IEC 61869 サンプル値プロトコル

Typhoon HIL ツールチェーンにおける IEC 61869 サンプル値 (SV) プロトコルの実装について説明します。

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IEC 61869 サンプル値（SV）プロトコル

IEC 61869（ IEC 61869 – 変電所における通信ネットワーク及びシステム）規格は、パブリッシャー／サブスクライバー型通信としてサンプル値（SV）プロトコルを定義しています。このプロトコルは、変電所内のマージングユニットとIED（ IED – インテリジェント電子機器）間のイーサネット経由の情報交換に使用されます。

国際規格「 IEC 61869-9 計器用変成器 - パート 9: 計器用変成器のデジタル インターフェース」は、IEC 61869 SV プロトコルを実装する際の基準として使用されます。

この規格は、IEC 61850-9 (通称 IEC 61850-9-2LE) の公式拡張版であり、この規格のリファレンスはこのリンクでご覧いただけます。SV Publisher コンポーネントは、定義済みの推奨発行レートで Ethernet フレームを発行するデバイスです。電流と電圧の測定値がペイロードを表します。電流と電圧の測定値のデータ値は、定義済みの推奨サンプリング レートでサンプリングされます。IEC 61869-9 規格では、4800 サンプル/秒 (一般的な計測および保護アプリケーションの場合)、14400 サンプル/秒 (時間的に厳しい低帯域幅 DC 制御アプリケーション用の計器用変成器を含む品質計測アプリケーションの場合)、および 96000 サンプル/秒 (高帯域幅 DC 制御アプリケーション用の計器用変成器の場合) の 3 つの推奨サンプリング レートが定義されています。最初の 2 つのケースでは、サンプル値を含むフレームのデジタル発行レートは 2400 フレーム/秒です。 96000サンプル/秒のサンプリングバリアントの場合、パブリッシュレートはサンプリングレート（96000フレーム/秒）と同じです。推奨されるバリアントは図1に示されています。白で網掛けされたレートは、IEC 61869-9規格に準拠した推奨レートです。現在、Typhoon HILツールチェーンは、96000サンプル/秒を除くすべての推奨レートをサポートしています。

図1サンプル数と公表率

すべてのメッセージはトピックに公開されます。サブスクライバーはシステムからのすべてのメッセージを受信しますが、サブスクライブしたトピックで送信されたメッセージのみをフィルタリングして解析します。

SV プロトコルはパブリッシャー/サブスクライバー ベースであるため、通信はローカル ネットワーク (LAN) 内でのみ可能です。

本プロトコルは、図2に示すようにSVメッセージを定義します。フィールド定義は表1に示されています。SVメッセージの内容は、IEC 61850-9-2LE SV通信プロトコルと変わりません。

図2 SVメッセージの内容
表1 SVメッセージフィールドの説明
フィールド名 価値 説明

宛先アドレス

01:0c:cd:04:xx:xx

 00:00 - 01:ff 宛先MACアドレス
送信元アドレス 送信デバイスによって定義される 送信元MACアドレス
優先度タグ付き TPID 0x8100 802.1Qプロトコルを定義する
TCI ユーザーの優先順位 1 - 7 SVメッセージの優先度: 4～7は高優先度、1～3は低優先度
CFI 0
ビデオ 0 - 4095 仮想LAN ID
イーサタイプ 0x8ba SVプロトコルを定義する
APPID 0x4000 - 0x7FFF アプリケーションID
長さ メッセージの長さ
予約1 0x0000 予約フィールド
予約2 0x0000 予約フィールド
APDU アプリケーションプロトコルデータユニット
図3 .予約1

Reserved 1 の構造は図 3に定義されており、用語は次のように定義されています。

  • S: シミュレーション。このフラグは、SVメッセージがテストデバイスから送信されたことを示します。このフラグにより、サブスクライバーは受信した値がマージングユニットから送信された実際の電圧値と電流値なのか、それともシミュレーションされたテスト値なのかを区別することができます。
  • R: 予約済み。これらのビットは将来の使用のために予約されており、デフォルトでは 0 に設定されています。
  • 予約済みセキュリティ：これらの4ビットと予約済み2フィールドは、セキュリティ規格IEC/TS 62351-6で定義された28ビットワードを形成します。セキュリティ付きのSVメッセージが送信される場合は定義どおりに使用され、それ以外の場合は0に設定されます。

