1、IEC61850基礎技術介紹IEC61850基礎技術介紹1 IEC 61850簡介1.1 概述IEC61850構建的初衷是為制定一個比以往通信體系更通用、更全面、能夠覆蓋整個變電站自動化系統的通信標準。2003年9月至2005年6月，IEC61850的各正式版本陸續正式頒布。我國也于2007年4月審查通過全部IEC61850標準并將其制定為我國的電力行業標準，代號DL/T860。IEC61850基于現代以太網技術，采用統一協議，相比于以往變電站通信方法，有如下幾個主要特點： 信息上傳速度快：采用以太網技術，而且61850采用了主動上傳數據的機制，保證報文能夠快速上傳。（傳統modbus、103

2、都是采用輪詢機制，且大多為485通信，主站獲取一次數據需要大量的時間） 主站軟件接入簡單：modbus、103由于協議本身缺陷，主站軟件接入時需要為每一款裝置開發單獨的驅動；而61850采用統一協議，模型具備自描述功能，可以采用統一驅動，接入時只需進行配置即可。 互操作性強：由于采用統一協議，不同廠家之間裝置、裝置與主站軟件通信沒有障礙。1.2 61850協議組成IEC61850是一個龐大的協議體系，并非一種單純的通信規約。分10部分、14個文件進行闡述，協議結構如下所示：標準雖然龐大，但從工程應用的角度看，最需要關注的是PART 7，這部分集中對標準模型以及模型實現的功能進行了說明，也是本文

3、檔以下內容所關注的重點。其它部分：1）PART15，主要是一些概述以及原則性的說明，可以大致了解，尤其PART1可以看下，了解61850的概況；2）PART6，講述了對模型進行描述的語言，PART8，講述如何通過61850實現裝置與主站之間的通信、裝置與裝置之間的通信（GOOSE），PART9，講述如何通過61850上傳電子式互感器合并單元采樣值報文。這幾部分主要講述如何實現61850各部分功能，是相關研發人員所關注的重點。3）PART10，講述一致性測試，是進行61850測試、認證所關注的重點。2 61850模型2.1 模型的含義模型是實際物理設備的抽象，簡單點來講，就是用字符形式對裝置的功

4、能進行描述。（modbus、103是用數字形式的點表來對裝置功能進行抽象）采用字符進行抽象的好處是，方便建立層次化的功能描述，而且可以將通用化的功能統一抽象成同一種字符描述、便于不同廠家識別。61850將模型分為如下層次：（1）邏輯設備：一組邏輯節點的容器，代表某一類功能；（2）邏輯節點：模型的基本單位，代表某一個具體的功能對象，例如一個保護、一個測量對象；（3）數據對象：功能對象的具體特性，例如一個保護對象的定值、動作狀態；（4）數據屬性：特性值，例如動作狀態是0還是1，狀態時間是多少等。2.2 模型層次舉例一個典型的保護測控裝置模型包括如下幾種邏輯設備：（可以參看各裝置對應的模型說明文檔）

5、（1）公用邏輯設備（LD0）：公共信息，包括系統定值，各種自檢事件等。功能名稱邏輯節點功能說明物理裝置信息LPHD1物理裝置健康狀態、版本信息公用信息LLN0該邏輯設備下公用節點信息，另外包括TV變比、TA變比、額定頻率等公用定值裝置自檢CHKGGIO1記錄裝置自檢錯誤信息，包括：AD自檢錯、定值自檢錯、通訊異常等（2）保護邏輯設備（PROT）：包括各種保護功能，典型邏輯節點如下保護功能建模節點功能說明物理裝置信息LPHD1物理裝置健康狀態、版本信息公用信息LLN0該邏輯設備下公用節點信息，另外包括充電加速時間、重合加速方式、零序電壓元件等公用定值充電保護PTOC5充電情況下，相電流大于整定值

