贵州电网变电设备状态监测通信技术规范.docx
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贵州电网变电设备状态监测通信技术规范
贵州电网变电设备状态监测
通信技术规范
(试行)
贵州电网公司
2010年1月
1总则
本技术规范制定的目的是变电站设备状态监测的通信接口,提高不同厂家之间装置之间的互操作性和可替换性。
本技术规范提倡采用遵循IEC61850标准的通信接口,优先采用IEC61850标准的设备状态监测装置,通信方式采用以太网通信。
在不具备此条件情况下,可以采用IEC60870-5-104规约、MODBUS规约,并应逐步向IEC61850标准过渡。
2适用范围
本技术规范适用于变电站内部现场就地监测单元(FMU)与站内站控层通信管理单元(CMU)之间的通信接口。
3词汇用语
FMU:
现场就地监测单元;
CMU:
站控层通信管理单元;
间隔:
变电站是由一些紧密连接、具有某些共同功能的部分组成。
例如:
进线或者出线与母线之间的开关设备;由断路器、隔离刀闸及接地刀闸组成的母线连接设备;变压器与两个不同电压等级母线之间相关的开关设备。
将一次断路器和相关设备组成虚拟间隔,间隔概念也可适用于3/2断路器接线和环型母线等变电站配置。
这些部分构成电网一个受保护的子部分,如一台变压器或一条线路的一端,对应开关设备的控制,具有某些共同的约束条件,如互锁或者定义明确的操作序列。
这些部分的识别区分对于检修(哪些部分断开同时对变电站其余部分影响最小)或扩展计划(如果增加一条新线路,哪些部分须增加)非常重要。
这些部分称为间隔,并且由那些统称为“间隔控制器”的装置管理,配有成套保护,称之为“间隔保护”。
北美较少使用间隔概念。
“间隔层”表示整个变电站层下的附加控制层。
站控层:
变电站内的最高层,与间隔层直接通信,也可直接与变电站外系统进行通信;
间隔层:
变电站层之下的一个控制层,向下是过程层,是联系站控层与过程层的逻辑纽带;
过程层:
变电站内的最底层,主要是测量与传感功能;
ADU:
ApplicationDataUnit,应用数据单元
PDU:
ProtocolDataUnit,规约数据单元
TCP:
TransportControlProtocol,
RTU:
RemoteTerminalUnit
4规范性引文
1.DL/T860标准(第一版):
变电站通信网络和系统
2.IEC61850-1变电站内通信网络和系统第1部分:
介绍和概述
3.IEC61850-2变电站内通信网络和系统第2部分:
术语
4.IEC61850-3变电站内通信网络和系统第3部分:
总体要求
5.IEC61850-4变电站内通信网络和系统第4部分:
系统和工程管理
6.IEC61850-5变电站内通信网络和系统第5部分:
功能的通信要求和设备模型功能和设备模型的通信要求
7.IEC61850-6变电站内通信网络和系统第6部分:
变电站自动化系统配置描述语言变电站自动化系统结构语言
8.IEC61850-7-1变电站内通信网络和系统第7-1部分:
变电站和线路(馈线)设备的基本通信结构-原理和模型
9.IEC61850-7-2变电站内通信网络和系统第7-2部分:
变电站和线路(馈线)设备的基本通信结构-抽象通信服务接口(ACSI)
10.IEC61850-7-3变电站内通信网络和系统第7-3部分∶变电站和线路(馈线)设备基本通信结构-公用公共数据类
11.IEC61850-7-4变电站通信网络和系统第7-4部分:
变电站和线路(馈线)设备的基本通信结构-兼容的逻辑节点类和数据类
12.IEC61850-8-1变电站通信网络和系统第8-1部分:
特定通信服务映射(SCSM)映射到MMS(ISO/IEC9506第1部分和第2部分)
13.IEC61850-9-1变电站通信网络和系统第9-1部分:
特定通信服务映射(SCSM)-通过单向多路点对点串行通信链路的采样值
14.IEC61850-9-2变电站通信网络和系统第9-2部分:
特定通信服务映射(SCSM)-通过ISO/IEC8802-3GB/T15629.3的采样值
15.IEC61850-10变电站通信网络和系统第10部分:
一致性测试
16.IEC61850标准(第2版):
Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation
