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IEC61850 9-1标准说明


1.1 数据输出 1.1.1 概述
物理层和链路层使用 IEC 61850-9-1 推荐的光纤以太网,应用层的应用规约数据单元 参照 IEC-61850-9-1 的规定,应用服务数据单元参照 IEC 60044-8 的数字输出技术要求

的应用层的规定。 使用同步脉冲来实现多个合并器采样时间的一致性。

1.1.2 通信栈

/>图 21 概括了通信栈的构成,链路层遵循 ISO/IEC 8802-3 标准。本标准常涉及到以太网 (Ethernet),后续章节将用以太网(Ethernet)这一概念代替 ISO/IEC 8802-3(CSMA/CD)。
用于 ISO/IEC 8802-3 的 SCSM:APDU 的定义 无 无 无 无 MAC 子层 ISO/IEC 8802-3 和 按照 IEEE 802.1Q 的优先权标记或 VLAN AUI 接口 IEEE 802.3 IEEE 802.3 的 100Base-FX IEEE 802.3 的 10Base-FL 物理层 应用层 表述层 会话层 传输层 网络层 链路层

图 21 通信栈

1.1.3 物理层
选用 IEEE 802.3 规定的 100Base-FX 或 IEEE 802.3 规定的 10Base-FL 光纤传输系统作为 数据输出的物理层。若配有 IEEE 802.3 规定的 10Base-T 双绞线介质仅用于试验,不可用于 实际运行。 本标准建议采样 BFOC 连接器(即 ST 型连接器) ,也可使用 SC 型连接器。 光纤传输系统通常采用两条光纤以便支持链路监视(link supervision),但需要多点传输 的场合可使用单向光纤传输。

1.1.4 链路层
1.1.4.1 以太网地址 地址域由全部“1”组成的以太网广播地址应被用作目标地址的缺省值。因此发送侧没 有必要进行地址配置。然而作为一个可选性能,目标地址应当是可配置的,例如,通过改变 组播传送地址可以借助交换机将合并单元与间隔层设备连接。 当使用交换机时源地址应使用唯一的以太网地址,不使用交换机时不要求地址的唯一

性 。 源 地 址 都 根 据 IEC 61850-9-2 部 分 的 附 录 C 规 定 的 范 围 01-0C-CD-04-00-00 ~ 01-0C-CD-04-01-FF 选取。 1.1.4.2 优先权标记/虚拟局域网 按照 IEEE 802.1Q,优先权标记用于把和保护相关的时间紧迫、高优先级的总线传输与 量大而优先级又低的总线负载分离开来。

标记头的结构:
8位 8 位组 1 TPID 2 3 TCI 4 VID User priority CFI VID 0x8100 7 6 5 4 3 2 1

TPID 值:0x8100 User Priority:三位,User priority 的值应在配置时进行设置,以便将模拟量采样值和时 间紧迫的、保护相关的 GOOSE 信息与低优先级的总线负载相区别。缺省的优先级为 4。 CFI:一位[0],Length 后无嵌入的 RIF 域/以太网标记帧中有类型域。 VID:支持虚拟局域网是一种可选的机制,如果采用了这种机制,那么配置时应设置虚 拟局域网标识(VID)。另外,虚拟局域网标识 VID 缺省值为 0。 1.1.4.3 以太网类 基于 ISO/IEC 8802-3 MAC 子层的以太网类型将由 IEEE 著作权注册机构进行注册。所 注册的以太网型(Ethertype)值为 88-BA(16 进制)。模拟量缓冲区的更新是直接映射到所保 留的以太网类型和以太网类型 PDU 上。 以太网类 PDU 结构:
8位 8 位组 1 2 3 4 5 Length 6 7 Reserved1 8 以 Ethertype 太网类 型 PDU APPID 7 6 5 4 3 2 1

9 Reserved2 10 11 … m+2 APDU

APPID:应用标识。APPID 用于选择包含模拟量采样值的信息和用于区别关联的应用。 为模拟量采样值保留的 APPID 值范围是 0x4000~0x7FFF。缺省值为 0x4000。缺省值表示 APPID 没有被配置。配置系统时将强烈推荐将 APPIP 配置为系统中的唯一值。 Length: 包括从 APPID 开始的以太网型 PDU 的 8 位位组的数目, 其值为 8+m(m<1480)。 Reserved1/Reserved2:用于将来的标准化应用。 APDU:应用规约数据单元。

1.1.5 应用层-应用规约数据单元(APDU)
映射提供在 APDU 被递交到传输缓冲区以前将若干个应用服务数据单元 (ASDU) 连接 成一个 APDU 的性能。被连接为一个 APDU 的 ASDU 的数目是可以配置的并与采样速率有 关。为减少应用的复杂性,ASDU 的连接不是动态可变的。 详细资料如图 22 所示。

