IEC61850規(guī)約報文分析

1、IEC61850規(guī)約報文分析IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，它是由國際電工委員會第57技術(shù)委員會(IECTC57)的3個工作組10,11,12(WG10/11/12)負(fù)責(zé)制定的。此標(biāo)準(zhǔn)參考和吸收了已有的許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其中主要有:IEC870-5-101遠(yuǎn)動通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);IEC870-5-103繼電保護(hù)信息接口標(biāo)準(zhǔn);UCA2.0(UtilityCommunicationArchitecture2.0)(由美國電科院制定的變電站和饋線設(shè)備通信協(xié)議體系);ISO/IEC9506制造商信息規(guī)范MMS(ManufacturingMessageSpecificat

2、ion)。變電站通信體系IEC61850將變電站通信體系分為3層:變電站層、間隔層、過程層。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點向多點的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED,測控單元和繼電保護(hù))均采用統(tǒng)一的協(xié)議,通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。IEC61850的特點是1)面向?qū)ο蠼?2)抽象通信服務(wù)接口;3)面向?qū)崟r的服務(wù);4)配置語言;5)整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。IEC61850建模了大多數(shù)公共實際設(shè)備和設(shè)備組件。這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識符、行為和控制,例

3、如變電站和饋線設(shè)備(諸如斷路器、電壓調(diào)節(jié)器和繼電保護(hù)等)。1 IEC 61850-5中的報文類型和特性分類功能與框架概述GSSEMMS Protocol TimeSync(SNTP)GOOSESV. ISO/IEC8802-3 LLCISO COGSSETCPUDP/IPISO/IEC8802-3以上為IEC61850規(guī)約報文類型框架概述，其中 SV 表示采樣值報文使用以太網(wǎng)組播方式； GOOSE 表示通用面向?qū)ο笞冸娬臼录笪氖褂靡蕴W(wǎng)組播方式； TimeSync 表示時間同步報文使用UDP組播(廣播)方式傳送；MMS Protocol 表示核心的ACSI服務(wù)報文采用TCP/RFC1006方

4、式傳送；GSSE 表示通用變電站狀態(tài)事件報文使用自定意的GSSE傳輸層；2 傳輸層框架分析GOOSE 傳輸層框架OSI 模型分層規(guī)范m/o名稱服務(wù)規(guī)范協(xié)議規(guī)范傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層優(yōu)先級標(biāo)志/虛擬局域網(wǎng)IEEE 802.1Q m載波偵聽多路檢測/碰撞檢測(CSMA/CD)ISO/IEC 8802-3:2001 m物理層（可選1）10/100M 雙絞線以太網(wǎng)ISO/IEC8802-3：2001C1用于ISDN 基本接入接口的連接器 注aISO/IEC 8877:1992物理層（可選2）100M 光纖以太網(wǎng)ISO/IEC8802-3：2001基本光纖連接器注bIEC60874-10-1，IEC60

5、874-10-2 和IEC60874-10-3a 這是用于10M 雙絞線連接器的規(guī)范b 這是用于ST 連接器的規(guī)范c1 建議至少實現(xiàn)兩種物理接口中的一種?？梢允褂酶郊踊?qū)淼募夹g(shù)。GSSE 傳輸層框架OSI 模型分層規(guī)范m/o名稱服務(wù)規(guī)范協(xié)議規(guī)范傳輸層無連接傳輸層ISO/IEC 8072:1996ISO/IEC 8602:1995網(wǎng)絡(luò)層無連接網(wǎng)絡(luò)層ISO/IEC 8348:2002ISO/IEC 8473-1:1998ISO/IEC 8473-2:1996端系統(tǒng)到中間系統(tǒng)(ES/IS)ISO9542:1988數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制ISO/IEC 8802-2:1998載波偵聽多路檢測/碰撞檢測

6、(CSMA/CD)ISO/IEC 8802-3:2001 m物理層（可選1）10/100M 雙絞線以太網(wǎng)ISO/IEC 8802-3:2002C1用于ISDN 基本接入接口的連接器 注aISO/IEC 8877:1992物理層（可選2）100M 光纖以太網(wǎng)ISO/IEC8802-3：2001基本光纖連接器注bIEC60874-10-1，IEC60874-10-2 和IEC60874-10-3a 這是用于10M 雙絞線連接器的規(guī)范b 這是用于ST 連接器的規(guī)范c1 建議至少實現(xiàn)兩種物理接口中的一種?？梢允褂酶郊踊?qū)淼募夹g(shù)。TimeSync 時間同步的傳輸層-框架無連接的UDP數(shù)據(jù)報格式 SV采

