IEC61850规约报文分析

IEC61850规约报文分析

IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)的3个工作组10,11,12(WG10/11/12)负责制定的。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准,其中主要有:IEC870-5-101远动通信协议标准;IEC870-5-103继电保护信息接口标准;UCA2.0(UtilityCommunicationArchitecture2.0)(由美国电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系);ISO/IEC9506制造商信息规范MMS (ManufacturingMessageSpecification)。变电站通信体系IEC61850将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备(IED,测控单元和继电保护)均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。IEC61850的特点是1)面向对象建模;2)抽象通信服务接口;3)面向实时的服务;4)配置语言;5)整个电力系统统一建模。IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制,例如变电站和馈线设备(诸如断路器、电压调节器和继电保护等)。

1 IEC 61850-5中的报文类型和特性分类功能与框架概述

. SV GOOSE TimeSync (SNTP) MMS Protocol GSSE UDP/IP TCP ISO CO GSSE ISO/IEC8802-3 LLC ISO/IEC8802-3 以上为IEC61850规约报文类型框架概述，

其中 SV 表示采样值报文使用以太网组播方式；

GOOSE 表示通用面向对象变电站事件报文使用以太网组播方式； TimeSync 表示时间同步报文使用UDP组播(广播)方式传送；

MMS Protocol 表示核心的ACSI服务报文采用TCP/RFC1006方式传送；

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GSSE 表示通用变电站状态事件报文使用自定意的GSSE传输层；

2 传输层框架分析

GOOSE 传输层框架

OSI 模型分层 规范 名称 服务规范 协议规范 m/o 传输层 网络层 数据链路层 优先级标志/虚拟局域 网 IEEE 802.1Q m 载波侦听多路检测/ 碰撞检测 (CSMA/CD) ISO/IEC 8802-3:2001 m 物理层（可选1） 10/100M 双绞线 以太网 ISO/IEC8802-3：2001 C1 用于ISDN 基本接入 接口的连接器 注a ISO/IEC 8877:1992 物理层（可选2） 100M 光纤以太网 ISO/IEC8802-3：2001 基本光纤连接器 IEC60874-10-1，IEC60874-10-2 注b 和IEC60874-10-3 a 这是用于10M 双绞线连接器的规范 b 这是用于ST 连接器的规范 c1 建议至少实现两种物理接口中的一种。可以使用附加或将来的技术。

GSSE 传输层框架 OSI 模型分层 名称 规范 服务规范 协议规范 m/o 2

传输层 无连接传输层 ISO/IEC 8072:1996 ISO/IEC 8348:2002 ISO/IEC 8602:1995 ISO/IEC 8473-1:1998 ISO/IEC 8473-2:1996 网络层 无连接网络层 端系统到中间系统 (ES/IS) 数据链路层 逻辑链路控制 载波侦听多路检测/ 碰撞检测 (CSMA/CD) ISO9542:1988 ISO/IEC 8802-2:1998 ISO/IEC 8802-3:2001 m 物理层（可选1） 10/100M 双绞线 以太网 用于ISDN 基本接入 接口的连接器 注a 物理层（可选2） 100M 光纤以太网 ISO/IEC 8802-3:2002 C1 ISO/IEC 8877:1992 ISO/IEC8802-3：2001 基本光纤连接器 IEC60874-10-1，IEC60874-10-2 注b 和IEC60874-10-3 a 这是用于10M 双绞线连接器的规范 b 这是用于ST 连接器的规范 c1 建议至少实现两种物理接口中的一种。可以使用附加或将来的技术。

TimeSync 时间同步的传输层-框架

无连接的UDP数据报格式

SV采样值传输层-框架

IEE802.3以太网数据包 MMS Protocol传 输层-框架

TCP/RFC1006传输协议

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3 报文格式说明

面向系统-范围事件的通用对象(Geneic object oriented systen -wide events GOOSE ) 介绍

GOOSE提供了为快速的和可靠的数据系统-范围分配的可能性。基于自动分布的概念的GOOSE模型提供了一个高效的方法可以同时多路广播/广播传输一个报文和同一个GOOSE报文向多个IED(智能电子装置)传输。