APCI (应用规约控制信息)

ASDU's (应用服务数据单元)

Tag

Length

No. of ASDUs (UI16)

ASDU 1

ASDU 2

ASDU n

APDU (应用规约控制单元)

图 22 若干 ASDU 合成一帧的串连

与基本编码规则(BER)相关的 ASN.1 语法被用来对在过程层传输的模拟量采样值信息 进行编码。 为进行传送,模拟量采样值缓冲区按下表详述的方法进行编码。

表 9 用于模拟量采样值缓冲区传送的编码
按 IEC61850-7-2 篇的抽象缓冲格式 属性名称 属性类型 8 位位组:tag 8 位位组串:Length UI16:ASDU 的数目 缓冲区的 ASDU 的数目。 MAC 广播地址是以太网报头的一部 MsvID VISIBLE STRING 8 位位组串 分。 UI16:Length OptFlds DatSet LNName DataSetName LDName Sample[1…n] SmpCnt RefrTim ConfRev 数据集实例成员的值 INT16U TimeStamp INT32U UI8 改变一次加 1,缺省值为 NULL 参 见 SmpSynch BOOLEAN “NotSynch”属性 0=未定义; SmpRate INT16U UI8 1~255=与 fr 相应的每周波采样值的 数目 注:为对采样值进行编码,对 SIG 采用了公共数据类编码规则。基本数据集中的采样值和状态属性的映射 按照 IEC 60044-8 的规范进行了优化。并不要求所有的互感器都连接到合并器。在基本数据集中电流或者 电压未采用的值发送时置 0,并且置相应的数据无效标志位。 IEC 60044-8 状 态 字 的 PACKED LIST ObjectReference UI8: UI8: UI16: 当报头加入加入的 ASDU 的长度 未映射 Tag 按 ASN.1 基本编码规则编码。 Length 按 ASN.1 基本编码规则编码。 被链接成一个 APDU 并被写入采样值 本标准中的代码 备注

公共数据类的编码
UI16

参见编者注 计数器规范参见 IEC 60044-8 未映射 配置信息的版本号,逻辑设备配置每

APDU 的 Tag 的类型为上下文说明(10B) ,格式为基本格式(0) ,值为 9-1-PDU(0) , 按 ASN.1 编码为 0x80。 APDU 的 Length 表示数据域的长度。假定数据域的字 节数为 n。按 ASN.1 的编码规则,当 n≤127 时 Length 只有一个字节,值为 n;当 n>127 时,Length 有 2~127 字节,第一个字节的 Bit7 为 1,Bit0~6 为 Length 总字节数减 1,第

二个字节开始给出 n,基于 256,高位优先。 APDU 的数据域包括 ASDU 的数目和若干 ASDU。ASDU 的数目为双字节无符号整数,高位优先。 应用层-应用服务数据单元(ASDU) 应用服务数据单元为 IEC 60044-8 的通用数据帧。应用服务数据单元还包含了一些标识 符(如逻辑节点名、逻辑设备名等)以和 IEC 61850-9-1 兼容。 1.1.5.1 数据集长度 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 长度域包含随后的数据集长度。这个长度不包括长度域本身。按 IEC 60044-8 规定,长 度总是 44(十进制) 。 1.1.5.2 逻辑节点名(LLName) 类型为 8 位枚举型,值域为<0..255>。 逻辑节点名总为 2。 1.1.5.3 数据集名(DataSetName) 类型为 8 枚举型,值域为<0..255>。 数据集名是唯一的数字,用于标识数据集结构,也就是数据通道的分配。这里允许的取 值有 01 或 0xFE(十进制 254) 。 表 10 定义了 DataSetName 为 01 时数据通道到信号源的分配。 表 10-DataSetName=01(通用应用)的数据通道映射
DataSetName 信号源 对象路径名 01 参考值 比例因子(见表 3) 数据通道 1 数据通道 2 数据通道 3 数据通道 4 数据通道 5 数据通道 6 数据通道 7 数据通道 8 数据通道 9 数据通道 10 数据通道 11 数据通道 12 A 相电流.保护用 B 相电流.保护用 C 相电流.保护用 零序电流 A 相电流.测量用 B 相电流.测量用 C 相电流.测量用 A 相电压 B 相电压 C 相电压 零序电压 母线电压 PhsATCTR.Amps PhsBTCTR.Amps PhsCTCTR.Amps NeutTCTR.Amps PhsA2TCTR.Amps PhsB2TCTR.Amps PhsC2TCTR.Amps PhsATVTR.Volts PhsBTVTR.Volts PhsCTVTR.Volts NeutTVTR.Volts BBTVTR.Volts 额定相电流 额定相电流 额定相电流 额定零序电流 额定相电流 额定相电流 额定相电流 额定相电压 额定相电压 额定相电压 额定相电压 额定相电压 SCP SCP SCP SCM SCM SCM SCM SV SV SV SV SV

