01

什麼是IEC61850？

IEC 61850是國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）製(zhi)定(ding)的(de)一(yi)組(zu)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)，用(yong)於(yu)定(ding)義(yi)和(he)規(gui)範(fan)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)化(hua)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)通(tong)信(xin)和(he)數(shu)據(ju)模(mo)型(xing)。這(zhe)一(yi)係(xi)列(lie)標(biao)準(zhun)主(zhu)要(yao)涉(she)及(ji)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)設(she)備(bei)和(he)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)
、數據模型

、配置和測試等方麵。

具體來說，IEC 61850標準主要包括以下幾個方麵：

A. 通信協議：IEC 61850定ding義yi了le一yi種zhong基ji於yu以yi太tai網wang的de通tong信xin協xie議yi，用yong於yu在zai電dian力li係xi統tong的de子zi站zhan之zhi間jian進jin行xing通tong信xin。這zhe有you助zhu於yu實shi現xian設she備bei之zhi間jian的de無wu縫feng集ji成cheng
，提ti高gao電dian力li係xi統tong的de可ke靠kao性xing和he智zhi能neng化hua水shui平ping。

B. 數據模型：IEC 61850biaozhundingyileyigetongyongdeshujumoxing，yongyumiaoshuhebiaoshidianlixitongzhongdegezhongshebeiheqizhuangtaixinxi。zhezhongshujumoxingshijiyuduixiangheleidegainian
，shideshebeizhijiankeyigengjialinghuodijiaohuanxinxi。

C. 配置文件：標(biao)準(zhun)規(gui)定(ding)了(le)一(yi)種(zhong)配(pei)置(zhi)文(wen)件(jian)的(de)格(ge)式(shi)，用(yong)於(yu)描(miao)述(shu)和(he)配(pei)置(zhi)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)設(she)備(bei)。這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)簡(jian)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)配(pei)置(zhi)和(he)管(guan)理(li)，同(tong)時(shi)提(ti)高(gao)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)操(cao)作(zuo)性(xing)。

D. 測試規範：IEC 61850包括了關於測試和驗證的規範，以確保符合該標準的設備能夠正常工作並相互配合。

02

能源領域為什麼需要61850？

IEC 61850標準的網絡數字化開始在高壓變電站的站總線級別部署。然而，為了更好地控製其運行而需要對電網的所有部分（發電廠、分布式能源、配電線路甚至消費者的電表）進行數字化，以及使用該標準在互操作性方麵的好處
，已經將IEC 61850標(biao)準(zhun)的(de)使(shi)用(yong)擴(kuo)展(zhan)到(dao)其(qi)他(ta)網(wang)段(duan)，例(li)如(ru)變(bian)電(dian)站(zhan)的(de)過(guo)程(cheng)總(zong)線(xian)。電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)值(zhi)現(xian)已(yi)數(shu)字(zi)化(hua)
，這(zhe)導(dao)致(zhi)采(cai)樣(yang)值(zhi)流(liu)在(zai)網(wang)絡(luo)中(zhong)的(de)使(shi)用(yong)和(he)傳(chuan)輸(shu)。此(ci)類(lei)信(xin)息(xi)在(zai)網(wang)絡(luo)不(bu)同(tong)位(wei)置(zhi)的(de)可(ke)用(yong)性(xing)不(bu)僅(jin)允(yun)許(xu)執(zhi)行(xing)本(ben)地(di)計(ji)算(suan)
，還(hai)允(yun)許(xu)執(zhi)行(xing)分(fen)布(bu)式(shi)計(ji)算(suan)，隨(sui)著(zhe)網(wang)絡(luo)複(fu)雜(za)性(xing)的(de)增(zeng)加(jia)，這(zhe)一(yi)點(dian)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。

隨著IEC 61850-9-2 標準引入的采樣測量值（SMV 或 SV）過程總線概念。該標準建議電流和電壓互感器（CT、PT）輸出和其他信號在源頭進行數字化，然後使用基於以太網的局域網（LAN）傳送到這些設備。

