操作性和独立性。其中互操作性是制定MMS的初衷即为设备和应用定义一套标准通信机制,使其在此通信体制下具有高度互操作性。独立性是指MMS不同于很多只适用于特定产品的专用通信系统，它是一个通用的、独立于专用设备的国际标准体系即它为用户提供了一个独立于所完成功能的通用通信环境。MMS提供了通过网络进行对等(peer-to-peer)实时通信的一套服务集。MMS作为通用通信协议可以用于多种通用工业控制设备,如可编程控制器和工业机器人等。MMS可以支持多种通信方式,包括以太网、令牌总线、RS—232C、OSI、TCP/IP、MiniMAP等, MMS也可通过网桥、路由器或网关连接到其他系统上。在国外,MMS技术广泛用于工业过程控制、工业机器人等领域。目前，MMS在电力系统远动通信协议中的应用越来越广泛。国际电工委员会第57技术委员会(IEC-TC57)推出的IEC60870—6TASE.2系列标准定义了EMS和SCADA等电力控制中心之间的通信协议,该协议采用面向对象建模技术,其底层直接映射到MMS上。IEC61850作为IEC-TC57正在制订中的关于变电站自动化系统计算机通信网络和系统的标准,采用分层、面向对象建模等多种新技术,其底层也直接映射到MMS上。由此可见，MMS技术作为许多国际标准的基石，它的作用极其重要。