APDUフィールドには、SVメッセージのペイロードが含まれます。各APDUには、2つまたは6つのASDU（アプリケーション固有データユニット）が含まれます。メッセージ内のASDUの数は、サンプリングレートに基づいて定義されます。4800サンプル/秒のサンプリングレートを持つSVパブリッシャーは、フレームあたり2つのASDUを含むメッセージをパブリッシュし、要求される2400フレーム/秒のパブリッシュレートを実現します。14400サンプル/秒のサンプリングレートを持つSVパブリッシャーは、要求される2400フレーム/秒のパブリッシュレートを実現するために、フレームあたり6つのASDUを含むメッセージをパブリッシュします。

IEC 61869-9規格では、動的データセットが導入されています。各ASDUには、合計で少なくとも1つの電流および電圧測定インスタンスを含めることができます。ASDU内の電流および電圧測定インスタンスの最大数は、サンプリングレートによって異なります。この規格によると、一般的な計測および保護アプリケーションでは最大24個、品質計測アプリケーションでは8個、DC制御アプリケーションでは24個です。

異なるサンプリングレート、APDUあたりのASDUの数、および動的データセットの次元を組み合わせた表記法は、人間が読めるテキスト形式で記述されたバリアントとして定義されます：FfSs私私あなたあなた、 どこ：
  • fは、1 秒あたりのサンプル数で表されたデジタル出力サンプル レートです。
  • sは、サンプル値メッセージに含まれるASDU（サンプル）の数です。
  • iは各ASDUに含まれる現在の数量です。
  • u は各 ASDU に含まれる電圧量の数です。

たとえば、バリアント F 4800 S 2 I 4 U 4 のサンプリング レートは 1 秒あたり 4800 サンプルで、各 SV メッセージには 2 つの ASDU ユニットが含まれ、各 ASDU には 4 つの電流測定値と 4 つの電圧測定値が含まれます。

図4 APDUフィールドの内容
APDU には、IEC 61850-9-2LE ガイドラインで定義されているフィールドが含まれています。
  • svID - サンプル値識別子。サブスクリプションに使用されるユーザー定義の一意の文字列識別子。
  • smpCnt - サンプル値メッセージのインデックス
  • confRev - 設定リビジョン
  • smpSynch - SVメッセージの送信に使用されるクロックの同期メカニズムを定義します。値は以下のとおりです。
    • 0 - なし
    • 1 - ローカル
    • 2 - グローバル
  • データシーケンス - 電流と電圧の測定値を含むデータ。各電流と電圧の測定値の後には、品質の測定値が続きます。データと品質の測定値はそれぞれ4バイト幅です。IxUyデータセットを含む動的データセットのバリアントでは、各データシーケンスには、まずx組の電流値と電流品質値が含まれ、その後にy組の電圧値と電圧品質値が含まれなければなりません。

図 4 は、6 つの ASDU を含む F14400S6 バリアントの APDU フィールドの内容を表しています。

このガイドでは、電流および電圧測定のスケーリング係数も定義しています。電流測定は1000倍、電圧測定は100倍にスケーリングし、整数形式で表記する必要があります。

データセット内の各電流および電圧測定の後には、品質ビットベクトルが続きます。SVメッセージにおけるこのベクトルの長さは4バイト、つまり32ビットです。このベクトルはビッグエンディアン形式であり、最下位ビット（インデックス0）が最右ビットとなります。このベクトルの最初の14ビットは、そのビットベクトルに続く電流または電圧信号測定の異なる品質属性を表します。
  • 有効性 - ビット 1 と 0 を連結して形成されます (この順序で、ビット 1 がより重要なビットになります)。
    • 良好 - 値 00 (ビット1:ビット0)
    • 無効 - 値 01
    • 予約済み - 値 10
    • 疑問あり - 価値 11
  • オーバーフロー（ビット2）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 範囲外（ビット3）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 不正な参照（ビット4）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 振動（ビット5）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 失敗（ビット6）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 古いデータ（ビット7）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 矛盾（ビット8）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 不正確（ビット9）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • ソース（ビット10）
    • プロセス - 値 0
    • 置換 - 値 1
  • テスト（ビット11）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • オペレータがブロックされました（ビット12）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
  • 派生（ビット13）
    • False - 値 0
    • 真 - 値 1
注: Typhoon HIL ツールチェーン内の SV プロトコル実装では、svID パラメータの最小長は 10 文字ではなく 2 に設定されています (図 4を参照)。

