IEC61850关键技术实现方案

1、变电站自动化 IEC61850 标准实现方案一-背景国内外数字化变电站都是遵彳盾IEC61850标准进行设计的。 其系统结构示意图如图1所示。图1数字化变电站聚统结构示意图在综合自动化变电站中实现IEC-61850标准，需要考虑以下几个问题：1.做为系统集成商，监控系统以IEC-61850标准接入其它厂帝的EED（保护、测控）。2.做为系统集成商，远动系统以IEC-61850标准接入其它厂商的IED（保护、测控。3.做为系统集成衙，故障信息系统以ffiC-61850标准接入其它厂商的IED（保护、枚障录 波）。4.做为系统集成商，对全站的IED进行系统配置。5.做为设备供应商，以IEC-618

2、50标准接入到变电站自动化系统。 1所示，IEC61850将变电站从网络通信的角度分为三层：变电站层、间隔层和过 各层。各层的设备与本层的设备以&与其它层的设备是怎么实现通信的呢？如图2为IEC61850提供的几种协义栈，以满足数字化变电站中设备层间以及层内通信。从图中可知 核心ACS瑚务是映射到MMS协仪上，该协议栈的实现了IEC61S50中绝大部分的ACSI接口，故它是实现数字化变电站的最垂娶的一歩。实现ACSI接口，就是要实现MMS（人 工制造报文协汶）提供的服务（子集） 。圏2IEC61850通信协议栈示意圏图3为从应用实现的角度来观察IEC61850的通信系统7从图中可以看岀ACSI

3、接口 的实现是至矢重要的。图3应用程序通信结构二、实现方案E硬件技术BEC61850的应用可以分为变电站层、间隔层、过程层，以下逐层分析。1.1变电站层变电站层的远动系统以前主旻应用工控PC,为了提高可靠性，现柱普適使用嵌入式装 置。在IEC61850之前，远动系统对外以IEC60870-5-101 . 104. DNP3等协议通信，对内 处理各种私有协议。现有疑入式远动系统基本上是按満足目前这种应用需求设计的硬件。sampledValues(Mu ticast)GenericObjectoriontGdSubstationEventTimeSyncCoreACSIServicesGeneri

4、csubststio nStatusEventSLOWCHANGESApplicationDomainSubstationApplication (Objects.Services) Gen#rvcobfxtovenZ&ubstat)orvenf gstatuschange trip,Moc.etc.Real-timerequirementsMMSTCPFASTCHANGESCommunicationTechnologyEther net Link LayerEthernet Physical Layer with Priority taggingLong-term definitionsSa

5、fe- guardinginvestmentsAbstractIntorfaco (ACSI)Adaptation per細 gadmck (SCSM)Stack InterfaceStack seloctlonfollowingstate-of-the-artcommunication technologyClient ServercommunicationMappingSampledvalues在IEC61850条件下，与远方还是使用IEC6O&补5 101、104、DNP3等协仪通信，远 动系统对内作为IEC61850的客户端，接收并处理站内各个IEC6185O装置的信息。由干IEC61

6、85O比现有站内肉议要复杂得多，需要比较强的处理能力，尤其是网络处理能力。在IEC61850条件下，对干嵌入式远动装置的硬件提出了比较高的曼求。远动装置以IEC6185O的客户端角色与间隔层的所有IED进行通信。 一个变电站中， 间隔层IED少则20多台，多则上百台。因此，对嵌入式远动装置提岀如下要求。1)CPU处理速度1EC61850的信息处理量曼比传统通信协议大得多，为了能够处理间隔层IED信恳， 对远动装置的CPU处理能力提岀了比较哥的耍求。 如果远动装宜内部采取集中武设计， 只 有一个主CPU处理插件，就要求该CPU主频在300MHZ以匕2)存储器运行IEC61850需要比传统协议更大

7、的存储空间。因此，嵌入式远动装宣需要配备更 大的存储器。女口果采取集中式设计，建议内存大于128MB 随着半导体技术的不断发展， 硬件性能越来越强，价格一直在下降。满足上述妥求，并不一定会增加装置的整体成本。1.2间隔层间隔层设备主妄包括各类保护装直和测控装萱，1)2层结构对于只有妾电站层、间隔层这2层的妾电站，间隔层保护.测控装置与一次设备通过 电缆进行硬连接。与变电站层的监控、远动系统通过IEC61850通信。在这种情况下，旻 求保护/测控装置必须支持IEC61850.保护/測控装宜对于IEC61830的支持有2种方式。方式li装置配备专门的通信管理插件，完成装置对外的网络通信。而保护功能