注 对象路径名参见 IEC 61850-9-1。

DataSetName 为 0xFE 时表示特殊应用数据集, 在表 10 的通道映射不能满足应用要求时

使用。这时合并器将通过一定形式将数据集定义提供给二次设备。 DataSetName 的值不能在运行时改变, 也就时说在出厂前的设计和配置时便确定数据通 道的分配。 1.1.5.4 逻辑设备名(LDName) 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 逻辑设备名在一个变电站中是唯一的, 用于标志数据集的来源。 逻辑设备名可以在安装 时设置。 1.1.5.5 额定相电流(PhsA.Artg)。 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 注:参照 IEC 61850-7-4 每相可以拥有自己的额定值。为了信息模型能被通用数据集包 含,我们选择 A 相代表三相。 给出额定相电流,单位是安培。 注:这个值是可选的。如果不使用这个值,用 0 替代它。这时应象使用传统互感器一样 设置接收者。如果不设置接收者,就必须传送它,这样可以减少设备配置错误的风险,也可 简化设置工作。 1.1.5.6 额定零序电流(Neut.Artg)。 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 给出额定零序电流,单位是安培。 注:这个值是可选的。如果不使用这个值,用 0 替代它。这时应象使用传统互感器一样 设置接收者。如果不设置接收者,就必须传送它,这样可以减少设备配置错误的风险,也可 简化设置工作。 1.1.5.7 额定相电压和额定零序电压(PhsA.Vrtg)。 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 注:参照 IEC 61850-7-4 每相可以拥有自己的额定值。为了信息模型能被通用数据集包 含,我们选择 A 相代表三相和零序电压额定值。 给出额定相电压,单位是1

(

3 × 10 kV。这样选择单位是为了避免换算时产生误差。 3 kV,在数据帧里表示为

)

例如互感器额定电压为 500kV,则额定相电压为 500

500

3 × 3 × 10 = 5000 。
注:这个值是可选的。如果不使用这个值,用 0 替代它。这时应象使用传统互感器一样

设置接收者。如果不设置接收者,就必须传送它,这样可以减少设备配置错误的风险,也可 简化设置工作。 1.1.5.8 额定延迟时间 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 给出模数转换和数据处理带来的延时的额定值,单位是 ?s 。 设发数据帧开始发出时刻为 tc,这一帧数据表示的电流电压在一次侧出现的时刻为 tp,

则延迟时间为 tc-tp。 互感器额定延迟时间为 500 ?s ,允许误差范围-100%~+10%。 1.1.5.9 数据通道 1~数据通道 12(DataChannel#1~DataChannel#2) 类型为 16 位整数,值域为<-32768..32767>。 12 个数据通道给出各个信号源的瞬时值,通道分配由数据集名决定,参见数据集名的 说明。 保护用相电流的比例因子由保护用电子式电流互感器额定输出值确定, 测量用相电流的 比例因子由测量用电子式电流互感器额定输出值确定(参见表 10) 。 例如一个保护用电子式电流互感器的一次额定电流为 4000A (有效值) 额定输出 , (SCP) 为 0x01CF(有效值,量程标志为 0) 。数据通道输出的数值,如 0x2DF0 对应一次电流瞬时 值为 (0 x 2 DF 0 / 0 x01CF ) × 4000 A = 101598 A 。 如果发生溢出,正溢出的输出码为 0x7FFF,负溢出的输出码为 0x8000。 如果传感器输出的是电流的导数,则比例因子应考虑一次电流的额定角频率 (ω = 2 ×π × fr ) 。 相电压、零序电流和零序电压的比例因子类似于相电流。 零序电流如果是由三相电流计算而来, 在任一相溢出时就按溢出处理。 零序电压也一样。 1.1.5.10 采样计数器(SmpCtr) 类型为 16 位无符号整数,值域为<0..65535>。 这个 16 位采样计数器用于检查数据内容是否被连续刷新。 每发送一个新的采样数据集, 计数器增加 1,溢出后回到 0 重新开始计数。 当合并器使用同步脉冲时, 合并器收到每个同步脉冲都将把采样计数器清零。 采样计数 器为零的数据帧的数据对应同步脉冲发生时刻的一次电流电压。 1.1.5.11 采样速率(SmpRate) 类型为 8 位无符号整数,值域为<0..255>。 给出额定频率下每周波时间内输出的采样数据集数目, 0 时无意义。 为 这里采样速率等 于互感器的数据速率。 1.1.5.12 配置版本号(SmpRate) 类型为 8 位无符号整数,值域为<0..255>。 在每次修改逻辑设备配置时增加 1,缺省值为 0。 1.1.5.13 状态字(StatusWord#1 和 StatusWord#2) 类型为 16 位布尔量集。 它们的解释见图 23 和图 24。 如果某个数据通道未使用,则其响应的状态标志置为无效,数据通道内容置为 0x0000。 如果一个传感器故障,其相应的状态标志置为无效,并将需要维护标志 (LPHD.PHHealth)置位。