7、樣值傳輸層-框架IEE802.3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包MMS Protocol傳 輸層-框架TCP/RFC1006傳輸協(xié)議3 報文格式說明面向系統(tǒng)-范圍事件的通用對象(Geneic object oriented systen -wide events GOOSE )介紹GOOSE提供了為快速的和可靠的數(shù)據(jù)系統(tǒng)-范圍分配的可能性。基于自動分布的概念的GOOSE模型提供了一個高效的方法可以同時多路廣播/廣播傳輸一個報文和同一個GOOSE報文向多個IED(智能電子裝置)傳輸。GOOSE模型是基于IED(智能電子裝置)的輸出(主要為狀態(tài)信息)向?qū)Φ?被登記enrolled)IEDS(智能電子裝置)異步報告，對

8、于GOOSE模型, 輸入輸出的數(shù)據(jù)是從報告IED(智能電子裝置)的方面來看的。注1- 許多領(lǐng)域應(yīng)用例如繼電保護(hù)、遠(yuǎn)方饋線跳閘、互鎖、電壓無功調(diào)度要求在實現(xiàn)這些應(yīng)用的IEDS之間對等通信。有許多發(fā)送它是為繼電保護(hù)的IED的對等通信所尋址。 注2-為了定義映射，按照所采用的棧不同，達(dá)到什么樣的可靠性和短的傳輸延時，實現(xiàn)方法是不同的。 多于一個的輸出數(shù)據(jù)可以綜合到采用廣播或者多路廣播的一個數(shù)據(jù)集之中。由SetGOOSEControlValue服務(wù)對GOOSE控制對象進(jìn)行參數(shù)化。GOOSE控制對象按照配置行為激活GOOSE報文傳輸。GOOSE報文將包含一些讓接收IED知道一個報文已被丟失的信息、狀態(tài)變

9、位和自上次狀態(tài)變位以后的時間。上次狀態(tài)變位以后的時間稱為“ back time”。 允許接收的IED設(shè)置相對給定事件的當(dāng)?shù)赜嫊r器。 一個新激活的IED(合上電源和重新服務(wù))將發(fā)送現(xiàn)行數(shù)據(jù)(狀態(tài))當(dāng)作啟功GOOSE報文。任意一個IED任何時候都可以請求特定的IED的狀態(tài)。同樣全部IED可以發(fā)送它們的GOOSE報文，這樣可以保證全部相關(guān)聯(lián)的IED都知道它們的對等的IED的現(xiàn)行狀態(tài)。面向系統(tǒng)-范圍事件的通用對象(GOOSE)控制類別下表定義了GOOSE-CONTROL類別表 14 GOOSE控制定義 GOOSE控制類別 屬性名字 GeNam GooseEna SndgLD UserDatNam Se

10、rvices Actvate/Deactive(local services) GetGOOSEControlValue SetGOOSEControlValue GOOSE-CONTROL= CLASS &gcNam ObjectName， &gooseEna DATA-ATTRIBUTE &dataAttributeName “GooseEna”， &dataAttributeContent BOOLEANenabled(TRUE),DISABLED(FALSE) ， &dataAttributeCharacteristic gc， &snd

11、gLD ObjectName， &userDatNam DATA-ATTRIBUTE &dataAttributeName “UserDatNam”， &dataAttributeContent VisibleString， &dataAttributeCharacteristic gc， GeNam (GOOSE control name面向系統(tǒng)-范圍事件的通用對象(GOOSE)控制名字) 它是GOOSE控制對象的名字，它唯一地識別在邏輯結(jié)點內(nèi)的GOOSE控制。GooseEna(GOOSE enable面向系統(tǒng)-范圍事件的通用對象(GOOSE)使能) 這個屬性

12、指出如果GOOSE控制對象被實際地使能去報告GOOSE報文。如果被設(shè)置為 TRUE(真) ，服務(wù)器將產(chǎn)生如GOOSE控制對象中所規(guī)定的報文。如果設(shè)置為FALSE(假) ，服務(wù)器將仃止發(fā)出GOOSE報文。 注-此屬性GooseEna在服務(wù)器運(yùn)行后由服務(wù)器自動設(shè)置為 TRUE(真) 。SndgLD(Name of sending logical device發(fā)送邏輯裝置名字) 這個是邏輯裝置對象名字，它毫不含糊地識別發(fā)送邏輯裝置。UserDatNam(用戶數(shù)據(jù)名字) 被包含在GOOSE報文中的對象所定義的用戶名字。面向系統(tǒng)-范圍事件的通用對象(GOOSE)報文 面向系統(tǒng)-范圍事件的通用對象(GOO

