快速了解IEC61850 标准

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

近期打算写一个关于61850标准的专栏，先上一篇系统的基础知识，后续将分重点进行详细介绍，有需要小伙伴可以收藏加粉丝关注

1、基础理论知识

1.1 OSI网络通信模型

1物理层2数据链路层3网络层4传输层5会话层6表示层7应用层

1.2 TCP/IP模型

TCP/IP模型与OSI模型有不少差别，它只有四个层次，即应用层、传输层、互联层、网络接口层。

1.3 以太网技术

IEEE802标准描述的局域网参考模型与OSI七层参考模型的关系如下：

1.4 XML语言基础

1.5 XML Schema基础

2、面向对象的IEC61850建模

2.1、基础知识理解

1. IEC61850系列标准介介绍

2. IEC61850分层模型：站控层+间隔层+过程层

1. 站控层，提供人机界面，实现对间隔层设备的管理控制，并通过电力数据网与调度中心或集控中心通讯
2. 间隔层，包括继电保护装置，测控装置等二次设备过程层，包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备及其所属的智能组件
3. 过程层，包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备及其所属的智能组件

3. 协议关系

2.2 建模基本概念

1、基本概念
IEC61850标准做了两方面的标准化工作，第一对网络上传递的信息内容进行标准化，例如统一采用“XCBR”作为断路器的标准命名；第二是对这些信息交换的机制进行标准化。这一套标准的信息交换机制就是ACSI(抽象通信服务接口)

2、IEC61850模型的基本概念
信息模型和建模方法是IEC61850系列标准的核心

（1）逻辑节点LN
逻辑节点LN是关键部件，变电站自动化系统各种功能和信息模块的表达都归结到逻辑节点上实现。
IEC61850-7-4标准定义了涵盖变电站一次设备、继电保护、测量控制、计量等领域近90个逻辑节点。
逻辑节点是IEC61850数据建模的核心

线路间隔建模实例：

（2）数据和数据属性的概念
数据属性DA(Data Attribute)
公共数据类CDC
公用数据类DPC
IEC61850-7-3 共定义了30多种公用数据类，每一个公用数据均是能够被多次重复使用的模块。DPC既可以用于断路器设备数据模型，也可适用于隔离开关类设备的数据模型定义。

这些数据属性可以分为四类：

• 状态类信息status：包括反映断路器实际状态的状态值stVal、该stVal的数据品质q、以及断路器变位时的时标信息t
• 控制类信息control：包括用于控制断路器的ctlVal、反映断路器在何时接到并处理远方控制指令的时间operTm、控制指令发出者origin以及控制序号ctlNum
• 取代：包含人工置数的信息，例如在工程调试中可以根据需要将断路器位置stVal人工置成合位或分为
• 配置、描述和扩展信息，pos中还有几个数据属性用于配置具体操作细节

数据属性的定义除数据属性名、数据属性类型、值/值域三大要素外，还包括（1）功能约束FC，可理解为对数据属性DA的过滤器。pos数据属性可分为状态、控制、取代、配置、描述以及扩展。ST状态类，CO控制类，SV取代类，CF配置类，EX扩展类。FC可表征数据属性能被何种服务访问或者操作。某一类数据属性只能被特定类型服务访问（2）TrgOp=dchg（data change）含义是当stVal值变化时会触发一个报告服务。（3）M/O/C:表示数据是必选的还是可选的可选option-O、mandatory-M、有条件必选conditional mandatory-X_X_M、有条件可选X_X_O四类

（3）数据集 DataSet
数据集DataSet 是IEC61850标准的核心概念之一，它是一系列数据的集合。按照IEC61850标准定义，数据集是有序的数据引用或数据属性引用的集合。

引入数据集的目的是利用数据集对数据进行分组，以方便数据传送。各种数据有些需要实时传送，有些可以慢些传送，利用数据集可方便的对数据进行分组和打包。

（4）逻辑设备LD

逻辑节点除了数据、数据属性，还有控制、取代、读/写、目录/定义等通信服务。

（4）服务器
工程中针对实际装置建模时，可能根据功能划分成若干个逻辑设备。这些逻辑设备就包含在服务器中，除了逻辑设备外，服务器还包含关联、时间同步和文件传输服务。

关联服务：主要定义如何在不同装置之间建立并保持通信链接的机制
时间同步服务：用于传输对时信息，它为报告服务和日志记录提供毫秒级精度的时标，为同步采样提供微妙级精度的时标
文件传输服务：提供大型数据块（文件）的传输方法，例如保护装置利用文件服务将故障报告文件、录播文件上送到保护信息子站或后台监控主机。

根据IEC61850标准的定义，服务器Server模型描述了一个设备“外部可视”的行为。IED中所有的外部可视信息都包含于服务器中。

（5）客户端与服务器
IEC61850共包含客户端-服务器和发布方-订阅者两种通信模式。在变电站自动化系统中，站控层设备一般建模为IEC61850 客户端，如变电站监控主机、远动工作站；间隔层IED一般建模为IEC61850 服务器，如微机保护装置、测控装置等。

（6）IEC61850标准的分层信息模型
信息模型分为五个层次，即服务器Server、逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据Data、数据属性DA。

