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IEC+61850报告控制模型及应用问题讨论


第37卷第6期 2009年3月16日

电力系统保护与控崩
Power

、,01.37 No.6

System Protection and Control

Mar.16,2009

l EC

61

850报告控制模型及应

用问题讨论
张冉,任春梅,贺春

(国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心,河南许昌461000)
摘要:解析了IEC 61850标准中报告模型的原理和定义,以缓存报告控制块BRCB为例,概括性地描述了各个属性的应用方

法和注意事项,针对目前报告控制模型中存在的疑点和盲点,特别是历史事件条目的重传和同步、缓冲区溢出的处理以及事
件顺序记录的保证方法等,引入了IEC 61850维护工作组最新的观点进行了阐述和讨论,有利于厂家在今后进一步合理的应 用报告控制模型。 关键词:IEC 61850;报告;BRCB;Ti ssue IEC 61850 report model and its application problems discussion
ZHANG Ran,REN Chun—mei,HE Chun (National Center for Quality Supervision and Testing of Relay and Automation Equipment,Xuchang 461000,China) principle and definition of report model,and takes the BRCB as all example tO depict the method of each attribute.For the puzzling points and issues that are not clear,especially the resync and resend of historical entries,buffer overflow handling and the assurance of sequence of event,it discusses the view points of IEC 6 1 850 editor
Abstract:This paper analyzes the application group,which is helpful for the


manufacturers

to use

the

reporting model

more properly.

Key words:IEC 61850;report;BRCB;Tissue

中图分类号:TM73;TM763

文献标识码:A

文章编号:

1674.3415(2009)06.0093.05

0引言
《IEC 61850变电站通信网络和系统》作为电

并指定维护工作组对所有Tissue进行了讨论和意见 统一,最终将所有的统一意见在修订版IEC 自以上网站。

61850

中进行体现。本文列举的部分意见包括结论,也来

力系统自动化领域乃至其他公用事业(水电、风力 发电等)未来升级所采用的换代标准【lj,目前在国 内外已经广泛开展了工程应用和试验研究睇J,而且 随着2006年该系列标准第一版发布后第一批示范

报告模型的定义
与GSE(通用变电站事件)具有高传输性能而

1.1报告模型的原理与组成 且按节律传输和重传并可以多路广播不同,Report 模型主要基于双边应用关联TPAA、面向连接、每 个报告只传输一次且可进行一定时间的缓存,这种

工程的陆续投入运俐川,目前已经取得了部分现场
互操作的反馈意见和扩展需求,因此IEC TC57也 正在着手起草第二版IEC61850,预期也将于2008 年年内正式发布H。 本文从IEC 61850—7—2部分设计的Report报告 模型入手,详细阐述了lEC 61850标准框架内,传 统的遥测、遥信值如何通过Report服务得以传送, 并针对第一版IEC61 850中对Report模型规定不清

设计主要考虑到间隔层到变电站层的通信接口,数 据的实时性并不是最晕要的指标,间隔层设备应具 有信息过滤、处理和组合能力,便于变电站层lED 进行基于报告的各类数据的信息提取。
如图l所示,IEC61850的Report模型主要由

晰和存在争议的地方,进行了讨论和研究。
为了收集和研讨IEC
Users

61850在应用中的疑问,
International

负责IEC 61850标准技术答疑的UCA

Group组织专门设立了WWW.tissues.

iec61850.tom网站,征集了许多用户在应用和研究
中发现的正C 61850疑问Tissue(Technical Issue),

报告控制块、报告处理器和事件监视器三个逻辑组 件合作完成——对RCB报告控制块的读写操作实 现报告内容的定制,然后通过事件监视器监视报告 控制块引用数据集的所有数据对象并在定制的触发 条件下生成事件交由报告处理器进行缓存或直接主

万方数据

..94..