6、，延時動作相電流加速PTOC6加速開放情況下，相電流大于整定值，延時動作外部開入加速PTOC7相電流大于整定值，外部開入存在，延時動作速斷保護PIOC1相電流大于整定值，且方向滿足要求，瞬時動作限時速斷PTOC8相電流大于整定值，且方向滿足要求，延時動作過流保護PTOC911相電流大于整定值，且方向滿足要求，延時動作。分為三段過負荷保護PTOC12相電流大于整定值，延時動作反時限過流PTOC13電流大于設定值，保護經整定曲線計算延時動作。只實現部分反時限曲線電壓速斷PTUV1電壓低于整定值，且相電流元件動作，瞬時動作電壓限時速斷PTUV2電壓低于整定值，且相電流元件動作，延時動作過電壓保護PT

7、OV12電壓大于整定值，延時動作；分為兩段低電壓保護PTUV34電壓低于整定值，且滿足曾有壓要求，滿足滑壓要求，延時動作。分為兩段低壓解列PTUV5電壓低于整定值，且滿足滑壓要求，滿足有流要求，延時動作高周保護PTOF12頻率大于整定值，延時動作。分為兩段低周保護PTUF13頻率低于整定值，且滑差滿足要求，滿足有流要求，延時動作。分為三段功率保護PDOP12方向整定為正向時，功率大于整定值時延時動作；方向整定為反向時，功率小于負的整定值時延時動作。分為兩段同期檢查RSYN1壓差、角差、頻差判斷投入且滿足，保護動作。同時具有檢查線路電壓的功能，當檢測到異常時，置電壓異常告警標志重合閘RREC1采

8、用不對應起動方式，重合閘充電完成，檢無壓、檢同期滿足條件，斷路器跳閘后執行重合操作絕緣監視PHIZ1零序電壓高于整定值，延時動作TV斷線AlmGGIO1電壓滿足TV斷線要求，置告警標志TA監視AlmGGIO2電流滿足TA監視異常要求，置告警標志，同時監測保護、測量TA回路控制回路異常AlmGGIO3斷路器位置開入異常，置告警標志起動時間過長PMSS1電動機在整定時間之內長期處于起動狀態，保護動作過熱保護PTTR1電流大于熱啟動定值，延時動作起動次數保護PMRI1在規定時間內電機起動次數超過整定值，動作出口閉鎖電機起動（3）測量邏輯設備（MEAS）：包括各種裝置測量信息測量功能建模節點說明物理裝

9、置信息LPHD1物理裝置健康狀態、版本信息公用信息LLN0該邏輯設備下公用節點信息測量數據MMXU1內容包括：三相電流、三相電壓、線電壓、對側線路電壓、總有功功率、總無功功率、總視在功率、平均功率因數、分相有功功率、分相無功功率、分相視在功率保護數據MMXU2內容包括：三相電流、零序電流、三相電壓、零序電壓、對側線路電壓、線電壓、系統頻率、線路頻率、總有功功率、總無功功率、分相有功功率、分相無功功率序分量與不平衡度MSQI1內容包括：計算正序、負序、零序電壓與電流，頻率偏差、電壓偏差計量數據MMTR1內容包括：正向有功電能、正向無功電能、反向有功電能、反向無功電能測量諧波數據MHAI1內容包括

10、：三相電流063次諧波畸變率，三相電壓063次諧波畸變率，三個線電壓063次諧波畸變率，三相電流總、奇、偶諧波畸變率，三相電壓總、奇、偶諧波畸變率，三個線電壓總、奇、偶諧波畸變率保護諧波數據MHAI2內容包括：三相電流029次諧波，三相電壓029次諧波，三個線電壓029次諧波，三相電流總諧波畸變率、有效值，三相電壓總諧波畸變率、有效值，三個線電壓總諧波畸變率、有效值（4）控制邏輯設備（CTRL）：包括各種開入、開出、開入量保護、操作板信息等；功能名稱邏輯節點說明物理裝置信息LPHD1物理裝置健康狀態、版本信息公用信息LLN0該邏輯設備下公用節點信息開入狀態INGGIO1包括IN1IN14，聯跳

