淺談IEC61850規約在工程現場的應用

蘇戰濤 蔣永鵬

(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)

淺談IEC61850規約在工程現場的應用

蘇戰濤 蔣永鵬

(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)

IEC61850是新一代的變電站自動化系統的國際標準,它規范了數據的命名、數據的定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言。同傳統的IEC60870-5-103標準相比,它不僅僅是一個單純的通信規約,而是數字化變電站自動化系統的標準,它指導了變電站自動化的設計、開發、工程、維護等各個領域。該標準通過對變電站自動化系統中的對象統一建模,采用面向對象技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務借口,增強了設備之間的互操作性,可以在不同廠家的設備之間實現無縫連接。智能化一次設備和數字式變電站要求變電站自動化采用IEC61850標準。IEC61850是至今為止最為完善的變電站自動化標準,它不僅規范保護測控裝置的模型和通信接口,而且還定義了數字式CT、PT、智能開關等一次設備的模型和通信接口。采用IEC61850國際標準可以大大提高變電站自動化技術水平、提高變電站自動化安全穩定運行水平,節約開發驗收維護的人力物力,實現完全的互操作。本文結合工程現場實例探討IEC61850在工程中的基本應用。

IEC61850 MMS服務

1 61850裝置數據模型的層次結構

物理設備(相當于某一裝置)映射到IED,然后將各個功能分解到LN,組成一個或者多個LD。每個功能的保護數據映射到DO,并且根據功能約束(FC)進行拆分并映射到若干個DA。

2 61850服務

IEC61850標準的服務實現主要分為三個部分:MMS服務、GOOSE服務、SMV服務。其中,MMS服務用于裝置和后臺之間的數據交互,GOOSE服務用于裝置之間的通訊,SMV服務用于采樣值傳輸。三個服務之間的關系,在裝置和后臺之間涉及到雙邊應用關聯,在GOOSE報文和傳輸采樣值中涉及多路廣播報文的服務。雙邊應用關聯傳遞服務請求和相應(傳輸無確認和確認的一些服務)服務,多路廣播應用關聯(僅在一個方向)傳送無確認服務。具體如圖1所示:

如果把IEC61850標準的服務細化,主要有:報告(事件狀態上送)、日志歷史記錄上送、快遞事件傳送、采樣值傳送、遙控、遙調、定值讀寫服務、錄波、保護故障報告、時間同步、文件傳輸、取代、以及模型的讀取服務。細化服務和模型之間的關系。

從用戶使用角度來看,IEC61850標準的實現主要分為客戶端(后臺)、服務器端(裝置)、配置工具三個部分。配置文件是聯系三者的紐帶。

圖1 MMS、GOOSE、SMV服務之間的關系

圖2 BRCB類定義

3 MMS服務

3.1 MMS介紹

MMS(manufactoring message specification)即制造報文規范,是ISO/IEC9506標準所定義的一套用于工業控制系統的通信協議。

MMS是由ISO TC184開發和維護的網絡環境下計算機或IED之間交換實時數據和監控信息的一套獨立的國際標準報文規范。它獨立于應用和設備的開發者。

圖3 報文解析

圖4 URCB類定義

MMS特點介紹如下:

(1)定義了交換報文的格式和結構化層次化的數據表示方法,同時可以表示任意復雜的數據結構,而且其ASN.1編碼可以適用于任意計算機環境。

(2)定義了針對數據對象的服務和行為。

(3)為用戶提供了一個獨立于所完成功能的通用通信環境。

圖5 遙控帶值選擇

圖6 遙控執行

3.2 MMS功能

下面分別從信號、測量、控制、故障報告四方面簡述其在工程現場中的應用。

3.2.1 信號上送

開入、事件、報警等信號類數據的上送功能通過BRCB(有緩沖報告控制塊)來實現,映射到MMS的讀寫和報告服務。通過有緩沖報告控制塊,可以實現遙信和開入的變位上送、周期上送、總召、事件緩存。由于采用了多可視的實現方案,事件可以同時送到多個后臺。

brcbRp是帶緩存的報告控制塊,而urcbRp是不帶緩存的報告控制塊。一般遙信類信號緩存,保護模擬量不緩存,報告控制塊是對數據集而言,因此我們在下圖2中可以找到與數據集對應的報告控制塊。

這里我們以brcbTripinfo為例來介紹一下,如圖IEDconfig已經將報告控制塊下面的數據屬性友好化了,很直觀的展現在我們面前。具體邏輯節點可參考規約上述表格。

(1)RptID:報告控制塊的ID號,這里的報告標志是brcbTripInfo。

(2)RptEna:報告控制塊使能,當客戶端訪問服務器時,首先要將報告控制塊使能置1才能進行將數據集內容上送。這個在我們使用客戶端工具時經常碰到。我們的控制塊最大為10,也就是說最大支持10個客戶端去訪問,同一個IP只能使用一個客戶端工具。

(3)DateSet:報告控制塊所對應的數據集,這里就是dsTripInfo。

(4)CofRev:配置版本號,這里是1。

(5)OptFIds:包含在報告中的選項域,就是所發報告中的所含的選項參數,這里總共10位。

(6)BufTm:這里得設缺省值0。

(7)Sqnum:報告順序號。

(8)TrgOpt:報告觸發條件,有五個變化條件,值變化,質量更新,值更新上送,周期性上送,總召喚。

(9)intgPd:周期上送時間,這里是0ms。

(10)GI:表示總召喚,置1,BRCB啟動總召喚過程。

(11)PurgeBuf:清除緩沖區,當為1時,舍棄緩存報告。

(12)EntryID:條目標識符。

(13)TimeofEntry:條目時間屬性。

(14)品質Q。

報文舉例如下圖3所示。

3.2.2 測量上送

遙測、保護測量類數據的上送功能通過URCB(無緩沖報告控制塊)來實現,映射到MMS的讀寫和報告服務,如下圖4所示。通過無緩沖報告控制塊,可以實現遙測的變化上送(比較死區和零漂)、周期上送、總召。由于采用了多可視的實現方案,使得事件可以同時送到多個后臺。

3.2.3 控制

遙控、遙調等控制功能通過IEC61850的控制相關數據結構實現,映射到MMS的讀寫和報告服務。IEC61850提供多種控制類型,NSD500系列裝置實現了增強型SBOw功能和直控功能,支持檢同期、檢無壓、閉鎖邏輯檢查等功能。具體如下圖5和圖6所示。

3.2.4 故障報告

故障報告功能通過RDRE邏輯節點實現,映射到MMS的報告和文件操作服務。

錄波文件產生時,RDRE下的RcdMade和FltNum通過報告上送到后臺;后臺以如下方式召喚故障報告。

(1)首先裝置給客戶端上送故障報告,以RcdMade和FltNum為標志。

(2)客戶端會對裝置下發查詢波形列表文件。

(3)裝置會將下面的波形的所有列表送給客戶端。

(4)客戶端進行打開文件列表請求。

(5)裝置對客戶端打開文件列表回應。

(6)客戶端進行讀取文件列表請求。

(7)裝置對客戶端讀取文件回應。

(8)文件讀取后,客戶端要關閉文件請求。

(9)文件讀取后,裝置對關閉文件請求回應。

蘇戰濤(1980.4-),男,碩士,工程師,主要研究方向:電力系統自動化。

蔣永鵬(1984.10-),男,本科,工程師,主要研究方向:電力系統自動化。