Typhoon HILツールチェーンにおけるIEC 61869サンプル値プロトコル

注： IEC 61869 サンプル値プロトコルは、Experimental Toolbox からご利用いただけます。このプロトコルのご利用にご興味をお持ちの場合は、チケットシステムからお問い合わせください。

前述の通り、SVプロトコルはIEC 61869-9に基づいて実装されています。Typhoon HILデバイス（ HIL101、HIL404、HIL506、HIL606）でサポートされています。

SV プロトコル全体は、回路図エディター ライブラリ エクスプローラーの次のコンポーネントを使用して定義されます: IEC 61869 SV セットアップ、 IEC 61869 SV パブリッシャー、およびIEC 61869 SV サブスクライバー。

注意:現在、1 つの HIL デバイスにつき、IEC 61869 SV パブリッシャーと IEC 61869 SV サブスクライバーはそれぞれ 1 つだけ許可されます。

IEC 61869 SVセットアップ

コンポーネントが無視されます:このコンポーネントはTyphoonSimでは無視されます。TyphoonSimシミュレーション中、このコンポーネントへの入力は破棄され、コンポーネントからの出力はゼロになります。

IEC 61869 SV セットアップコンポーネントは、IEC 61869 SVパラメータを定義するために使用されます。モデルでIEC 61869 SVプロトコルを使用する場合、IEC 61869 SVプロトコルを使用するHILデバイスごとに、必ず1つのIEC 61869 SV セットアップコンポーネントが必要です。

IEC 61869 SVセットアップコンポーネントのプロパティ

  • イーサネットポート
    • IEC 61869 SV プロトコルに使用するイーサネット ポートを選択します。
  • MACアドレスの最後の桁を上書きする
    • MAC アドレスの最後の桁を手動で指定します。
  • 送信元デバイスのMACアドレス
    • デバイスのMACアドレスを変更します。HILデバイスのMACアドレスは78:72:64:Ax:xx:xyに設定されています。78:72:64:AはTyphoon HIL製品、x:xx:xはデバイスのシリアル番号、yは選択したポート番号です。 「HILデバイスIDのオーバーライド」を選択した場合は、最後の1桁を手動で指定できます。
  • メッセージのクイック解析を有効にする
    • このオプションは、IEC 61869 SV加入者コンポーネントに使用されます。メッセージが最初に受信されると、メッセージは解析され、有効性がチェックされます。解析中に、 Sequence of Dataフィールドの位置が保存され、後でメッセージの解析を高速化するために使用されます。このオプションが選択されていない場合、メッセージは受信されるたびに解析されます。シミュレーション中にSVメッセージの構造が変更されない場合は、このオプションを有効にすることを強くお勧めします。
  • 実行率
    • 信号処理の実行レート。実行レートは、モデルで使用される他のコンポーネントと一致する必要があります。信号ジッタを防ぐため、同じHILデバイスで使用されるIEC 61869 SV PublisherまたはIEC 61869 SV Subscriberのバリアントに応じて実行レートを設定することを強くお勧めします。例えば、バリアントF4800S2を使用する場合、実行レートを「1/4800」、または式がその倍数となる値に設定することをお勧めします。

IEC 61869 SV発行者

コンポーネントが無視されます:このコンポーネントはTyphoonSimでは無視されます。TyphoonSimシミュレーション中、このコンポーネントへの入力は破棄され、コンポーネントからの出力はゼロになります。