8、有其它插件来 気成。方式2i装置中保护、控制、通信功能由同一个插件完成。目前低压装置大多采用方式2,中高 压装置多采用方式1。 由干IEC61850本身的复杂性，无论是哪种方式，与现有模式相比，都要求CPU有比较高的处理能力和比较大的内存空间。 为非IEC61850所设计的硬件一股 不能病足这些曼求，需曼垂新进行设计。2)3层结构3层结构是在2层结构基础上增加了一个过程层.要求间隔层设备取消电缆，以通信 方式接收和处理模拟量和开关量，因此，与2层结构相比，3层结构的间隔层保护/测控装 置硬件变化很大。模拟量处理电路，例如A/D, CTfPT变换希；状态量处理电路，例如开 入/开出电路等被网络通

9、信口所取代。硬件变得比较简单，保护CPU插件主要通过网络接 口与外部适信，获得信息。因此，要求保护CPU插件貝备比较强的网络通信能力，CPU本身的处理能力也晏比较强。实际上，在3层结构的变电站中，间隔层设备去掉了电缆硬连接和A/D硬件，实现了 装置的网络化。硬件确实简化了，但是所需妾处理的信息量更大了，处理的复杂程度也提 高了，对CPU的处理能力和网络通信能力的箜求却提高了。1.3过程层过程层设备主妄是合并单元MU和智能操作箱等设査的开关场的智能单元。这些设备 以网络通信方式向间隔层提供所离妥的信息。这些设备往往安装在开关场。曼求设备的殛 件具备比较强的网络处理能力和EMC特性。1.4网络设备

10、在使用IEC61850的变电站中，无论是2层结构，还是3层结构，都对网络设备提出 了新的旻求。为了满足IEC61850中GOOSE和SAY服务的需求，以太网交换器必须支持VLAN和优先级设置，也就是支持EEEES02.1P和IEEE802.1q.1.5硬件平台需求CPU：主频在100M以上128 Mbit FLASH256 M bit DRAM2.软件技术2.1 IEC61850协议软件要求在1EC61850变电站中，各IED无论充当客户端角色还是服务器角色或同时担当2种 角色，都旻支持IEC61850协议，需要IEC61850协议软件的支持。IEC61850协议软件是IEC61850变电站的

11、核心技术之一，对该软件有如下技术要求。1）互操作采用IEC61850技术的目的就是为了实现不同厂家IED之间的互操作性。IEC61850协 议软件的互操作性是IED之间实现互操作性的基础。因此，对IEC61850协议软件的一致 性提岀了很高的旻求， 其实现的语言、 语法、 编解码规则等都要与IEC61850标准规定严 格一致。 一套IEC61850协议软件应该通过IEC61850-10所定义测试用例的测试。2）跨平台在一个变电站自动化系统中，虽然各个IED都使用IEC61&50标准进行通信，但是各 自的软/硬件运行平台差别很大。所便用的硬件从变电站曲控系统所使用的64位工作站， 到问隔层IED

12、所使用的32/16位CPU嵌入式系统。所使用的操作系统从监控系统使用的LinuxTTNTCWindows到各种RTOS。因此，在一个实际变电站自动化系统中，软硬件平台 是混合的。这就要求IEC61850协议软件应该具有跨平台能力，能够运行在不同的软/硬件 条件下。这有利于代码的维护和统一。为了做到跨平台，在IEC61850协议在设计阶段就需 突做充分的考虑和准备，并采用适当的设计策略和技术，3） 与应用程序接口方便IEC61850协议软件必须各种应用软件相互配合才匪気成各种具体功能。 因此， 希望EEC61850即具有一定的独立性，例如能够形成相对独立的库文件$又具备筒单方便的接 口，能够被应