11、、合后位狀態的監視開入量保護事件ProGGIO1開入量保護配置的事件，包括重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放、壓力異常、超溫動作、溫度越限、油位異常、冷卻故障、聯鎖、非電量、聯跳、彈簧儲能、聯動開入量配置CfgGGIO1IN1IN14、聯跳等開入量保護配置參數操作板CSWI1操作板的監視與控制，監視狀態包括跳位、合位雙點信息，遙控電源位置信息，可控制斷路器的遙合、遙跳備用出口OUTGGIO1OUT1OUT6的狀態監視與控制（5）錄波邏輯設備（RCD）：故障錄波、波形記錄、電動機起動報告等內容功能名稱邏輯節點說明物理裝置信息LPHD物理裝置健康狀態、版本信息公用信息LLN0該邏輯設備下公用節點信息故障錄波

12、RDRE1故障錄波記錄狀態，手動觸發錄波控制波形記錄RDRE2波形記錄狀態，手動觸發錄波控制電動機啟動報告RDRE3電動機啟動報告狀態每個邏輯設備下面都至少包括兩個公共邏輯節點LPHD1、LLN0，這兩個邏輯節點沒有實際功能意義。2.3 邏輯節點舉例上述各種邏輯節點各舉一個典型進行說明：（1）保護邏輯節點：包括保護狀態、保護定值兩大類數據，以過流保護為例：數據數據類型說明M/O/C/E公用邏輯節點信息ModCET_INC_0模式MBehCET_INS_0性能MHealthCET_INS_1健康狀況MNamPltCET_LPL_0銘牌M狀態信息StrCET_ACD_0過流保護啟動MOpCET_A

13、CT_0過流保護動作M定值EnableCET_SPG_0功能投退EDIEnaCET_ING_0硬壓板選擇，0-退出，114對應IN1IN14EVBlkEnaCET_SPG_0復壓元件投退EDirModCET_ING_1方向元件，1-退出，2-正向，3-反向OStrValCET_ASG_0電流定值，單位AOOpDlTmmsCET_ING_0時間定值，單位msOCfgOutCET_ING_0出口配置E表中Mod、Beh、Health、NamPlt是公共數據，每個邏輯節點都包含。Str、Op為狀態數據，代表保護是否啟動、動作；Enable及以下部分為定值數據，表示保護運行參數。（2）測量邏輯節點：包

14、括各種測量值，例如功率、電壓、電流等數據數據類型說明M/O/C/E公用邏輯節點信息ModCET_INC_0模式MBehCET_INS_0性能MHealthCET_INS_1健康狀況MNamPltCET_LPL_0銘牌M被測量TotWCET_MV_0總有功功率，單位kWOTotVArCET_MV_0總無功功率，單位kvarOTotVACET_MV_0總視在功率，單位kVAOTotPFCET_MV_0平均功率因數OPPVCET_DEL_1線電壓（帶角度），單位kVOPhVCET_WYE_1相電壓（帶角度），單位kVOACET_WYE_1相電流（帶角度），單位AOLinVCET_CMV_1對側線路電

15、壓，單位kVEWCET_WYE_0單相有功功率，單位kWOVArCET_WYE_0單相無功功率，單位kvarOVACET_WYE_0單相視在功率，單位kVAO測量數據中存在三相及零序作為一個整體的數據，例如上表中PPV為3個線電壓、A包含了三相電流。（3）控制類邏輯節點：數據數據類型說明M/O/C/E公用邏輯節點信息ModCET_INC_0模式MBehCET_INS_0性能MHealthCET_INS_1健康狀況MNamPltCET_LPL_0銘牌M控制SPCSO1CET_SPC_1OUT1狀態與控制ESPCSO2CET_SPC_1OUT2狀態與控制ESPCSO3CET_SPC_1OUT3狀態

16、與控制ESPCSO4CET_SPC_1OUT4狀態與控制ESPCSO5CET_SPC_1OUT5狀態與控制ESPCSO6CET_SPC_1OUT6狀態與控制E從上表看出，每一個出口都建立了一個單獨的數據對象，這些數據都是可以遙控的。（4）故障錄波邏輯節點：包括控制與狀態兩類數據，典型如下數據數據類型說明M/O/C/E公用邏輯節點信息ModCET_INC_0模式MBehCET_INS_0性能MHealthCET_INS_1健康狀況MNamPltCET_LPL_0銘牌M控制RcdTrgCET_SPC_0手動觸發錄波O狀態信息RcdMadeCET_SPS_0錄波完成MFltNumCET_INS_3故