IEC 61869 SV Publisherコンポーネントは、発行メッセージのAPDU内のすべてのASDUフィールドのパラメータを指定するために使用されます（図4 ）。各IEC 61869 SV Publisherコンポーネントでは、コンポーネントでサポートされるバリアントを選択できます。使用可能なバリアントは、F4800S2とF14400S6の2つです。どちらのバリアントも2400フレーム/秒のデジタル出力を持ち、最初のバリアントは入力を4800サンプル/秒でサンプリングし、2つのASDUを含むAPDUフィールドを生成し、2番目のバリアントは入力を14400サンプル/秒でサンプリングし、6つのASDUを含むAPDUフィールドを生成します。

IEC 61869 SVパブリッシャーコンポーネントのプロパティ

  • 変異体
    • IEC 61869 SV Publisher によって実装されるバリアントを選択します。
    • 利用可能なバリアントはF4800S2とF14400S6です。
  • 宛先MACアドレス
    • 宛先MACアドレスを指定します。
  • ユーザーの優先順位
    • SV メッセージのユーザー優先度を指定します。
  • VLAN ID
    • SV メッセージの VLAN 識別子を指定します。
  • アプリID
    • SV メッセージの APP 識別子を指定します。
  • シミュレーション
    • 図 3の定義に従って、Reserved 1 フィールドの Simulate ビットが True になるか False になるかを定義します。
  • ソース
    • シミュレーション値は、ダイアログウィンドウ、モデルからの信号、またはSCADAウィンドウから定義できます。ダイアログオプションを選択した場合、シミュレーション値は固定され、シミュレーションプロパティ値によって定義されます。モデル値を選択した場合、コンポーネントに追加の端子が作成され、モデルからの任意の信号を接続してシミュレーション値を動的に変更できるようになります。SCADAオプションを選択した場合、 IEC 61869 SV Publisherからシミュレーション値を定義できます。シミュレーションウィジェットはSCADAウィンドウにあります。
  • svID
    • ASDU の一意の SV 識別子を指定します。
  • confRev
    • ASDU の構成リビジョン番号を指定します。
  • 同期

    • 同期値は、電流/電圧のサンプリング時刻がグローバルクロック値と同期しているかどうかを受信側に通知します。通常、SV送信側は、電流/電圧値がサンプリングされた正確な時刻を中継するために、グローバル（マスター）クロックに同期します。これにより、受信側は値が古いか最新かを認識し、値を受け入れるか、破棄するか、または変更するかを判断できます。

    • 使用可能な値は、なし、ローカル、グローバルです。

    • SV 送信機がマスター クロック (通常は GPS または PTP プロトコルを使用) に同期されている場合、値はGlobalとして指定する必要があります。

    • SV 送信者がマスター クロックに接続されていないが、同期する方法がある場合は、値はLocalとして指定されます。

    • SV 送信者にクロック同期の手段がない場合、値はNoneとして指定されます。

  • 価値は

    • 同期値が固定値で、同期プロパティを使用して定義されるか、シミュレーション中に動的に割り当てられるかを定義します。動的な値は、SVプロトコル（同じイーサネットポート経由）と並行して実行されるPTPスレーブの状態、またはHILデバイスの専用ポートを介して受信されるIRIG-B信号に対応します。

    • 使用可能な値はdynamicとstaticです。

    • PTPスレーブがPTPマスタークロックに同期している場合、同期値はPTPマスタークロックの時刻トレーサビリティに応じて「ローカル」または「グローバル」のいずれかになります。PTPスレーブが同期していない場合、値は「なし」になります。

    • IRIG-B が使用される場合、同期値は、IRIG-B ソースが GPS 信号にロックされているかどうかに応じて、グローバルまたはローカルのいずれかになります。

  • 特定のローカルエリアクロックIDをsmpSynch値として使用する
    • 同期プロパティ値がローカルで、値が静的である場合、メッセージ内のsmpSynchフィールド値として固有の特定ローカル エリア クロック ID を使用するように SV メッセージを設定できます。

    • Synchronizationプロパティの値がlocalで、値がstaticで、このチェックボックスがTrueにチェックされている場合、メッセージ内のsmpSynch値として使用される固有のローカルエリアクロックIDを指定するプロパティ値が有効になります。このプロパティに指定できる値は、[5, 254]の範囲の整数です。

