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什么是IEC61850？

IEC 61850是國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的一組國際標準，用于定義和規(guī)范電力系統自動化領域中的通信和數據模型。這一系列標準主要涉及電力系統中的設備和系統之間的通信協議、數據模型、配置和測試等方面。

具體來說，IEC 61850標準主要包括以下幾個方面：

A. 通信協議：IEC 61850定義了一種基于以太網的通信協議，用于在電力系統的子站之間進行通信。這有助于實現設備之間的無縫集成，提高電力系統的可靠性和智能化水平。

B. 數據模型：IEC 61850標準定義了一個通用的數據模型，用于描述和表示電力系統中的各種設備和其狀態(tài)信息。這種數據模型是基于對象和類的概念，使得設備之間可以更加靈活地交換信息。

C. 配置文件：標準規(guī)定了一種配置文件的格式，用于描述和配置電力系統中的設備。這有助于簡化系統的配置和管理，同時提高設備之間的互操作性。

D. 測試規(guī)范：IEC 61850包括了關于測試和驗證的規(guī)范，以確保符合該標準的設備能夠正常工作并相互配合。

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能源領域為什么需要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，為了更好地控制其運行而需要對電網的所有部分（發(fā)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面的好處，已經將IEC 61850標準的使用擴展到其他網段，例如變電站的過程總線。電流和電壓值現已數字化，這導致采樣值流在網絡中的使用和傳輸。此類信息在網絡不同位置的可用性不僅允許執(zhí)行本地計算，還允許執(zhí)行分布式計算，隨著網絡復雜性的增加，這一點變得非常重要。

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，然后使用基于以太網的局域網（LAN）傳送到這些設備。

如今新型數字變電站使用SMV來控制、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(fā)布者/訂閱者模型，其中發(fā)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，對于50Hz的電網頻率，采樣值以每秒 4000 幀的速率發(fā)布；對于60Hz 的電網頻率，以每秒4800幀的速率發(fā)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制，并優(yōu)化這些工廠的性能和配電網絡的彈性。

如今，關鍵系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”操作的情況下不會丟包。此外，客戶需要可互操作的標準化解決方案，以避免采用專有的供應商方法。從這個意義上說，國際電工委員會（IEC）一直在努力定義基于高可用性以太網的解決方案。在發(fā)生網絡故障時確保零延遲恢復時間的兩種協議是：高可用性無縫冗余（HSR，IEC 62439-3-Clause 5）和并行冗余協議（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余。IEC 61439-3 第5條稱為高可用性無縫冗余(HSR)，第4條稱為并行冗余協議(PRP)。

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

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應用案例

RedBox構建智能變電站

對于PRP和HSR 網絡的簡單互連。由于設備上嵌入了DAN和 RedBox的雙重功能，它無需額外的中間 RedBox外部設備，并重用現有網關或 PC SCADA 系統來管理數據包處理。此外還可以將IP和模塊集成到 IED、合并單元、RTU 和許多其他設備中。

正如在此場景中所顯示的那樣，工業(yè)協議的組合在復雜性和多樣性方面正在增加,基于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網絡并擴展HSR環(huán)，同時設備集成了高精度的IEEE 1588  PTP，能夠實現亞微秒級同步。

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總結

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

虹科攜手合作伙伴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工具輕松集成到FPGA 設計中，該工具允許在圖形用戶界面中使用 IP 核并以簡單的方式配置 IP 參數。另外，它還能在 HSR 環(huán)網、PRP Lans 或在 IEC 61850 環(huán)境中起著網絡橋接器的作用。而HSR/PRP交換機RELY-RB則可實現無丟包冗余以太網，亞微秒級同步和網絡安全。該設備能夠將整個LAN與冗余網絡合并，以通過QuadBox操作互連PRP和HSR網絡并擴展HSR環(huán)。