分层信息模型对应的服务如下：

ACSI模型和服务

2.3 分层模型定义

IED的分层信息模型自上而下分为五个层级，IEC61850-7-2相应的定义了五个抽象类，即SERVER服务器、LOGICAL-DEVICE逻辑设备、LOGICAL-NODE逻辑节点、DATA数据和DATAATTRIBUTION数据属性。上一层级的类由若干个下一层级的类“聚合”而成。

2.4 配置方式和配置文件

以下4种文件都是基于XML的SCL语言描述，学习SCL语言是阅读和了解配置文件的基础。

SCL介绍SCL(Substation Configuration description Language)变电端配置描述语言，是IEC61850的模型语言，也是不同厂家进行互操作的语言基础SCL 主要包含：变电端1次设备部分、变电端通讯部分、二次厂家的二次智能保护测控设备部分、数据模型模板部分，结构如下图所示

1. 配置文件
配置文件是使用scl语言描述变电站设备对象模型后生成的文件。详细的标准参考61850-6，该文档详细定义了变电站配置描述语言。
四种配置文件如下：

• ICD,即IED能力描述文件，由设备厂家提供，该文件描述设备本身的带有固定数目逻辑节点、数据对象和数据属性，不包含IED实例名称和通信参数，未绑定到具体应用中；
• SSD，系统规范描述文件，描述开关场一次系统结构以及关联的逻辑节点，最终包含在SCD文件中
• SCD，全站系统配置文件，SCD文件是集合变电站所有IED的模型文件，是全站系统配置文件，应全站唯一，包括变电站描述以及通信系统描述，该文件由系统集成厂家根据变电站内的电气配置结构和ICD文件配置完成。
• CID,IED配置实例文件，每个装置只有一个，由装置厂商根据SCD文件中的IED相关信息生成，包含通信部分，是IED最终的配置文件。

3、IEC61850 GOOSE

IEC61850包含“客户端-服务器”和“发布方-订阅者”两种通信模式，MMS服务在传输机制上采用的是客户端-服务器模式。

发布方-订阅者又称为对等通信模式，P2P

1. GOOSE概念
GOOSE是面向对象的变电站事件的简称，它是IEC61850中的一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IED之间重要的实时性信号。

4、IEC61850-9-2 SV服务

GOOSE 只能采用组播的方式传输，二采用值为了满足不同的应用需求，技能采用组播传输，同时支持单播传输。

5、对时服务

1. 简单网络对时服务SNMP

2. IEEE 1588精确时钟同步协议

6、MMS服务

6.1基础知识

1. 主要内容
ISO/IEC 9506 制造报文规范MMS（manufacture Message Specification）是由ISO国际标准化组织制定的。

MMS规范是一个非常庞大的协议集，它由六部分组成，第一部分服务规范和第二部分协议规范是基础，也是MMS的核心部分，这两个部分高度抽象，不涉及具体应用。具体应用由第三、四、五、六部分进行详细的定义。

2. 通信流程
MMS采用客户端-服务器模式，客户端一般是运行监视的系统，服务器是实际设备，例如保护、测控装置。

3. MMS的基本思想
MMS采用构建虚拟设备的方法来达到隐藏各装置技术细节的目的，虚拟设备由实际设备映射得到。虚拟设备在MMS中被定义的虚拟制造设备VMD（virtual manufacture device），VMD是实际设备的镜像。

4. MMS对象和服务
MMS定义了VMD（虚拟制造设备）、Domain（域）、Programe Invoation（程序）、Variable（变量）、Journal（日志）、File（文件）、Event（事件）、Semaphore（信号）、Operator Station（操作站）等对象模型。

IEC61850标准在映射到MMS时只用到MMS协议的一个子集，只采用了其中的一部分模型和服务。IEC61850用到的对象和服务如下：

• 虚拟制造设备
  由实际设备映像得到，对应61850标准分层信息模型中的服务器
  VMD主要包括对象、服务、行为
  61850标准VMD的MMS服务主要是GetNameList
  
  
  
• 域
  MMS用来管理虚拟制造设备VMD执行模式的对象，代表实际装置内的一些资源，如一个程序模块或者一个存放数据的内存区。对应61850标准分层信息模型中的逻辑设备。
  61850标准VMD的MMS服务主要是GetNameList
  
  
• 有名变量
  对应61850标准分层信息模型中的逻辑节点、数据、数据属性、报告、日志、定制组控制块模型
  （1）有名变量类型：简单类型和复杂类型
  （2）有名变量的属性：
  
  
  
• 有名变量列表
  对应61850标准分层信息模型中的数据集
  

6.2 IEC61850与MMS的映射关系

IEC61850-7-2/3/4部分定义了抽象的信息模型和服务，并设计了抽象通信服务接口（ACSI），使信息模型和服务独立于底层通信协议和网络类型。

通过特殊通信服务映射（SCSM），IEC61850将ACSI信息模型和服务映射到底层的通信协议（如应用层协议MMS）。

除GOOSE、采样值SV和时间同步外，ACSI中大部分模型和服务都映射到MMS协议上，他们是IEC61850通信体系的核心内容。

1. 对象映射关系

2. 服务映射关系

3 MMS与IEC61850的映射分析

6.3 MMS与ASN.1 编解码

ASN.1是抽象语法标记的英文缩写，处于七层开放模型的第六层。它主要包括两部分内容，语法规则和编码规则。

流程如下：