第六章智能變電站第三節智能變電站中的通信網絡標準需要支持各種策略以允許功能自由分布，例如：集中式或分布式系統標準應向后兼容，以適應通訊技術和系統要求的發展互操作性來自一個或多個廠家的IED之間交換信息和正確使用信息完成各自功能的能力自由配置長期穩定性一、IEC61850標準的目標：二、IEC61850的應用1、IEC61850的規定規范了數據的命名、數據定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言，使不同智能電氣設備間的信息共享和互操作成為可能不僅規范保護測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了電子式CT、PT、智能化開關等一次設備的模型和通信接口AB信息共享和互操作網絡通信二、IEC61850的應用2、要解決的主要問題

二、IEC61850的應用3、特點：●微弱信號檢測●光學傳感材料的選擇●傳感頭的組裝技術●溫度對精度的影響●振動對精度的影響ABCDE二、IEC61850的應用3、特點：●采用抽象通信服務接口，適應通信網絡技術迅猛發展●信息分層（站控層、間隔層、過程層）●面向對象建模和信息自我描述，適應開放互操作性要求●傳輸采樣測量值●快速傳輸變化值（GOOSE）FGHIJ7Client/Server通訊

模擬量采樣值(SAV)

模型

對象

服務

實時性要求以太鏈路層帶優先級的以太物理層IP

TCP

MMS

特定通訊服務映射通用變電站對象事件GOOSE

IEC61850的服務和協議棧

三、數字化變電站信息應用1、信息定義：●信息是有意義的數據，知識是有價值的信息2、信息類型：●突發事件產生的信息●操作或控制命令信息●實時傳輸的運行信息●過程層執行的功能不應由間隔層處理●間隔層執行的功能不應由站控層來執行3、應用原則：

四、系統集成機制的比較●實時性高，提供變電站自動化統一信息模型，集成代價大●標準的一致性測試、互操作性測試需要大量人力、物力●適用于非標準IEC61850IED接口轉換XML集成●系統間耦合很低、不具備實時性，不能實現標準定義的所有服務●對智能電子裝置或故障信息系統進行配置，或交換配置信息●對遺留系統進行臨時封裝，實現非實時信息交換通信規約集成

四、系統集成機制的比較●實時性較差，可實現跨應用及跨平臺的信息集成●可實現任意系統間的集成，如在線系統與離線計算系統之間API集成●實時性高，提供EMS系統統一信息模型，實現功能的即插即用●適用于不同調度自動化系統之間信息交互數據庫集成黑板集成●可實現任意系統間集成，實時性和開放性均較好●控制機制單一，開發與調試均較困難●適合實時性要求較高的場合五、信息集成應用模式運行控制IED、數據分析IED應具有相對的獨立性電費計量系統應保持相對獨立對于故障判斷相鄰間隔的元件信息十分關鍵不同間隔信息集成在于對于故障判斷處理的有效性一種是主動上送電網調度中心一種等待調度中心主站調用變電站間隔的信息應用集成變電站不同間隔之間的信息集成變電站站控層的信息集成在適當的時間將合適的信息傳遞給最需要的人六、IEC61850與以太網以太網交換技術其他問題網絡方案六、IEC61850與以太網1、以太網（Ethernet）◆以太網不是一種具體的網絡，是一種技術規范