17.IEC60870-5-104:
2000,远动设备与系统第五部分:
传输规约第104篇
18.MODBUS规约
5基本功能要求
基本功能要求如下:
✓读数据
✓读事件
✓读曲线
✓读写参数定值
✓读写程序版本、描述信息
✓读文件(上装程序)
✓写文件(下装程序)
6通信方式要求
6.1通信方式
通信模式变电站CMU与FMU采用主从模式,采用半双工异步通讯,严格禁止FMU主动上送。
变电站CMU与FMU之间的通信方式可以采用以下两种:
1)基于TCP/IP的以太网,通信介质可以采用双绞线、光纤等;
2)异步串行口,通信介质为:
EIA/TIA-232-E,EIA-422,EIA/TIA-485-A,或者经过光纤无线射频通信的串口转换器等;
6.2通信协议栈
两种通信方式的MODBUS通信协议栈如图1所示。
图1通信协议栈
6.3网络通信参数要求
网络方式采用星形连接,通信带宽10M以上,通信基于TCP/IP协议,端口宜采用502。
从站作为服务端,主站作为客户端。
通信介质建议采用五类或者超五类屏蔽双绞线或者光纤。
6.4异步串行口通信性能参数要求
异步串行通信参数规定如下:
◆通信速率,1200bps以上,建议4800或者9600bps,同一总线上通信速率必须一致。
◆数据位:
8位
◆停止位:
1位
◆校验位:
无
◆通信电缆特特性:
采用带屏蔽的多芯铜导线,接口标准应采用一对双绞线。
组成RS-485网络时,双绞线电缆特性阻抗约120Ω,导线电阻应小于0.10Ω/m,导线间电容应小于60pF/m,导线与屏蔽层间电容小于100pF/m
◆RS-485接口为后面板2个端子
◆最大传输距离:
1200米
◆网络连接主站数目:
1个
◆网络连接从站数目:
最多31个
7采用IEC61850标准的技术要求
7.1采用IEC61850标准的总则
本规范是将IEC61850系列标准引入到变电站输变电设备在线监测领域,规定了在线监测系统在应用IEC61850系列标准时所应遵循的原则。
同时规范了IEC61850系列标准中不明确的部分和工程实施中可能引起歧义的其它内容。
本规范推荐采用标准遵循IEC61850系列标准,并可按照IEC61850标准规定的原则进行扩展。
任何单位的扩展应符合IEC61850标准所规定的基本特性,为变电站设备状态监测装置的互操作服务。
7.2采用IEC61850标准的遵循的结构
基于IEC61850系列标准的变电站输变电设备在线监测系统宜采用100M及以上高速以太网作为通信网络。
变电站层与间隔层之间宜采用星型网或环网结构,各层内部宜采用星型网,不宜采用装置单环网。
通信介质采用屏蔽双绞线,但在涉及到可靠性要求高的场合宜采用光纤。
变电站层与间隔层间的冗余通信机制可采用双网单IP通信或双网双IP通信方式。
工程实施时应根据实际需要选择其中一种。
7.3配置文件、配置工具与声明文件
1)配置文件
系统应具备的配置文件包括:
●ICD文件:
IED能力描述文件,由装置厂商提供给系统集成厂商,该文件描述IED提供的基本数据模型及服务,但不包含IED实例名称和通信参数。
ICD文件应包含模型自描述信息,如LD和LN实例应包含中文“desc”属性,通用模型GAPC和GGIO实例中的DOI应包含中文“desc”属性,数据类型模板LNType中DO应包含中文“desc”属性。
ICD文件应包含版本修改信息,明确描述修改时间、修改版本号等内容。
●SSD文件:
系统规范文件,应全站唯一,该文件描述变电站一次系统结构以及相关联的逻辑节点,最终包含在SCD文件中;
●SCD文件:
全站系统配置文件,应全站唯一,该文件描述所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构,由系统集成厂商完成。
SCD文件应包含版本修改信息,明确描述修改时间、修改版本号等内容;
●CID文件:
IED实例配置文件,每个装置有一个,由装置厂商根据SCD文件中本IED相关配置生成;
装置厂家提供的ICD文件应与装置实际能力严格一致。
装置最终配置应与SCD文件完全一致。
2)配置工具
配置工具分为系统配置工具和装置配置工具,配置工具应能对导入导出的配置文件进行合法性检查,生成的配置文件应能通过SCL的schema验证,并生成和维护配置文件的版本号和修订版本号。