13、SE)報文有如下結(jié)構(gòu) GOOSE報文定義 Attribute Name Attribute Type explanation sendingIED VisibleString sending Intelligent electronic device t TimeStamp time-stamp seqNum INTEGER sequence number stNUM INTEGER state number usec INTEGER microsecond userDat (any) user data GooseMessage= SEQUENCE sendingIED VisibleStr

14、ing， t TimeStamp, seqNum INTEGER(1.MAX) DEFAULT 0， stNUM INTEGER(1.MAX) DEFAULT 0， usec INTEGER (1.999) DEFAULT 0， userDat GOOSE-CONTENT,&content GOOSE-CONTENT；= CLASS & content， SendingIED(發(fā)送的智能電子裝置) 發(fā)送智能電子裝置唯一地識別報告GOOSE報文的裝置。T(time-stamp時標(biāo)) 和GOOSE報文有關(guān)的時標(biāo)指用戶數(shù)據(jù)最后的變化時間。缺省值零指時標(biāo)不可用。SeqNum(順序號)每

15、發(fā)送一個報文，這個序號加一而且比特對偶不改變狀態(tài)。如果報文包含了任何GOOSE比特對偶的狀態(tài)變化，SeqNum(順序號)復(fù)位為零。SeqNum(順序號)計數(shù)達(dá)到 32位的最大數(shù)復(fù)位為零。注- SeqNum(順序號)為0并不一定表示GOOSE扳文狀態(tài)變化。StNUM(狀態(tài)號) 每次IED(智能電子裝置)發(fā)送已改變的信息此順序號加一。這樣順序號唯一地標(biāo)記GOOSE事件。當(dāng)達(dá)到最大計數(shù)復(fù)歸為零。接收的GOOSE報文StNUM(狀態(tài)號) 沒有加一表示在接收的報文中沒有狀態(tài)變化。Usec(微秒) 任選項微秒時間分辨率用于GOOSE報文最后的狀態(tài)變化的“t”時間參數(shù)。量程從0到999。如果沒有采用，值為零

16、。UserDat(用戶數(shù)據(jù))包含在GOOSE報文中的用戶定義的數(shù)據(jù)。注-IEC 61850-7-3部分定義了繼電侍保護(hù)IED輸入數(shù)據(jù)的GOOSE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。服務(wù)規(guī)范激活和仃止激活GOOSE報文傳輸服務(wù)被用于當(dāng)?shù)丶せ?仃止激活GOOSE報文傳輸服務(wù)。注-激活/仃止激活沒有定義遠(yuǎn)方服務(wù)。GetGOOSEControlValue(讀取GOOSE控制服務(wù)) 此服務(wù)將返送GOOSE控制屬性值給客戶，此服務(wù)為GetDataObjectValues(讀取數(shù)據(jù)對象值)的特例。SetGOOSControlValue(設(shè)置GOOSE控制服務(wù))此服務(wù)將在服務(wù)器中設(shè)置GOOSE控制屬性值。此服務(wù)為SetDataObje

17、ctValues(設(shè)置數(shù)據(jù)對象值)的特例。GSSE控制塊定義屬性名屬性類型解釋GsCBNameObjectNameGsCB實例的實例名GsCBRefObjectRefGsCB實例的路徑名GsEnaBOOLEANAppIDVISIBLE String65DataLabel1nVISIBLE String65LSendDataInt16uGSSE報文數(shù)據(jù)服務(wù)GSSE報文定義屬性名屬性類型解釋AppIDVisual String65GsCB實例的值TEntryTime時間 01/05/1987 10：09：00SqNumInt32StNumInt32TestBOOLEANPhsIDInt16uGSS

18、EDataGSSE數(shù)據(jù)SV采樣數(shù)據(jù)以太網(wǎng)( IEE802.3)數(shù)據(jù)報格式按照系列標(biāo)準(zhǔn)第7-2篇的抽象緩沖格式本標(biāo)準(zhǔn)中的代碼備注屬性名稱屬性類型8 位位組：tag Tag 按ASN.1 基本編碼規(guī)則編碼。8 位位組串：Length Length 按ASN.1 基本編碼規(guī)則編碼。UI16：ASDU 的數(shù)目被鏈接成一個APDU并被寫入采樣值緩沖區(qū)的ASDU 的數(shù)目。MsvID VISIBLE STRING 8 位位組串MAC 廣播地址是以太網(wǎng)報頭的一部分。UI16：Length 當(dāng)報頭加入加入的ASDU 的長度OptFlds PACKED LIST 未映射DatSet ObjectReference