◆由Xerox公司創建并由Xerox，Intel和DEC公司聯合開發的局域網規范，后來被IEEE作為802.3標準所采納

◆典型特征：使用CSMA/CD(載波監聽多路訪問及沖突檢測)技術

◆共享式以太網與交換式以太網六、IEC61850與以太網2、IEC61850與以太網

IEC61850特點：應用與通信相分離IEC61850特定通信服務映射在8802.3上映射到MMSIEC61850-9-2基于串行單方向多路點對點鏈接的采樣值傳輸基于8802.3上的采樣值傳輸IEC61850-9-1IEC61850-8-1IEEE1613(2003)“StandardEnvironmentalandTestingRequirementsforCommunicationsNetworkingDevicesinElectricPowerSubstations”變電站中通信網絡設備的標準環境和測試要求IEC61850-3(2002)“Communicationsnetworksandsystemsinsubstations”變電站中的通信網絡和系統六、IEC61850與以太網3、通信標準七、以太網交換機1、特點：采用存儲-轉發機制，消除沖突雙絞線端口支持自動協商和自動交叉功能MAC地址學習、優先級和VLAN技術可以優化數據流即插即用，易于實現采用RSTP支持各種拓撲結構(總線,星形,環形,網狀)Hub采用的CSMA/CD鏈路訪問機制已經過時七、以太網交換機

2、IEC61850交換機的網絡管理功能重要不重要可選●優先級和VLAN(802.1p/Q)●GMRP組播自動配置●IGMPSnooping●鏈接聚合(IEEE802.3ad)●三層交換●網絡狀態顯示,統計,故障分析功能(SNMP)●RapidSpanningTree(IEEE802.1w)用于容錯環網結構122212211七、以太網交換機

3、IEEE802.1P優先級◆ClassofService(CoS)◆QualityofService（Qos）◆高優先級數據優先通過◆多個出口數據隊列，較高優先級的數據可以先被發送◆對實時數據（如聲音/GOOSE）減少抖動和網絡延遲◆與802.1QVLAN共享標簽字節過程層通信(GOOSE和采樣值)均依賴組播！重要性七、以太網交換機

4、組播處理裝置組播過濾方案●很可能誤收！●普通交換機把組播向所有端口轉發（當廣播處理）●以太網卡硬件依靠Hash算法進行過濾ABC七、以太網交換機用VLAN來劃分組播繁瑣且不便管理●IGMP只適用于IP組播，對GOOSE、SMV不適用●GMRP二層組播管理協議，唯一可用！AB自動組播管理協議手工劃分廣播域一個獨立的以太網，它與其它網絡共用相同的硬件VirtualLAN七、以太網交換機

5、用VLAN來劃分組播●劃分原則：基于端口、MAC地址、IP地址●每個VLAN作為一個獨立的廣播域●邏輯分割而非物理分割●裝置和交換機都需要配置●IEEE802.1Q標準定義了“tagged”幀格式ABCDEVLAN示意圖七、以太網交換機

6、二層組播協議GMRPGARPMulticastRegistrationProtocolGARP的一個具體應用二層組播協議兩個組播地址報文格式為802格式GMRP用地址用戶用地址七、以太網交換機

6、組播運作步驟A要接收某個組數據的設備需發送Declaration組播數據發送者、轉發者需Register組播運作步驟轉發者重新組織發送Declaration長時間無Declaration時會終止組播的發送CBD組播數據流七、以太網交換機7、PORTMIRRORING交換網絡無法直接監視數據，必須開啟共享網絡可以直接監視數據幀可以分別監視輸入、輸出PORTMIRRORING七、以太網交換機

7、PORTRATELIMITATION可以限制所有、廣播、組播端口速率限制是后備保護使用時需計算、估算數據流，避免干擾正常通信八、網絡方案

1、IEC61850組網原則要使用者根據可行性、可靠性和重要性等因素綜合分析！IEC61850站控間隔層網絡：功能和綜自站相同多套用成熟方案（國外單環網，國內單/雙星）多套用成熟方案（國外單環網，國內單/雙星）八、網絡方案

1、IEC61850組網原則

過程層網絡●是否采取雙網？●目前尚無定論●組網vs點對點●采樣值、GOOSE、采樣同步、MMS，誰和誰合？ABCD八、網絡方案

2、環網和星型網利用RSTP協議，交換機之間通過帶內管理報文獲得網絡拓撲信息，決定冗余鏈路在何處解環交換機環網-具有一定的冗余特性（對隨機性的數據流效果較好）-有因為交換機軟件bug導致網絡風暴的風險-簡單、經濟、可靠，無冗余鏈路不會造成廣播風暴-和變電站的主接線及數據流天然一致-冗余需采用雙套網絡設備，且需設備支持環型網絡（國外應用較多）星型網絡（國內應用較多）八、網絡方案