GOOSE模型是基于IED(智能电子装置)的输出(主要为状态信息)向对等(被登记enrolled)IEDS(智能电子装置)异步报告，对于GOOSE模型, 输入输出的数据是从报告IED(智能电子装置)的方面来看的。

注1- 许多领域应用例如继电保护、远方馈线跳闸、互锁、电压无功调度要求在实现这些应用的IEDS

之间对等通信。有许多发送它是为继电保护的IED的对等通信所寻址。

注2-为了定义映射，按照所采用的栈不同，达到什么样的可靠性和短的传输延时，实现方法是不同的。 多于一个的输出数据可以综合到采用广播或者多路广播的一个数据集之中。

由SetGOOSEControlValue服务对GOOSE控制对象进行参数化。GOOSE控制对象按照配置行为激活GOOSE报文传输。GOOSE报文将包含一些让接收IED知道一个报文已被丢失的信息、状态变位和自上次状态变位以后的时间。上次状态变位以后的时间称为“ back time”。 允许接收的IED设置相对给定事件的当地计时器。

一个新激活的IED(合上电源和重新服务)将发送现行数据(状态)当作启功GOOSE报文。任意一个IED任何时候都可以请求特定的IED的状态。同样全部IED可以发送它们的GOOSE报文，这样可以保证全部相关联的IED都知道它们的对等的IED的现行状态。 面向系统-范围事件的通用对象(GOOSE)控制类别

下表定义了GOOSE-CONTROL类别

表 14 GOOSE控制定义

GOOSE控制类别

属性名字 GeNam GooseEna

SndgLD UserDatNam Services∶

Actvate/Deactive(local services) GetGOOSEControlValue SetGOOSEControlValue

GOOSE-CONTROL∶∶= CLASS {

&gcNam ObjectName，

&gooseEna DATA-ATTRIBUTE{

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&dataAttributeName “GooseEna”，

&dataAttributeContent BOOLEAN{enabled(TRUE),DISABLED(FALSE)} ，

&dataAttributeCharacteristic gc}， &sndgLD ObjectName，

&userDatNam DATA-ATTRIBUTE{

&dataAttributeName “UserDatNam”， &dataAttributeContent VisibleString，

&dataAttributeCharacteristic gc}，

…}

GeNam (GOOSE control name面向系统-范围事件的通用对象(GOOSE)控制名字) 它是GOOSE控制对象的名字，它唯一地识别在逻辑结点内的GOOSE控制。 GooseEna(GOOSE enable面向系统-范围事件的通用对象(GOOSE)使能)

这个属性指出如果GOOSE控制对象被实际地使能去报告GOOSE报文。如果被设置为 TRUE(真) ，服务器将产生如GOOSE控制对象中所规定的报文。如果设置为FALSE(假) ，服务器将仃止发出GOOSE报文。

注-此属性GooseEna在服务器运行后由服务器自动设置为 TRUE(真) 。 SndgLD(Name of sending logical device发送逻辑装置名字)

这个是逻辑装置对象名字，它毫不含糊地识别发送逻辑装置。 UserDatNam(用户数据名字)

被包含在GOOSE报文中的对象所定义的用户名字。 面向系统-范围事件的通用对象(GOOSE)报文

面向系统-范围事件的通用对象(GOOSE)报文有如下结构∶ GOOSE报文定义

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 VisibleString，

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， …}

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SendingIED(发送的智能电子装置)

发送智能电子装置唯一地识别报告GOOSE报文的装置。 T(time-stamp时标)

和GOOSE报文有关的时标指用户数据最后的变化时间。缺省值零指时标不可用。 SeqNum(顺序号)