系统配置工具是系统级配置工具,独立于IED。
它负责生成和维护SCD文件,支持生成或导入SSD和ICD文件,其中应保留ICD文件的私有项。
系统配置人员根据工程实际配置的需要,对一次系统和IED的关联关系、全站的IED实例、以及IED间的交换信息进行配置,完成系统实例化配置,并导出全站SCD配置文件,提供给客户端及装置配置工具使用。
装置配置工具负责生成和维护装置ICD文件,并支持导入SCD文件以提取需要的装置实例配置信息,完成装置配置并下装配置数据到装置。
同一厂商应保证其各类型装置ICD文件的数据模板DataTypeTemplates的一致性。
装置配置工具应能导入并识别SCD文件中以下实例配置内容:
●通信参数,如通信子网配置、网络IP地址、网关地址等
●IED名称
●GOOSE配置,如GOOSE控制块、GOOSE数据集、GOOSE通信地址等
●DOI实例值配置
●数据实例名称
●数据集和报告的实例配置
3)配置流程
工程实施过程中,系统集成商提供系统配置工具,并根据用户的需求负责整个系统的配置及联调,装置厂商提供装置配置工具,并负责装置的配置及配合系统集成商进行联调,具体流程见图2。
图2工程配置流程
当配置数据修改时,为实现全站配置统一管理,按如下原则处理:
●如果只是装置私有功能数据的修改,则直接由装置配置工具修改后下装;
●如果是系统组态实例化数据的修改,则由系统配置工具统一修改,然后生成新的SCD文件,由装置配置工具导入后进行下装;
●如果是装置ICD模板数据的修改,则由装置配置工具生成新的ICD文件,系统配置工具导入后进行新的实例配置,生成新的SCD文件,再由装置配置工具导入后进行下装。
4)声明文件
工程实施时,声明文件应由装置厂商提供给系统集成厂商,除ICD文件外,至少还应包括以下三种:
●模型一致性说明文档,包括装置数据模型中采用的逻辑节点类型定义、CDC数据类型定义以及数据属性类型定义,文档格式采用IEC61850-7-3和IEC61850-7-4中数据类型定义的格式。
●协议一致性说明文档,按照IEC61850-7-2的附录A提供协议一致性说明,包括ACSI基本一致性说明、ACSI模型一致性说明和ACSI服务一致性说明三个部分。
●协议补充信息说明文档,包含协议一致性说明文档中没有规定的装置通信能力的描述信息,如支持的最大客户连接数,TCP_KEEPLIVE参数,文件名的最大长度以及ACSI实现的相关补充信息等。
7.4模型、建模原则
1)建模总体原则
IEC61850-7规范了数据模型、服务以及建模方法。
应基于面向对象的建模思想和分层次的总体原则对设备进行建模。
一般情况下,同一个功能对象相关的数据以及数据属性,应建模在该功能对象中(包括对该对象的扩展);同多个功能相关,或同全系统功能相关的数据,应建模在公共的逻辑节点或者逻辑设备中。
2)物理设备建模原则
一个物理设备即一个IED,应建模为一个装置对象。
该对象是一个容器,应包含服务器对象,服务器对象中应包含至少一个LD对象,每个LD对象中应至少包含3个LN对象。
3)服务器建模原则
服务器描述一个设备外部可见(可访问)的行为,每个服务器应有一个访问点。
支持过程层自动化的间隔层设备,对上与变电站层设备通信,对下与过程层设备通信,可采用不同访问点分别与变电站层和过程层进行通信。
4)逻辑设备建模原则
IEC61850标准中未规范具体LD如何划分,本规范规定宜把某些具有公用特性的逻辑节点组合成一个逻辑设备。
5)逻辑节点建模原则
需要通信的每个最小功能单元应建模为一个逻辑节点对象,属于同一功能对象的数据和数据属性应放在同一个LN对象中,若标准的LN类不满足功能对象的要求,可进行LN类扩展或者新建LN类。
7.5模型扩展原则
1)扩展总体原则
装置功能分解后得到的需要通信的最小功能单元,根据IEC61850-7-4中规范的逻辑节点类列表,应选择合适的类对功能进行建模。
1)判断标准已有的LN类是否满足功能要求,若满足则采用合适的LN类;
2)若标准已有的LN类不满足功能要求,判断已有的LN类是否满足被建模功能的核心需求,如满足核心需求,则可向该LN类添加新的数据,以满足功能的需求;
3)如标准已有的LN类不满足被建模功能的核心需求,则可扩展一个新LN类。
2)逻辑节点扩展规则
1)如有合适的LN类符合被建模功能的需求,则逻辑节点实例应具有该LN类所有必选的属性;