環網和星型網對比IEDIEDIEDIED需要采用RSTP實現備用連接IED冗余接線增強網絡彈性八、網絡方案

環網站控層間隔層遠動工程師站操作員站遠動主站WMH-800WBH-801WXH-821FCK-801WXH-811Modem八、網絡方案

星形八、網絡方案

3、GOOSE網絡多級星型網通信帶寬GOOSE網絡站控層GOOSE和MMS共網2009年，點對點方案-網絡隨設備雙重化-簡單清晰，雙重化系統間無公共耦合-利用網絡實現雙重化：實現特殊應用需求-多一倍網絡投資，實際增加了故障點

裝置單網——單網單源裝置雙網——雙網單源八、網絡方案

3、GOOSE網絡——單網雙網之爭八、網絡方案4、采樣值網絡●出現組網模式的嘗試●郭家屯：9-1●其他：9-2LE2005年—2008年●以點對點方案為主●單間隔采用IEC61850-9-1或IEC60044-8FT3●跨間隔采用IEC60044-8FT32009年2009年末國調中心強勢介入——點對點 八、網絡方案5、采樣同步網秒脈沖（PPS）采樣同步網◆必須在過程層構建獨立的采樣同步網，增加了設備投資。同時增加了故障發生點，降低了系統的整體可靠性指標；◆不同廠家的合并單元對秒脈沖的處理機制不同會產生誤差；◆該同步機制只能做到相對時間同步，不能做到絕對時間的對時，因此合并單元的數據不能被某些需要絕對時間標簽的裝置使用，比如PMU。九、其它問題5、采樣同步網IEEE1588精密對時協議◆硬件對時精度在ns級別，滿足計量需要；◆與數據網絡合一，減少了故障點，增加了系統的可靠性；◆支持絕對時間；◆與GPS信號的配合關系；◆保護、測控裝置不需要采用硬件1588對時，光纖縱差保護除外。數字化/智能變電站網絡結構一數字化/智能變電站網絡結構二九、其它問題1、非常規CT對保護裝置的影響●IEC61850檢修狀態的影響●保護試驗的方案●互感器特性對保護的影響●由于各通信環節的可靠性問題帶來的保護影響ABCD九、其它問題2、技術層次的影響●采樣點數+截至頻率：抗混疊的問題●電子式互感器暫態電流型式試驗情況●互感器對一次電流的還原程度●采集單元與合并單元的通信●合并單元與保護裝置的通信●通信出錯、采樣丟點●應該做到只影響相關保護九、其它問題2、技術層次的影響●采樣點數+截至頻率：抗混疊的問題●電子式互感器暫態電流型式試驗情況●互感器對一次電流的還原程度●采集單元與合并單元的通信●合并單元與保護裝置的通信●通信出錯、采樣丟點●應該做到只影響相關保護十、智能變電站實例2003年10月——在南京供電公司六合變運行中的220kV數字化光電電流互感器景陽崗上一聲吼陽谷景陽岡冷軋薄板廠110kV變電站1）國內第一套數字化變電站

僅為過程層部分數字化

電子式互感器數字化保護

其他為傳統綜合自動化系統

2）投運時對繼電保護，運行管理提出了挑戰3）業內人士的新奇感覺陽谷景陽岡冷軋薄板廠110kV變電站中國IEC61850工程化元年2006年3月，西安少陵變投運◆實現了遠動、監控等常規自動化功能◆支持保護定值和壓板◆具備IEC61850規約轉換器◆至今運行穩定◆破冰意義