每发送一个报文，这个序号加一而且比特对偶不改变状态。如果报文包含了任何GOOSE比特对偶的状态变化，SeqNum(顺序号)复位为零。SeqNum(顺序号)计数达到 32位的最大数复位为零。

注- SeqNum(顺序号)为0并不一定表示GOOSE扳文状态变化。

StNUM(状态号)

每次IED(智能电子装置)发送已改变的信息此顺序号加一。这样顺序号唯一地标记GOOSE事件。当达到最大计数复归为零。接收的GOOSE报文StNUM(状态号) 没有加一表示在接收的报文中没有状态变化。 Usec(微秒)

任选项微秒时间分辨率用于GOOSE报文最后的状态变化的“t”时间参数。量程从0到999。如果没有采用，值为零。 UserDat(用户数据)

包含在GOOSE报文中的用户定义的数据。

注-IEC 61850-7-3部分定义了继电侍保护IED输入数据的GOOSE数据结构。

服务规范

激活和仃止激活GOOSE报文传输服务被用于当地激活/仃止激活GOOSE报文传输服务。

注-激活/仃止激活没有定义远方服务。

GetGOOSEControlValue(读取GOOSE控制服务)

此服务将返送GOOSE控制属性值给客户，此服务为GetDataObjectValues(读取数据对象值)的特例。

SetGOOSControlValue(设置GOOSE控制服务)

此服务将在服务器中设置GOOSE控制属性值。此服务为SetDataObjectValues(设置数据对象值)的特例。

GSSE控制块定义 属性名 GsCBName GsCBRef GsEna AppID DataLabel[1…n] LSendData 属性类型 ObjectName ObjectRef BOOLEAN VISIBLE String65 VISIBLE String65 Int16u 解释 GsCB实例的实例名 GsCB实例的路径名 GSSE报文数据 6

服务 GSSE报文定义 属性名 AppID T SqNum StNum Test PhsID GSSEData 属性类型 Visual String65 EntryTime Int32 Int32 BOOLEAN Int16u GSSE数据 解释 GsCB实例的值 时间 01/05/1987 10：09：00 SV采样数据以太网( IEE802.3)数据报格式 按照系列标准第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 本标准中的代码 Tag 按ASN.1 基本编码规则编码。 Length 按ASN.1 基本编码规则编码。 备注 被链接成一个APDU并被写入UI16：ASDU 的数目 采样值缓冲区的ASDU 的数目。 8 位位组串 UI16：Length MAC 广播地址是以太网报头的一部分。 当报头加入加入的ASDU 的长度 未映射 7

MsvID OptFlds DatSet

VISIBLE STRING PACKED LIST ObjectReference LNName DataSetNam e LDName UI8： UI8： UI16： Sample[1…n] SmpCnt RefrTim ConfRev 数据集实例成员的值 INT16U TimeStamp INT32U 公共数据类的编码 UI16 UI8 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，逻辑设备配置每改变一次加1，缺省值为NULL 参见IEC 60044-8 状态字的“NotSynch ”属性 0=未定义；1～255＝与fr 相应的每周波采样值的数目 SmpSynch BOOLEAN SmpRate INT16U UI8 注：为对采样值进行编码，对SIG 采用了公共数据类编码规则。通用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组合单元。在通用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。

MMS 报文( Client/Server )

IEC 61850-7-2 服务、列于下表1 中的服务之一的应用

IEC 61850-7-2 模型 Server Association Logical Device Logical Node

IEC 61850-7-2 服务 GetServerDirectory Associate Abort Release GetLogicalDeviceDirectory GetLogicalNodeDirectory GetAllDataValues 8