电力系统保护与控羽

动上送,实现变电站后台对间隔层设备遥测和遥信 等信息的监测。

者客户远程SetRCBValues造成DatSet属性值改变 的两种情况(见Tissue453,可选)。 选项域OptFlds:BRCB所发出报告中的特定可 选域。客户端可修改此属性,实现对报告格式的定 制。
表1 BRCB类定义
Thb.1 Deftnition of BRCB class

序号

属性名
BRCBName

序号


属性名
BufTm

图1 Report模型的原理框图
Fig.1



Components of report model



BRCBRef



SqNum

1.2报告模型的分类 61850的Report模型主要设计了两个报告 控制类,BRCB缓存报告控制块和URCB非缓存报 告控制块。两者的主要区别是URCB由于不在服务
IEC



RptID

lO

Tr90ps



RptEna

11

IntgPd



DatSet

12

GI



ConfRev

13

PurgeBuf

器当地缓存事件而只在报告生成时立即发送,在关
联不存在或传输数据流速滞后于事件生成速度时会 造成事件的丢失;而BRCB由于具有当地存储功能,



OptFlds

14

EntryID

sequence—number
report—。time。。stamp

15

TimeOfEntry

可以保证DATA值不被丢失而且在服务器当地保持
事件顺序SOE属性。 BRCB比较适用于传输遥信变位、保护动作等 重要性高、需要确保传输或蓖新调阅的事件数据, 而URCB在上送普通遥测等刷新较慢而且重要性低 的数据时较为适用。 由于从传输机制上,BRCB与URCB并无较大 区别,因此以下只以BRCB为例,介绍正C61850 的Report应用模型的使用。

reason—for—inclusion data——set--name
data—reference

buffer—overflow

entrylD COnf—revisioR

缓存时间BufTm:对BRCB的dchg、qchg或 dupd引起的内部事件的缓存时间间隔,在间隔内产 生的内部事件将只生成单个报告。为了避免同一个

2报告的BRCB控制块类
2.1

BRCB控制块的组成
报告使能RptEna:控制并指出BRCB的当前状

状态点在单个报告中重复出现带来的解析错误,规
定状态信息可以采用提前终止Buftm,立即发送前 一报告,而后重启Buftm定时器,缓存同一状态点 的第二个变化事件;模拟量信息可以采用相同做法, 也可以用新值代替挂起报告中的当前值。 顺序号SeqNum-BRCB在生成报告并即将交 由下层协议栈传输时所赋予报告的顺序号,每次传 输报告时加1,并在再次RptEna使能时进行复位。 触发选项TrgOp:BRCB监视对象产生报告的 触发条件,包括数据标号dchg、品质变化qchg、数 据刷新dupd、完整性integrity、总召唤general- interrogation。对于BRCB,TrgOp是核心的驱动机 制。 完整性周期Intgpd:服务器启动上送所有 DatSet的成员对象值报告的周期。 总召唤GI:由客户端启动的召唤所有DatSet

态。使能传输时将使该BRCB仅对唯一的客户端开
放使用,而且仅能允许停止使能和激活总召唤GI

两种控制操作。随着关联的中断,服务器将RptEna
自动置为停止使能,但当地仍然缓存发生的事件(仅 限data—change,quality.change和data—update触发条 件产生)并在再次使能RptEna后上送。

数据集引用DatSet:指明被监视DATA—SET的
对象引用。在DatSet配置发生改变时,服务器将清 空报告缓冲区,以免以往定制的旧报告对客户端形

成干扰。
配置版本号ConfRev:DatSet配置改变次数的 计数器。由于IEC 61850禁止直接通过通信服务修 改DATA—SET的成员,因此ConfRev的改变包括使

用配置工具进行数据集成员的删除或重新排序,或

万方数据

张冉,等

IEC

61850报告控制模型及应用问题讨论

一95.