如今新型數字變電站使用SMV來控製、保護和自動化電網。采樣值作為編碼在多播以太網幀中的高速數據集樣本流進行傳輸。該協議使用發布者/訂閱者模型
，其中發布者將未確認的數據傳輸給訂閱者。例如，在IEC 61850-9-2 LE配置文件中，對於50Hz的電網頻率，采樣值以每秒 4000 幀的速率發布；對於60Hz 的電網頻率
，以每秒4800幀的速率發布采樣值。此外
，SV可以通過預測故障和未來事件來改善分布式能源 (DER) 供應的能源的質量控製
，並優化這些工廠的性能和配電網絡的彈性。

如今，關鍵係統的高可用性網絡是必須的。從技術角度來看，最先進的解決方案確保了在單個網絡故障和“即插即用”caozuodeqingkuangxiabuhuidiubao。ciwai
，kehuxuyaokehucaozuodebiaozhunhuajiejuefangan，yibimiancaiyongzhuanyoudegongyingshangfangfa。congzhegeyiyishangshuo，guojidiangongweiyuanhui（IEC）一直在努力定義基於高可用性以太網的解決方案。在發生網絡故障時確保零延遲恢複時間的兩種協議是：高可用性無縫冗餘（HSR


，IEC 62439-3-Clause 5）和並行冗餘協議（PRP，IEC 62439-3-Clause 4）。

▲IEC 61850 容忍的通信延遲

IEC 61850采用IEC 61439-3第4條和第5條在PAC中提供無擾動以太網冗餘。IEC 61439-3 第5條稱為高可用性無縫冗餘(HSR)
，第4條稱為並行冗餘協議(PRP)。

HSR和PRP都是第2層協議，但它們之間有很大的區別。不同的是
，HSR在以太網幀中添加了HSR標簽，因此環網上的所有設備都必須為HSR設備。

03

應用案例

RedBox構建智能變電站

對於PRP和HSR 網絡的簡單互連。由於設備上嵌入了DAN和 RedBox的雙重功能

，它無需額外的中間 RedBox外部設備
，並重用現有網關或 PC SCADA 係統來管理數據包處理。此外還可以將IP和模塊集成到 IED、合並單元

、RTU 和許多其他設備中。

正如在此場景中所顯示的那樣
，工業協議的組合在複雜性和多樣性方麵正在增加,基於以太網的協議對靈活性的需求使得FPGA和可重構設備通常是實現能夠組合多種協議的網絡設備的最佳候選者。

在這種情況下
，我們在硬件和 IP核（FPGA） 級別提供HSR和PRP解決方案。除了通過QuadBox操作互連PRP和HSR網絡並擴展HSR環，同時設備集成了高精度的IEEE 1588  PTP，能夠實現亞微秒級同步。

04

總結

IEC 61850的目標是促進電力係統的互操作性、可靠性和智能化。通過采用這一標準，電力係統可以更好地適應現代化的自動化、監控和控製要求，同時為能源管理和智能電網等新技術提供支持。

虹科攜手合作夥伴SoC-e/RELYUM為國內用戶提供HSR/PRP解決方案包括IPcore和交換機等完整的硬件解決方案。HSR/PRP交換機IPcore可以通過利用新的 Xilinx Vivado工具輕鬆集成到FPGA 設計中
，該工具允許在圖形用戶界麵中使用 IP 核並以簡單的方式配置 IP 參數。另外
，它還能在 HSR 環網
、PRP Lans 或在 IEC 61850 環境中起著網絡橋接器的作用。而HSR/PRP交換機RELY-RB則可實現無丟包冗餘以太網，亞微秒級同步和網絡安全。該設備能夠將整個LAN與冗餘網絡合並，以通過QuadBox操作互連PRP和HSR網絡並擴展HSR環。