17、障序號MRcdStrCET_SPS_0錄波啟動O RcdTrg是控制數據，可以執行手動觸發錄波2.4 數據對象舉例數據對象的內容由數據類型確定，這些類型定義在61850-7-3中。上一節中邏輯節點每個數據都有對應數據類型，如CET_INS_0，根據這個類型查找PMC-XXXX系列保護測控裝置IEC61850協議說明，就可以看到該數據下屬結構內容。以下列舉了幾種典型的數據內容來說明數據下屬層次結構：（1）狀態類，例如CET_SPS_0屬性名屬性類型功能約束觸發選項M/O/C/EstValBOOELANSTdchgMqQualitySTqchgMtTimeStampSTMsubEnaBOOELAN

18、SVCsubValBOOELANSVCsubQQualitySVCsubIDVISIBLE STRING64SVCdVISIBLE STRING255DCOdUUNICODE STRING255DCO stVal代表當前狀態值，為BOOL類型，其值為0或者1； q為數據品質，表示數據是否可信，可以不用關注； t為上次狀態值變位的時間，只有在狀態變位后才刷新，如果裝置有SOE，該時間應與SOE時間一致（并不會完全相等，與時區有關。因為61850中時間為UTC時間，如果時區為北京時間，則在61850中看到的時間要比裝置SOE時間早8小時） subEna、subVal、subQ、subID是取代用，

19、不用關注； d、dU為數據描述，d為英文描述，dU為中文描述，表示數據代表什么含義。我們在使用這些狀態數據的時候，最主要關心的是狀態值stVal、狀態時間t，數據描述可以在不清楚數據含義的時候去看，其它屬性在應用的時候則無需關注。（2）保護動作類：這類數據在保護邏輯節點中用得較多，例如CET_ACT_0屬性名屬性類型功能約束觸發選項M/O/C/EgeneralBOOELANSTdchgMqQualitySTqchgMtTimeStampSTMdVISIBLE STRING255DCOdUUNICODE STRING255DCO雖然名稱與狀態類數據不同，結構也存在較大差異，但其本質上與狀態類數據

20、是類似的。這種類型主要關注狀態值general、狀態時間t。（3）測量類：這一類數據普遍嵌套較深，例如一個三相測量量CET_WYE_0屬性名屬性類型功能約束觸發選項M/O/C/EphsACET_CMV_0CphsBCET_CMV_0CphsCCET_CMV_0C其下一層為三相值，每一相均為復數值類型CET_CMV_0屬性名屬性類型功能約束觸發選項M/O/C/EinstCValCET_Vector_0MXOcValCET_Vector_0MXdchgMqQualityMXqchgMtTimeStampMXMsubEnaBOOLEANSVCsubCValCET_Vector_0SVCsubQQua

21、litySVCsubIDVISIBLE STRING64SVCunitsCET_Unit_0CFOdbINT32UCFOdVISIBLE STRING255DCOdUUNICODE STRING255DCO 該數據屬性表中出現了幾個新的屬性： instCVal實時測量值，根據當前值實時刷新的； cVal死區測量值，并不會實時刷新，只有當數據變化較大，超過死區計算范圍時才會刷新，可以控制測量值不用刷新太快； units，測量量的單位； db，死區值，控制cVal變化超過哪個范圍才刷新。測量類數據最主要關心的是測量值，也就是instCVal與cVal，時間可以不用關注。需要注意的是，instCVa

22、l與cVal并未達到最底層，其下面還包括幅值與角度，當然，有些測量是沒有角度的，就只有幅值這一個量了。屬性名屬性類型M/O/CmagAnalogueValueMangAnalogueValueO（4）控制類：例如CET_SPC_1屬性名屬性類型功能約束觸發選項M/O/C/ESBOwCET_SBOwDbpos_0COE1OperCET_OperDbpos_0COE1CancelCET_CancelDbpos_0COE1originCET_Originator_0STCctlNumINT8USTCstValBOOLEANSTdchgCqQualitySTqchgCtTimeStampSTCsubE