13、用程序很方便地使用。所以，IEC61850协议软件在设计时，必须考虑与应 用程序接口的方便性。4） 配置方便在1EC61850变电站中，由系统配置器是芫成全站的信息配置工作。配置文件用于指 示各IED的通信行为。 炎求1EC61850协该软件能够识别配置信息， 并自动化生成相关信 息。BEC6185O协议软件应该支持SCL文件的在线解析。2.2操作系统操作系统为应用软件提供支持和服务。在IEC61850变电站中，所使用的操作系统也 呈多样性。220kV以上变电站监控系统一般使用UNIX或Linux。220kV及以下变电站监 控系统多使用Windows。远动或间隔层IEQ,则使用RTOS。RTO

14、S的种类很多，目前应用比 较多的條入式操作系统是VxWorkSs QNX、Nuclucs答。2.3应用软件2.3.1变电站层现，有IEC60870-5-101、103等协议是面向信号的，是通过:信息点号来区分信息的。与 此不同，EEC61850是面向对象的，是通过对煞索引来识别不同信忌体的。间隔层IED的 信息都是以对彖方式上送给变电站应用的，对于变电站层的监控系统或远动系统而言，有 两种处理方式。一种是按照对象方式组织数揺库，将接收到的信息直接入库，所有应用都 建立在面向对象的数摇库上。另一种现有的按照戌表的方式组织数据库对接收到的对象 数据按照一定方式分解，然后入库。第一种方式更直接，能够

15、将IEC61850数据帝的信息充分用起来，但是需要按照面向 对象方式组织数据库，应用也需要建立在这种新的数据组织方式上。第二种方式是保持了 传统的数据组狽方式，通过一个映射表来分解和组装对象数据。IEC61850数据带的部分 信息被过滤掉，没被应用功能使用起来。如果设计新一代的系统或产品建议使用第一种方 式。2.3.2间隔层间隔层的1ED对外按照IEC61850进行通信，应用软件有2种处理方式。方式1：IED内和数据是私有格式，将内部私有格式的数据映射到对外的IEC61850模 型中.这种方式的优巨是IED内部原有数拯格式和组织方式可以保持不妾，只进行一个映 射就可以实现IEC61850,能够

16、获得互操作性。实现起来比较快。这种方式的缺点如果IED内師没有IEC61850所需疑的一些信息，则对外无法映射。方式2: IED内部数据按BIEC61S5O组织，内部数据与对外的IEC61850模型之间不 需要映射过程。这种方式的优点是实现1EC61850比较彻底，信息表达也比较充分。这种 方式的缺点是IED内卸软件几乎重新进行设计。保护装置需旻重新做动模实验。上述两种 方式都可以使IED实现EC61850.吕前绝大多数厂冢都使用方式1来实现，只有个别厂家 在新一代IED中使用方式2实现。随着各厂家产品的升级换代，可能会有更多厂家在设计 新产品时采用方式2。2.3.3过程层为与过程层的ECT/

17、EPT以及智能操作箱配合。间隔层保护八则控装置在软件上要做如 下调整；1）模拟遂和状态童的重新定向和配置模拟量和状态量己经由电缆硬连按改为以通信方式的按入间隔层EED,需熒软件支捋 这些量的垂新定向和配置。2）开出命令的重新定向和配置开岀己经由电缆硕连接改为以通信方式与智能操作霜连接，需要软件支持开岀的重新 定向和配宣.智能操作箱在软件上需妾支持：需旻支持基于SCL的配置。2-4工具在BEC61850变电站中，工具主耍包括客户端调试工具和系统配置器，有时也将两者 功能集成在一起，形成一个统一工具。客户端调试工貝主要为工程人员服务，该工貝充当IEC61850通信过程中的客户端角色，工程人员可以使

18、用该工具调试间隔层IED。可以利用EEC61850在线服务获常井显示IED的模型，对正D进行在线操作。如果工具具备SCL语 言解析和比较功能。工程人员也可以利用该工貝处理IED的CID模型，井与在线获得的IED实际运行模型进行对比，发现问题，找出差异。也可利用该工具对IED进行遥控、切 换定值区等操作.在与监捋、远动系统互联之前，使用客户端工具与BED进行互联，对于 分析-査找和解决问题非常有效，可以提高工程制作效率。客户端工貝是工程实现的好帮 手，应该设计好。系统配置器在JEC61850变电站中扮演垂堡角色。系统配置器实际上是 一个工具较件，该工具完成站内与通信相关信息的配置。具体而言，以装置