19、 LNName DataSetNam e LDName UI8： UI8： UI16： Sample1n 數(shù)據(jù)集實例成員的值公共數(shù)據(jù)類的編碼參見編者注SmpCnt INT16U UI16 計數(shù)器規(guī)范參見IEC 60044-8 RefrTimTimeStamp 未映射ConfRev INT32U UI8 配置信息的版本號，邏輯設(shè)備配置每改變一次加1，缺省值為NULL SmpSynch BOOLEAN 參見IEC 60044-8 狀態(tài)字的“NotSynch ”屬性SmpRate INT16U UI8 0=未定義；1255與fr 相應(yīng)的每周波采樣值的數(shù)目注：為對采樣值進(jìn)行編碼，對SIG 采用了公共數(shù)

20、據(jù)類編碼規(guī)則。通用數(shù)據(jù)集中的采樣值和狀態(tài)屬性的映射按照IEC 60044-8 的規(guī)范進(jìn)行了優(yōu)化。并不要求所有的互感器都連接到組合單元。在通用數(shù)據(jù)集中電流或者電壓未采用的值發(fā)送時置0，并且置相應(yīng)的數(shù)據(jù)無效標(biāo)志位。MMS 報文( Client/Server )IEC 61850-7-2 服務(wù)、列于下表1 中的服務(wù)之一的應(yīng)用IEC 61850-7-2 模型IEC 61850-7-2 服務(wù)Server GetServerDirectory Association Associate Abort Release Logical Device GetLogicalDeviceDirectory Logic

21、al Node GetLogicalNodeDirectoryGetAllDataValuesGetDomainAttributes StoreDomainContents Data GetDataValuesSetDataValuesGetDataDirectory GetDataDefinition Data Set GetDataSetValues SetDataSetValuesCreateDataSetDeleteDataSet GetDataSetDirectory SV Class Model GetMSVCBValues SetMSVCBValues GetUSVCBValue

22、s SetUSVCBValues OSI 模型層規(guī)范m/o 名稱服務(wù)規(guī)范協(xié)議規(guī)范制造報文規(guī)范應(yīng)用層Manufacturing Message Specification ISO/IEC 9506-1:2000 ISO/IEC 9506-2:2000 m 關(guān)聯(lián)控制服務(wù)元素Association Control Service Element ISO/IEC 8649:1996 ISO/IEC 8650:1996 m 面向連接的表述表示層Connection Oriented Presentation ISO/IEC 8822:1994 ISO/IEC 8823-1:1994 m 抽象語法Abst

23、ract Syntax ISO/IEC 8824-1：1998 ISO/IEC 8825：1998 m 面向連接的會話會話層Connection Oriented Session ISO/IEC 8326：1996 ISO/IEC 8327-1：1996 m MMS客戶和服務(wù)器通訊說明一 怎樣建立連接1 TCP 客戶端和服務(wù)器建立連接，服務(wù)器端口號為102，IP地址根據(jù)實際定。2 ISO層 初始化連接 取得通訊地址（dst_ref，src_ref） 客戶端向服務(wù)器端發(fā)送連接請求，報文如下： 03 00 00 16 11 e0 00 00 00 01 00 c0 01 0a c2 02 00 0

24、1 c1 02 00 00 報文說明： 03 TPKT版本號 00 TPKT保留 00 16 長度 22 字節(jié)（報文總長度） 11 ISO8073 報文長度 e0 ISO8073 PDU 類型 連接請求 00 00 ISO8073 dst_ref 00 01 ISO8073 src_ref 00 ISO8073 class,option c0 ISO8073 parameter code 01 ISO8073 parameter length 0a ISO8073 TPDU Size c2 ISO8073 parameter code 02 ISO8073 parameter length 0

25、0 01 ISO8073 destination TSAP c1 ISO8073 parameter code 02 ISO8073 parameter length 00 00 ISO8073 source TSAP 服務(wù)器端向客戶端發(fā)送響應(yīng)，報文如下： 03 00 00 0e 09 d0 00 01 00 01 00 c0 01 0a 報文說明： 03 TPKT版本號 00 TPKT保留 00 0e 長度 14 字節(jié)（報文總長度） 09 ISO8073 報文長度 d0 ISO8073 PDU 類型 連接響應(yīng) 00 01 ISO8073 dst_ref 00 01 ISO8073 src_r

26、ef 00 ISO8073 class,option c0 ISO8073 parameter code 01 ISO8073 parameter length 0a ISO8073 TPDU Size 3 MMS環(huán)境初始化 （Initiate Request) 報文格式如下： 03 00 00 bf TPKT 02 f0 80 ISO8073 ISO8327-1 0d b6 05 06 13 01 00 16 01 02 14 02 00 02 33 02 00 01 34 02 00 01 c1 a0 ISO8823 31 81 9d a0 03 80 01 01 a2 81 95 81 04 00 00 00 01 82 04 00 00 00 01 a4 23 30 0f 02 01 01 06 04 52 01 00 01 30 04 06 02 51 01 30 10 02 01