  • gmアイデンティティ
    • SVメッセージのグランドマスターIDフィールドの値を指定します。このプロパティは、gmIdentityの値がstaticに設定されている場合に有効になります。
    • 使用可能な値は、 static 、 dynamic 、 noneです。
    • 値は、長さ 16 の 16 進数で、「 0x」プレフィックスなしで指定する必要があります。
  • 価値は
    • gmIdentity フィールドのソースを指定します。staticを選択した場合、すべてのパブリッシングメッセージに、プロパティgmIdentityで指定された gmIdentity フィールドが含まれます。dynamicを選択した場合、すべてのパブリッシング SV メッセージに、PTP グランドマスタークロックの同期の ID 値が含まれます。noneを選択した場合、パブリッシング SV メッセージには gmIdentity フィールドは含まれません。
  • I スケーリング係数
    • 入力電流信号のスケーリング係数を指定します。電流のデフォルトのスケーリング係数は1000です。
  • 私はタイプする
    • SV メッセージに書き込まれる現在のタイプを定義します。
    • 使用可能な値はint 、 uint 、 realです。
    • 例えば、入力電流が1Aでint型を選択した場合、メッセージには値0x0000 0001が書き込まれます。real型を選択した場合は、値0x03f8 0000が書き込まれます。
  • Vスケーリング係数
    • 入力電圧信号のスケーリング係数を指定します。電圧のデフォルトのスケーリング係数は100です。
  • V型
    • SV メッセージに書き込まれる電圧タイプを定義します。
    • 使用可能な値はint 、 uint 、 realです。
    • 例えば、入力電圧が1Vでint型を選択した場合、メッセージには0x0000 0001という値が書き込まれます。real型を選択した場合は、0x03f8 0000という値が書き込まれます。
  • 品質を生成する（ボタン）
    • 信号品質の値をグラフィカルに定義できる新しいダイアログを開きます。設定可能なすべての信号属性はここに記載されています。信号品質が「固定」に設定されている場合に便利です。
  • 現在の信号品質
    • 信号品質をモデルからの信号で指定するか、固定値でユーザー定義するかを選択します。 「可変」オプションを選択した場合、コンポーネントに信号を接続するためのポートIQが表示されます。
  • 1x品質
    • 現在の信号品質に「固定」オプションを選択した場合、ユーザーは各電流の信号品質をバイナリ形式で手動で定義できます。
    • 使用可能な値は、固定と可変です。
  • 電圧信号品質
    • 現在の信号品質と同じです。
  • Vx品質
    • Ix品質と同じです。
  • データセット内の電流の数（I）
    • ASDUフィールド内の電流量の数を指定します。値が0の場合、IEC 61869 SV PublisherコンポーネントにはIポートとIQポートがありません。値が0より大きい場合、 IポートとIQポートは選択された値の長さのベクトルになります。

    • 使用可能な値の範囲は[0, 24]です。

    • デフォルトでは、このプロパティの値は 4 です。
  • データセット内の電圧数（V）
    • データセット内の電流の数 (I)と同じです。
注: IEC 61869 SV Publisher に従って許容される電流量と電圧量の合計の最大数は 24 です。

PTP同期

PTP同期メカニズムは、ネットワーク上のすべてのデバイスが同じ時刻基準を持つことを保証します。この時刻基準は、ネットワーク上のマスターデバイス（通常はグランドマスタークロックと呼ばれます）によって決定されます。

SVパブリッシャー間の時刻同期により、すべてのSVパブリッシャーが同じ時点からサンプルカウントを開始します。言い換えれば、SVパブリッシャーは秒値が変更されるたびに（つまり、秒ロールオーバーが発生するたびに）、サンプルカウント（ smpCnt ）値を0にリセットします。これにより、2つのSVデータストリームを受信するSVレシーバーは、電流値と電圧値を簡単に比較し、位相ずれを検出できます。

PTP を使用した SV アプリケーションの同期は、次のように時間同期コンポーネントを構成することによって実現できます。

  • 同期ソースとしてPTPを選択する
  • SVアプリケーションで使用されるイーサネットポートを選択します
  • IEC61850-9-3定義済みPTP構成を選択する