23、naBOOELANSVCsubValBOOELANSVCsubQQualitySVCsubIDVISIBLE STRING64SVCstSeldBOOLEANSTCctlModelCET_ctlModel(ENUM)CFMsboTimeoutINT32UCFCsboClassCET_sboClass(ENUM)CFCdVISIBLE STRING255DCOdUUNICODE STRING255DCO這個數據也是比較復雜的，主要包括了兩種類型屬性： 狀態：與狀態類數據類似，屬性名也是一樣的，包括stVal、q、t，語義與前面狀態數據一致； 控制：用于對數據進行遙控，包括SBOw預置、Oper執

24、行、Cancel取消幾種操作。2.5 實際操作以下以851T裝置61850模型訪問操作為例，說明各個層次的結構。（使用我們公司軟件部開發的工具IEC61850Client）使用工具連接裝置后，工具自動獲取裝置的模型結構：通過通訊讀到的邏輯設備名稱，是IED名稱與邏輯設備名稱的組合，IED名稱可配置，一般不需要修改，出廠時固定為裝置型號，例如圖中PMC-851T。依次點開左側邏輯設備列表，可以查看到更深層次的模型結構：通過通訊訪問到的模型，對邏輯節點下的數據都按照功能約束進行分組。功能約束代表了屬性的一個分類特性，例如MX代表測量量，CF代表配置量，DC代表描述。繼續展開，可以查看到數據屬性，例

25、如一個測量數據： 3 61850數據交互工作總結2015-01-291) 聯系青銅峽匯能電廠值班人員，告知希望配合需要在發電機測控子站添加配置，和現場班長聯系，班長意見是將需要添加的配置給短信發給他，他告知主任，看主任是如何安排。2) 和華為項目總包方聯系，對現場進度情況進行熟悉，經過了解現場的A1區中建四局的低壓柜子正在擺，A2區的高低壓柜有部分都排放到位，就剩幾個樓層的配電室目前柜子沒有到，考慮到此情況，計劃過幾天之后再到現場去查看核對低壓柜的回路，只有確定清楚這些問題才能夠確定好1380通訊管理機的配置。同時也獲取直流屏信息，將直流屏的驅動開發申請進行核對。另外整理需要給華為總部轉發的數

26、據模板，如果用戶對此點表沒有異議，我們就按照這個點表進行配置。3) 對IREALY61850規約接入進行測試學習，通過IEClient61850工具生成配置信息和點表，目前主要是生成配置的數據類型不是太方便，另外接入P3.5進行測試，發現前臺的通訊報文顯示沒有報文，不清楚通訊情況。去年也進行過測試，我們應用目前的主要問題體現在對61850設備模型和通訊報文種類結構不是很清楚，這兩點清楚，61850的優點還是很大。通過IREALY60的61850規約對邏輯設備模型進行學習，一般設備劃分的邏輯設備種類有公用邏輯設備，保護邏輯設備，測量邏輯設備，控制邏輯設備，錄波記錄邏輯設備。勤奮時間18:3021

27、:001）參加培訓交流會議，主要是前兩階段PSC使用的一些問題。61850數據交互分為如下幾種：1）間隔層裝置與主站之間數據交互，完成傳統的“四遙”、故障錄波上送功能；2）間隔層裝置之間、裝置與智能操作機構之間快速數據交互，即GOOSE交互，這對傳統技術是一種變革，其最終目標是使用單一的網絡接線替換掉復雜、繁瑣的操作回路、出口接線。3）間隔層裝置與合并單元數據交互，也就是采樣值數據交互，適用于采用電子式互感器的場合。雖然上述各種數據交互方式實現方法各異，但是都采用了統一的基于61850模型的數據描述方法。3.1 主站數據交互根據實現方法的不同，61850中主站數據交互方式分為三種：遙測遙信、遙

28、控、錄波上傳。3.1.1 遙測遙信61850中，遙測遙信數據采用主動上傳的方式。即主站運行后，先對所需要的數據內容以及數據上送方式進行配置，之后，裝置根據配置主動產生報文、將數據上送到主站。實現這種功能的61850機制為報告模型。報告模型一般定義在公共邏輯節點LLN0中，其功能約束為BR（緩存報告）或RP（非緩存報告）。緩存報告與非緩存報告之間的區別是，緩存報告將歷史報告緩存起來，主站可以將之前遺漏的報告補召回來，而非緩存報告則沒有緩存功能。由于兩者之間的區別，緩存報告一般用于遙信事件上傳，而非緩存報告用于遙測數據上傳。以一組用于測量數據上傳的非緩存報告為例：1）同一個報告內容包括幾個對象，例