的成员对象值报告的使能属性。

图2显示了一个典型的61850事件条目存储区
的情况。在这个存储区内,已发送的条目、正在组

清除缓存PurgeBuf:客户端请求舍弃所有
BRCB所缓存的报告。 条目标识符EntryID:任意的八位位组串,用

包等待传输的条目以及新的正在生成中的条目形成
了一个循环队列,先进先出,而且在溢出时,可以 采用丢弃队列最旧条目的办法来确保新事件的存储 空间。

以标识缓存的顺序事件的条目,其值为服务器初始
设定,在传输过程中可由客户端设置该属性,完成 续传未发送报告、重传已发送报告或确认已收到报 告的特定功能。 条目时间属性TimeOfEntry:条目写入缓冲区

的时间,而非事件发生的时间。 2.2报告的数据组成和存储区
2.2.1报告的格式 服务器在RptEna使能之后,根据BRCB的设

置隋况,可以上送相应的Report报告,其格式如表
2,包括了一些可选域(客户端可以选择定制的信息, 见灰色部分)和非可选域(即必备要素)。一个基本 的报告应具有RptID、OptFlds和所有Entry的Value、 ReasonCode(触发原因)。
表2报告格式定义
Tab.2

图2报告处理器中的事件条目队列
Fig.2 General queue of entries for report handler

2.3报告的状态机

Fomlat of report 对应BRCB的OptHds选项

序号
1 2 3

属性名
RptlD OptFlds SqNum

sequence—number=TRUE

SubSqNum MoreSegmentsFollow
4 5 6 7 Entry DatSet Bufovfl ConfRev TimeOfEntry EntrylD DataRef dat.set.nanle=TRUE BR

buffer-overflow=TRUE
conf-revision=TRUE

report?time—stamp 2

TRUE

entrylD=TRUE
data—reference=TRUE

Ⅷue
ReasoiiCode

图3 BRCB的修订版状态机
Fig.3

Revised BRCB

state

machine

2.2.2报告的数据组成 如图l所示,报告的数据对象来源于BRCB中 配置的数据集,事件监视器负责实时检测数据集中 对象的数据变化以及何时生成一个事件指示给报告 处理器。由于物理I/O设备和事件监视器的双重因 素,事件指示中的数据值个数并不是确定的。 事件指示在传送给事件处理器后,并不一定立 即生成条目Entry,因为BRCB的一些控制参数如 Bu盯im等可能会将一些事件指示进行组合形成仅 一个Entry,并赋予唯一的EntrylD,而这个En仃yID 对应的TimeofEntry将是事件处理器接收到这个 En仃v内第一个事件指示时的时间。 2.2.3报告存储区 在第一版的7—2的14.2.2.5中,由于对于客户 端与服务器之间报告的同步方式缺乏具体的介绍,

UCA维护工作组起草的文献【5】增加了resync状
态,即客户端为获取服务器上特定EntrylD以后或 全部Entry而对EntrylD进行写的过程。

3报告模型的应用问题讨论
3.1事件条目的重传和同步
按文献【5】的说明,在图3所示在RptEna停止 使能的条件下,客户可以写EntrylD,从“停止使 能”进入“再次同步”状态,且写的结果分三种情 况:1.如果客户所写的EntrylD在服务器端的条目

万方数据

.96.

电力系统保护与控砌

队列中不存在,服务器可进行ServiceError响应, 即写EntrylD失败;2.如果存在,则表示客户需要

3,4缓冲区溢出 BufOvfl参数主要向客户表示缓冲区的某些 entry可能已经丢失。出现这种丢失可能由以下两种 情况下发生: 1)在RptEna停1卜使能的情况下,由于report monitor仍然不断的按照配置的trgops产生新的条 目,导致当地的物理存储区溢出,删除了溢出以后 报告队列中的最旧entry。如果此时RptEna使能, 服务器应在上送的第一个报告中置BufOvfl为tme, 随后的报告均置BufOvfl为false。 2)在RptEna使能的情况下,由于传输带宽过 窄或者事件发生过快过多,也会导致服务器物理存 储区溢出。但这时的溢出,可分为以下两种情况: 情况l:部分entry已经发送(13#Entry以前), 但缓冲区已满。在产生新事件(9#Entry)时,必 须删除已发送的36#entry,以循环占用存储空间。 此时的event handler继续处理并传输未发送的1# Entry,由于此时并没有发生事件的丢失,因此l# Entr’r报告的BufOvfl是不需要置true的。