2)基本数据相同的功能,应采用源于相同LN类的不同实例;
3)如有合适的LN类符合被建模功能的核心建模需求,则可通过添加若干数据满足被建模功能的建模需求,LN类的名字不变;
4)如没有合适的LN类符合被建模功能的核心需求,则可根据以下规则新建LN类
●LN类的名称首字母应符合IEC61850所规定的逻辑节点组相关前缀的要求;
●LN类的名称的其他字母应与功能英文名称有关;
●新建LN类的名称不可与IEC61850中已存在的LN类名称冲突,应符合IEC61850命名空间的要求。
3)数据扩展规则
添加或扩展数据应遵循以下原则:
1)如LN类中已有的可选数据能满足要求,则应使用可选数据;
2)标准中定义的LN类中已有的数据,如在一个LN实例中存在该数据类的多个实例,可在数据后扩展数字后缀;
3)标准中定义的LN类不满足建模需求,需要添加数据时,如IEC61850-7-4的第6节数据名称语义中规定的数据能满足需要添加的数据的需求,则应选择标准规定的数据添加到该LN类;
4)标准中定义的LN类不满足建模需求,需要添加数据时,如IEC61850-7-4的第6节数据名称语义中规定的数据不能满足添加数据的需求,则可按照以下规定新建数据:
●新建数据的名称,应尽量采用IEC61850-7-4的第4节规定的缩写,通过组合形成新的数据名称;
●新建数据应采用IEC61850-7-2规定的通用数据类和基本数据类型;
●新建数据的名称,不可与已有数据名称冲突,应符合IEC61850的命名空间要求。
4)其他
IEC61850规范的通用数据类,以及复杂数据类型和简单数据类型一般情况下可以满足建模要求。
因此,不宜扩充通用数据类、复杂数据类型和基本数据类型,宜通过扩展逻辑节点来满足需求。
7.6设备建模
1)物理设备的建模
一个物理设备宜建模为一个IED,一个IED宜建模为一个server。
2)逻辑设备的建模
宜按功能划分逻辑设备类型,按以下几种类型划分:
●公用LD,inst名为“LD0”
●测量LD,inst名为“MEAS”
●保护LD,inst名为“PROT”
●控制及开入LD,inst名为“CTRL”
●录波LD,inst名为“RCD”
工程实施中,亦可根据需要适当组合。
在不影响正常功能的条件下,不宜划分过多LD。
3)逻辑设备的功能
●公用LD
关于设备本身的信息以及设备中多个功能相关的数据宜建模在公用LD中,例如:
a)装置自检信息
b)装置告警信息
c)系统参数
……
●测量LD
设备采集的模拟量信息宜建模在测量LD中,包括交流量、直流量等。
●保护LD
保护相关功能宜建模在保护LD中,包括事件、告警、定值、压板等。
●控制及开入LD
设备采集的状态信息和设备的遥控信息宜建模在控制及开入LD中。
●录波LD
录波相关信息宜建模在录波LD中,例如录波启动,录波完成等信息。
在不影响正常功能的条件下,不宜划分过多LD。
为使定值切换等操作简化,保护功能宜使用一个LD来表示。
4)逻辑节点的建模
应直接采用标准已明确定义的LN,不宜采用通用LN。
5)网关模型
IEC61850-7-1中描述逻辑设备LD0为:
物理设备是代理或网关时,该网关应包含一个LD0,用于描述代理或网关本身的数据。
通常网关的LD0应包括:
●网关本身的自检信息
●网关本身的告警信息
●网关本身的参数
……
网关本身的建模应参考本规范6.3.2节和6.3.3节。
一个网关代理的每个设备,都可能包括若干LD,应为每个LD对应建立一个LD模型。
7.7抽象通信服务接口
IEC61850定义了抽象通信服务接口(ACSI)模型,对语义以及调用这些服务的操作(包括请求和应答中的参数)都做了详细规定。
本规范根据工程实施要求实现的ACSI服务如表1所示。
表1ACSI服务一致性要求
信息交换模型
信息交换服务
是否强制(M/O)
客户
服务器
备注
服务器SERVER
GetServerDirectory
M
关联ASSOCIATION
Associate
M
M
Abort
M
M
Release
M
M
逻辑设备LOGICAL-DEVICE
GetLogicalDeviceDirectory
M
M
逻辑节点LOGICAL-NODE
GetLogicalNodeDirectory
M
M
GetAllDataValues
M
M
数据DATA