Data Data Set SV Class Model

GetDomainAttributes StoreDomainContents GetDataValues SetDataValues GetDataDirectory GetDataDefinition GetDataSetValues SetDataSetValues CreateDataSet DeleteDataSet GetDataSetDirectory GetMSVCBValues SetMSVCBValues GetUSVCBValues SetUSVCBValues OSI 模型层 名 称 制造报文规范 Manufacturing Message Specification 应用层 关联控制服务元素 Association Control Service Element 规 范 服务规范 协议规范 m/o ISO/IEC 9506-1:2000 ISO/IEC 9506-2:2000 m ISO/IEC 8649:1996 ISO/IEC 8650:1996 m 表示层 面向连接的表述 Connection Oriented ISO/IEC 8822:1994 Presentation 抽象语法Abstract Syntax 面向连接的会话 Connection Oriented Session ISO/IEC 8823-1:1994 m ISO/IEC 8824-1：1998 ISO/IEC 8825：1998 ISO/IEC 8326：1996 m 会话层

ISO/IEC 8327-1：1996 m MMS客户和服务器通讯说明

一 怎样建立连接

[1] TCP 客户端和服务器建立连接，服务器端口号为102，IP地址根据实际定。

[2] ISO层 初始化连接 取得通讯地址（dst_ref，src_ref）

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客户端向服务器端发送连接请求，报文如下：

03 00 00 16 11 e0 00 00 00 01 00 c0 01 0a c2 02 00 01 c1 02 00 00

报文说明：

03 TPKT版本号 00 TPKT保留

00 16 长度 22 字节（报文总长度）

11 [ISO8073] 报文长度

e0 [ISO8073] PDU 类型 连接请求 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 00 01 [ISO8073] destination TSAP c1 [ISO8073] parameter code 02 [ISO8073] parameter length 00 00 [ISO8073] source TSAP

服务器端向客户端发送响应，报文如下：

03 00 00 0e 09 d0 00 01 00 01 00 c0 01 0a

报文说明：

03 TPKT版本号 00 TPKT保留

00 0e 长度 14 字节（报文总长度）

09 [ISO8073] 报文长度

d0 [ISO8073] PDU 类型 连接响应 00 01 [ISO8073] dst_ref 00 01 [ISO8073] src_ref

00 [ISO8073] class,option c0 [ISO8073] parameter code 01 [ISO8073] parameter length 0a [ISO8073] TPDU Size

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[3] MMS环境初始化

（Initiate Request) 报文格式如下：

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 03 06 05 28 ca 22 02 01 30 04 06 02 51 01 61 62 30 60 02 01 01 a0 5b

[ISO8650-1]

60 59 a1 07 06 05 28 ca 22 02 03 a2 07 06 05 29 87 67 01 01 a3 03 02 01 0c a6 06 06 04 29

01 87 67 a7 03 02 01 0c be 33 28 31 06 02 51 01 02 01 03

[IEC9506]

a0 28 a8 26 80 03 00 fd e8 81 01 0a 82 01 0a 83 01 05 a4 16 80 01 01 81 03 05 f1 00 82 0c 03 ee 1c

00 00 04 08 00 00 79 ef 18

（Initiate Response) 报文格式如下：

03 00 00 93 [TPKT] 02 f0 80 [ISO8073]

[ISO8327-1]

0e 8a 05 06 13 01 00 16 01 02 14 02 00 02 34 02 00 01 c1 78

[ISO8823]

31 76 a0 03 80 01 01 a2 6f 83 04 00 00 00 01 a5 12 30 07 80 01 00 81 02 51 01 30 07 80 01 00 81 02 51 01 61 53 30 51 02 01 01 a0 4c

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[ISO8650-1]

61 4a a1 07 06 05 28 ca 22 02 03 a2 03 02 01 00 a3 05 a1 03 02 01 00 be 33 28 31 06 02 51 01 02 01 03 a0 28

[IEC9506]

a9 26 80 03 00 fd e8 81 01 06 82 01 06 83 01 05 a4 16 80 01 01 81 03 05 f1 00 82 0c 03 ee 1c 00 00 04 00 00 00 79 ef 18

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p6v6.html