在唤醒期间数据无效,所有的数据无效标志和唤醒指示标志都置位。 同步脉冲丢失或无效标志在下面逻辑满足时置位:[[同步脉冲丢失 或 同步脉冲无效] 与 [合并器的内部时钟漂移大于额定相位误差限制的二分之 1]]。

解释 第0位 需要维护(LPHD.PHHealth) 0:正常 1:告警(需要维护) 第1位 模式(LLN0.Mode) 0:正常运行 1:测试 第2位 唤醒期间指示 唤醒期间数据无效指示 第3位 合并器同步方式 0:正常,数据有效 1:唤醒期间,数据无效 0:不能使用插值算法同步 1:可以使用插值算法同步 第4位 合并器同步标志 0:采样已同步 1:同步丢失或无效 第5位 数据通道 1 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第6位 数据通道 2 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第7位 数据通道 3 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第8位 数据通道 4 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第9位 数据通道 5 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第 10 位 数据通道 6 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第 11 位 数据通道 7 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第 12 位 电流传感器类型 0:电流值 1:电流的导数 第 13 位 量程标志 0:保护电流比例因子 SCP= 0x01CF 1:保护电流比例因子 SCP= 0x00E7 第 14 位 第 15 位 备用 备用

备注

在唤醒期间被置位

如果使用插值算法, 这个 位将总是 1

在使用 Rogowski 线圈且 没有积分环节时置位。

图 23 -状态字 1(StatusWord#1)

解释 第0位 数据通道 8 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第1位 数据通道 9 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第2位 数据通道 10 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第3位 数据通道 11 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第4位 数据通道 12 无效标志 0:数据有效 1:数据无效 第5位 第6位 第7位 第8位 第9位 第 10 位 第 11 位 第 12 位 第 13 位 第 14 位 第 15 位 备用 备用 备用 自定义 自定义 自定义 自定义 自定义 自定义 自定义 自定义

备注

图 24 -状态字 2(StatusWord#2) 1.1.5.14 应用服务单元(ASDU)内容
27 字节1 字节2 字节3 字节4 字节5 字节6 字节7 字节8 字节9 字节10 字节11 字节12 msb msb msb 数据集 报头 msb msb msb msb 26 25 24 23 22 21 20 lsb 逻辑节点名(LNName=02) 数据集名(DataSetName) 逻辑设备名(LDName) lsb 额定相电流 (PhsA.Artg) 额定零序电流 (Neut.Artg) 额定相电压 (PhsA.Vrtg) lsb lsb lsb lsb lsb 数据集长度( =44dec)

字节13 字节14 字节15 字节16 字节17 字节18 字节19 字节20 字节21 字节22 字节23 字节24 字节25 字节26 字节27 字节28 字节29 字节30 字节31 字节32 字节33 字节34 字节35 字节36 字节37 字节38 字节39 字节40 字节41 字节42 字节43 字节44 字节45 字节46

msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb msb

额定延迟时间 (PhsA.Vrtg) 数据通道 1 (DataChannel#1) 数据通道 2 (DataChannel#2) 数据通道 3 (DataChannel#3) 数据通道 4 (DataChannel#4) 数据通道 5 (DataChannel#5) 数据通道 6 (DataChannel#6) 数据通道 7 (DataChannel#7) 数据通道 8 (DataChannel#8) 数据通道 9 (DataChannel#9) 数据通道 10 (DataChannel#10) 数据通道 11 (DataChannel#11) 数据通道 12 (DataChannel#12) 状态字 1 (StatusWord#1) 状态字 2 (StatusWord#2) 采样计数器 lsb 采样速率 配置版本号 lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb lsb

图 25 -应用服务单元帧结构

1.1.6 以太网通信帧结构描述
字 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MAC 报头 帧起始 目地址 报头 8 7 6 5 4 3 2 1

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 · · · · 必要的填充字节 APDU 以太网类 型 PDU 保留 2 保留 1 Length APPID EtherType 优先权标 记 TPID TCI 源地址

帧校验序列

图 26 -以太网通信帧结构


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