同步所写En叫ID以后的所有En哪事件;3.如果
所写的En仃vID为0,则表示客户需要同步服务器 上所有Entry事件。第2和3种情况下,服务器需 要回复写服务的response+,并记录resync状态的 EntrylD值。 在客户成功设置服务器BRCB的Entn,lD后, 客户可以请求RptEna使能,从而进入“使能”状态。

如果此前resync状态中设置En时ID为0,服务器
将与从“停I卜使能”到“使能”的直接转换过程一

样,上送所有当地存储的Entry;如果设置的EntrvID
为非0值,则服务器上送EntrylD值之后的所有 En仃y。这样就顺利完成了已发送报告的重传或者遗

漏报告的IJ步过程,需要注意的是所有缓存En竹
在上送时均应按照正确的时序。 3.2 EntryID和TimeOfEntry的值
针对Entn,ID和TimeOfEntry在客户

GetBRCBvalues时应上送的值,Tissuel90提出了以
下建议: 1)当BRCB处于“停止使能“状态:返回最

新进入缓冲区的entrylD值;
2)当BRCB处于“resync”状态:返回客户 SetBRCBValues时所写的EntrylD值;

3)当BRCB处于“使能”状态:返回上次发送
的最后一个EntryID值。 TimeOfEntry在GetBRCBValues读的值:应返 回此时BRCB中EntrylD的TimeofEntry,也就是此

En时ID在缓冲区形成或者说该事件进入缓冲区的
时间。 Tissuel90的建议说明了EntryID、TimeOfEntry

图4在使能状态下丢弃条目不需要指示信息丢失的情况
Fig.4 Entry discard that does
not cause

indication of loss of
state

information in enabled

的组合在整个IED的生命周期中将是唯一性存在
的。 3.3事件顺序记录 根据第一版7.2标准14.2.3.2.3.5,由TrgOps 为总召唤GI或完整性Integrity产生的报告在分成子

情况2:缓冲区的所有Entry均未发送,但缓冲 已满。这种情况下新9#事件的产生意味着需要将

报告传输的过程中,有可能被优先级更高的
data—change等中断插入传输,客户在接收这些报告

时,可以根据SqNum的递增顺序来确定报告的时
序,即先生成的子报告即使后到达客户,其包含的 旧状态也不会被采纳, 因为其SqNum小于先到达

的高优先级报告。
但在文献[5】中,提出了GI和Integrity报告不
图5在使能状态下由于资源限值而需要指示丢失信息的情况
Fig.5 Indication of loss of

能被中断,全部上送完毕后才上送其他报告以确保
时序正确的新办法,需要引起注意。

information due
state

to resource

constraints in enable

万方数据

张冉,等

IEC

61850报告控制模型及应用问题讨论
XIN

一97-

1#Entry从缓冲区中删除,从而EventHandler将不 得不将发送任务指针指向12#事件,这样就造成了 未发送事件的丢失,此时在上送12#事件的报告中 需将Bufovfl置true,表示此前有事件丢失。12#以 后的En仃y在上送时如果未继续发生删除事件的情 况,应保持BufOVfl为false。
,,

Yao-zhong,WANG
on

Yong-fu,REN

Yah-ming.

Survey

Research,Development and InteroperabiUty

1rest of IEC 61850 in

China[J].Automation of Electric

Power Systems,2007,31(12):1-6,72.