GetDataValues
M
M
SetDataValues
M
M
GetDataDirectory
M
M
GetDataDefinition
M
M
数据集DATA-SET
GetDataSetDirectory
M
M
GetDataSetValues
M
M
SetDataSetValues
O
O
CreateDataSet
O
O
DeleteDataSet
O
O
取代Substitution
SetDataValues
M
C1
定值组控制SettingGroupControl
GetSGCBValues
M
C2
SelectEditSG
M
C2
SelectActiveSG
M
C2
SetSGValues
M
C2
ConfirmEditSGValues
M
C2
GetSGValues
M
C2
报告Reporting
Report
M
M
data-change
M
M
quality-change
M
O
data-update
O
O
GI
M
M
IntgPd
M
M
GetBRCBValues
M
C3
SetBRCBValues
M
C3
GetURCBValues
M
C3
SetURCBValues
M
C3
日志Loging
日志控制块
GetLCBValues
M
C4
SetLCBValues
M
C4
日志Log
GetLogStatusValues
M
C4
QueryLogByTime
M
C4
QueryLogAfter
M
C4
GOOSE
SendGOOSEMessage
O
C5
GetGoCBValues
M
C5
SetGoCBValues
M
C5
GetGoReference
O
O
GetGOOSEElementNumber
O
O
采样值SVC
SendMSVMessage
C6
C6
SendUSVMessage
C6
C6
GetMSVCBValues
O
O
SetMSVCBValues
O
O
GetUSVCBValues
O
O
SetUSVCBValues
O
O
控制Control
Select
M
O
SelectWithValue
M
M
Cancel
M
M
Operate
M
M
Command-Termination
M
M
TimeActivated-Operate
O
O
文件传输FileTransfer
GetFile
M
M
SetFile
O
O
DeleteFile
O
O
GetFileAttributeValues
M
M
时间Time
时钟同步
O
C7
注:
1).M为强制,O为任选.
2).如服务器支持取代Substitution,C1为M.
3).如服务器支持定值组控制SettingGroupControl,C2为M.
4).C3为服务器可支持BRCB、URCB中的一种.
5).如服务器支持日志Loging,C4为M.
6).如服务器支持GOOSE,C5为M.
7).C6为服务器可支持SendMSVMessage、SendUSVMessage中的一种.
8).如服务器支持网络对时,C7为M.
1)关联
服务器应支持对不同客户的访问视窗;
建立关联时应正确设置AP,否则可能会导致连接失败。
当MMS通信意外中断时,服务器端和客户端检出通信故障的时间应不大于1分钟。
2)目录类服务
读数据集目录时装置上送数据应包含有数据路径,使用‘/’和‘$’作为引用分隔符。
FC应按IEC61850-8-1的顺序排列。
3)数据集
本规范规定遥信信号、保护事件等重要状态信号应采用FCD方式上送,而如遥测值等不需要变化时间时可采用FCDA方式上送。
数据集在ICD文件中定义,不要求数据集动态创建和修改。
4)取代
客户首先设置要被取代的值(xy.subVal、xy.subQ、xy.subID),然后将xy.subEna属性置成TRUE使能取代。
数据值被取代后,服务器端应使用数据品质通知客户端数据值被取代。
5)定值组控制
采用读定值组值方式读取服务器定值信息。
同一时刻只能有一个客户可以进行定值的修改,推荐改定值过程:
1)客户端发出选择编辑组请求,服务器响应;
2)客户读取编辑组当前定值,服务器响应;
3)客户写服务器编辑组定值
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