29、如圖中諧波數據包括urcbHar0105，這幾個報告對象所上傳的內容相同，可以分別為5個不同的主站軟件使用；2）觸發選項：配置報告如何產生，包括如下幾種觸發方式： 數據改變：數據變化后上傳； 品質改變：品質變化后上傳； 數據更新：不論數據是否變化，只要發生更新即上傳； 完整性：定時上傳報告，時間間隔為完整性周期； 總召喚：通過召喚命令立即上傳一次報告。（3）選項域：配置報告內容，通過配置可以對報告內容進行精簡，剔除不需要的描述，從而節省通信帶寬。一般按照默認配置即可，不需要重新配置。（4）其它配置：包括緩存報告的緩存時間，完整性周期等。注意：使用主站軟件進行連接時，上述配置是由主站軟件自動完成

30、的，不需要手動操作配置。 配置完報告參數，執行啟動，則報告模型開始根據配置上送報文。3.1.2 遙控遙控通過對模型控制數據執行寫操作實現，能夠遙控的數據功能約束為CO。遙控類型包括兩種，需要預置與不需要預置。判斷是否需要預置通過模型結構可以看出，需要預置的數據包括SBOw、Oper、Cancel幾個屬性，SBOw為預置，Oper為執行，Cancel為取消預置。預置完后需要在15s內發送執行命令，否則需要重新預置。預置與執行需要填入參數，一般關注的只有兩個參數：需要注意的是：（1）斷路器位置為雙點信息，其遙分與遙合都通過操作同一個數據來實現，模型中一般為CSWI.Pos，寫0為遙分，寫1為遙合；

31、其它備用出口是單點信息，只能進行遙合操作，即控制值只能寫1；（2）遙控執行與預置的參數必須完全相同，否則遙控將不能成功。例如預置時控制值為1、控制源類型為station-control，執行時控制值為1、控制源類型為bay-control，將是無法遙控成功的。不需要預置的數據則只用Oper一個屬性，例如通訊復歸：遙控時只需對Oper進行操作即可。3.1.3 錄波上傳錄波通過COMTRADE格式文件上傳，執行61850文件操作，自動讀取裝置中現有的所有錄波文件，可以對這些文件進行選擇與下載。3.2 GOOSE數據交互3.2.1 GOOSE應用范圍GOOSE（Generic Object Orie

32、nted Substation Event）面向通用對象的變電站事件是61850模型中的一種，其主要特點是提供了一個局部范圍內高效、可靠、靈活的輸入輸出數據的機制，為間隔層設備之間、間隔層與過程層設備之間快速數據交換提供了有效的解決方法。GOOSE最直接的應用，就是通過裝置之間組成的共享網絡，實現開入開出信息的交互。其典型應用包括：1）智能一次設備的監控。智能一次設備帶有數字接口，能夠監視本地開關位置，通過GOOSE發送出去；同時能夠接收GOOSE出口命令，執行開關跳合閘；（由于智能一次設備技術不成熟，目前一般采用通過智能終端轉換的方式）2）間隔層設備之間聯跳、聯鎖等信號交互。利用這些信號，可以構成分布式的、網絡化的保護功能，例如智能聯切、防越級跳閘、分布式備自投等；或者構成網絡化的控制功能，例如啟動故障錄波、網絡化防誤閉鎖等。3.2.2 GOOSE配置方法GOOSE輸入輸出通過“虛端子”的概念描述，虛擬端子的含義，顧名思義，該端子是不存在的，這些端子的值信息都包含以太網報文中。GOOSE應用最主要的是確定虛端子之間的連線關系，稱之為配置表，例如一個線路保護裝置與對應間隔斷路器智能終端之間的連線：連線描述起點終點斷路器位置IED1RPIT/XCBR1.Pos.StValIED2PROT/GOINGGIO1.Ind1.StVal禁止重合閘IED1RPIT/GGIO1