¨。

高祥,周健,周红,等.IEC 61850标准在南桥变电站 监控系统中应用【J】.电力系统自动化,2006,30(16):
105.107. GAO Xiang,ZHOU Jian,ZHOU Hong,et a1.Application of IEC 61850 Standard in SCADASystem of Nanqiao of

4结论
报告控制模型涉及到变电站自动化系统的大部 分监测功能,因此各个应用细节值得推敲和讨论。 在现阶段未发布正式的修正模型之前,关注和跟踪 IEC和UCA组织针对标准所作的修订意见(如 Tissue),有利于理解报告模型的设计思想,为解决 在设备运行互操作阶段遇到的问题提供了借鉴,并 为下一步顺利过渡到IEC 垫。 参考文献
[1]IEC
61850—1

Substation[J].Automation
2006,30(16):105-107.

Electric

Power

Systems,

[4] Is]

http:Hwww.iec.chIEB,OLl.
Reporting Revision 10revision pw:iec6 1

7:ftp.sisconet.corn.Usemame=wg 850[EB/OL].

61850

Ed2.0做良好的铺

收稿日期:2008-'04-28; 作者简介:

修回日期l

2008-05-13

张冉(1 982一),男,工程师,从事电力系统自动化、

通信规约的测试与研究上作;E-mail:zhangran@ketop.cn
Communication Networks and Systems in

任春梅(1980-),女,工程师,主要研究方向为电力 系统自动化的测试; 贺春(1973-),男,硕士,高级工程师,长期从事 电力系统自动化标准起草和测试研究工作.

Substations Part 1:Introduction and

Overview[S].

[2]辛耀中,王永福,任雁铭.中国IEC61850研发及互操 作试验情况综述【J】,电力系统自动化,2007,31(12),
1.6.

(上接第87页continued

from page 87)

Jiaxing Electric Power Bureau Accident

Bureau.Jiaxing E1ectric Power

相关回路断开,P2屏IS—AC5、IS—DC2相关回路断 开,P3屏IS—DC3相关回路断开,P4屏IS_DC4相 关回路断开,同时工作范围限制在P5屏。
[3]

Compilation【Z].Jiaxing.2004.

王树春,赵志江.变电所二次回路设计中的注意事项 【J】.继电器,200|6,34(1):82—86.

WANG
Design
[4]
IEEE Circuit

Shu—chun,ZHAO

Zhi-jiang.Attentions

on

4结束语
二次回路检修隔离点的设计可以大大提高继 电保护检修工作的安全性、隔离措施的有效性,缩 短隔离措施的实施和恢复时间,增加继电保护检修 的有效工作时间。同时也是一种减少继电保护检修 过程中误碰事故的有效措施。二次回路检修隔离点 的推广需要设计部门、制造厂和运行单位共同努力, 为继电保护检修工作的安全开展创造良好的条件。 参考文献
[1] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护典型敝障 分析【M】.北京:中国电力出版社,2000. State Power Dispatching and Communication
Typical Electric Power Failure Power Analysis of Relaying Centen of

of Secondary Circuits in

Substaions[J].Relay, Committee Relay Trip
Trip Circuit and

2006,34(1):82.86.
Power

System Relaying

Design Working Group.Relay
York:Institute of

Design[Z].New [5]
Kumm

Electrical

Electronics Engineers J

Inc,

1999.
E O,et a1.

J,Weber M S,Schweitzer Western

Philosophies for Testing Annual

Protective Relays[A】.h:20th Protective Relay Conference[C].

1993.19.21.

收稿日期:2008-05-14; 作者简介:

修回日期:2008-06-02

王树春(1977-),男,高级工程师,从事变电设备检修
管j翌-r_作;E-mail:wscysk@gmail.corn


Protection

System【M】.Beijing:China Electric Press,2000.

杨林(198卜),男,助理工程师,从事继电保护检修
工作.

[2]嘉兴电力局.嘉兴电力局典型事故(事件)汇编【z】.嘉 兴:2004.

万方数据


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