IRIG-B同期

この同期方法は、IRIG-Bポートを備えたデバイスのみで使用できます。各HILデバイスモデルで利用可能なポートに関する情報は、各デバイスのハードウェアマニュアルの「一般仕様」セクションに記載されています。IRIG -B同期を使用するには、時間同期コンポーネントで同期ソースとして「IRIG-B」を選択する必要があります。

IRIG-B 信号が受信されるたびに、サンプル カウント (smpCnt) 値がリセットされ、HIL デバイスの内部クロックが更新され、SV Publisher メッセージに正確なタイムスタンプが付与されます。

IRIG-B 信号の詳細については、「時間同期」ページをご覧ください。

IEC 61869 SV加入者

コンポーネントが無視されます:このコンポーネントはTyphoonSimでは無視されます。TyphoonSimシミュレーション中、このコンポーネントへの入力は破棄され、コンポーネントからの出力はゼロになります。

IEC 61869 SV加入者コンポーネントは、ネットワーク上の特定のSVメッセージのAPDUフィールドをサブスクライブするために使用されます。SVメッセージをサブスクライブするには、メッセージフィルタリングのためにAPP IDとSV IDを指定する必要があります。APP IDの値は、ネットワークからSVメッセージをフィルタリングするために使用されます。

IEC 61869 SV Subscriberコンポーネントのすべての出力は、時系列出力として実装されています。受信メッセージは、プロパティVariantの値として選択されたバリアントに基づいて解析されます。コンポーネントの出力は、サンプリングされたレートと同じレートでデータを出力します。つまり、バリアントF4800S2を選択した場合、出力も毎秒4800サンプルのレートでデータを出力します。データは受信SVメッセージ内のASDUの数に基づいて解析され、コンポーネントは受信した順にデータを出力します。つまり、SVメッセージの最初のASDUに含まれるデータが最初に出力され、次に受信したSVメッセージの2番目のASDUに含まれるデータが出力されます。そのため、信号ジッタを防ぐために、コンポーネントの実行レートをサンプリング周期の倍数に設定することが重要です。例えば、バリアントF4800S2を使用する場合は、実行レートを「1/4800」または式の倍数となる値に設定することをお勧めします。

出力I 、 IQ 、 V 、 VQ は、選択されたデータセットの次元の長さのベクトルです。出力smpCnt は、受信SVメッセージのsmpCnt属性として解析された値を含む符号なし整数です。

IEC 61869 SV加入者コンポーネントのプロパティ

  • 変異体
    • 受信 SV メッセージのバリアントを選択します。
    • 利用可能なバリアントはF4800S2とF14400S6です。
  • アプリID
    • メッセージ フィルタリングの APP ID 値。
  • SV ID
    • ASDU フィルタリング用の SV ID。
  • I スケーリング係数
    • 現在の値に適用されるスケーリング係数。
  • 私はタイプする
    • SV メッセージに書き込まれる現在の値の型を定義します。
    • 使用可能な値はint 、 uint 、 realです。
  • Vスケーリング係数
    • 電圧値に適用されるスケーリング係数。
  • V型
    • SV メッセージに書き込まれる電圧値のタイプを定義します。
    • 使用可能な値はint 、 uint 、 realです。
  • データセット内の電流の数（I）
    • 受信SVメッセージのASDUフィールドに含まれる電流量の数を指定します。値が0の場合、IEC 61869 SV加入者コンポーネントにはIポートとIQポートがありません。値が0より大きい場合、 IポートとIQポートは選択された値の長さのベクトルになります。

    • 使用可能な値の範囲は[0, 24]です。

    • デフォルトでは、このプロパティの値は 4 です。
  • データセット内の電圧数（V）
    • データセット内の電流の数 (I)と同じです。
注: IEC 61869 SV 加入者あたりの電流量と電圧量の合計許容最大数は 24 です。

仮想HILサポート

Virtual HILは現在このプロトコルをサポートしていません。非リアルタイム環境（例：ローカルコンピュータでモデルを実行する場合）を使用する場合、このコンポーネントへの入力は破棄され、このコンポーネントからの出力はゼロになります。