基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法

徐荻森?┱胖悠?

摘要：指出了分布式電源的大量接入將給配電網帶來廣泛影響，在此之中智能微網的網絡安全問題尤為重要。闡述了一種基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法，能夠在微網發生故障時，迅速診斷，定位故障，隔離故障，恢復非故障區域的正常供電。

關鍵詞：分布式自愈； 智能微網； IEC61850標準； GOOSE通信

中圖分類號：TM727

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10014603

1 引言

隨著天然氣發電、光伏發電、儲能系統等分布式電源的接入及滲透率的提高，配電網形態發生重要改變，內部具有分布式能源且具有控制和運行能力智能微網成為發展的主流。不同于傳統配電網，智能微網具備一定比例的分布式可控電源，網絡拓撲可靈活調節，具備較為完善的可控水平。分布式電源將傳統被動配電網變為有源雙向的能量網絡，傳統的的繼電保護沒有足夠多的選擇性，已經滿足不了智能微網的要求。在此闡述了一種基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法，能夠彌補傳統繼電保護的不足，提高智能微網供電的穩定性和可靠性。

2 IEC61850 標準簡介

IEC61850標準是電力系統自動化領域唯一的全球通用標準。它通過標準的實現，實現了智能變電站的工程運作標準化。使得智能變電站的工程實施變得規范、統一和透明。不論是哪個系統集成商建立的智能變電站工程都可以通過SCD（系統配置）文件了解整個變電站的結構和布局，對于智能化變電站發展具有不可替代的作用。

面向通用對象的變電站事件（GOOSE-Generic Object Oriented Substation Event） 是IEC61850標準中用于滿足變電站自動化系統快速報文需求的機制。主要用于實現在多IED之間的信息傳遞，包括傳輸跳合閘信號，具有高速傳輸特點。基于GOOSE網絡傳輸代替傳統的硬接線實現開關位置、閉鎖信號和跳閘命令等實時信息的可靠傳輸。

3 分布式自愈方法

目前智能配電網自愈方法按決策者不同主要可分為集中式自愈和分布式自愈兩種。其中集中式自愈法由配電子站/主站來完成控制決策；而分布式自愈法是由底層的各智能終端設備來配合完成整個決策。

3.1 集中式自愈法

集中式自愈法主要依靠高級計算功能的配電子站/主站來完成，需要通過配電子站/主站收集所有開關位置、電壓電流等數據，通過分析計算確定故障類型、故障位置，形成控制決策，再下發命令至保護裝置或智能終端，整個故障的處理過程依賴主站完成。由于集中式自愈法需要采集終端的大量數據，同時僅由主站進行分析決策，耗時較長，難以滿足故障快速定位，隔離，恢復的要求。

3.2 分布式自愈法

分布式自愈法，可以在沒有主站參與的情況下，實現裝置與裝置之間的GOOSE通信，通過智能配電裝置分區故障自愈技術，當故障發生時，各開關根據來自相鄰開關的高速交互信息，判斷其位置是否處于故障區域的端點，并據此判斷是否分閘。從而實現快速隔離故障，恢復非故障區域的供電，如圖1所示。

3.2.1 故障定位

當F1和F2之間發生永久性接地故障時。故障電流超過F1智能配電保護裝置的過流保護定值，開關F1智能配電保護裝置監測到F1處有故障電流、而F2處無故障電流，則確定故障位置在G1點。

3.2.2 故障隔離

通過F1智能配電保護裝置邏輯判斷，F1過流保護動作，發跳閘命令至開關Z1，Z1跳閘后，F1、F2接受到跳閘命令，負荷開關F1、F2跳閘，隔離故障點G1。

3.2.3 恢復非故障區域供電

故障點隔離之后，F1發命令合上備用電源開關Z2，恢復非故障區域（F3、F4）供電。整個自愈過程時間在500-1500ms，時間短，可靠性高。

恢復后狀態：電源開關Z1分位，負荷開關F1、F2分位，負荷開關F3、F4合位，備用電源開關Z2合位。

基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法，可以在沒有配電子站/主站參與的情況下，實現裝置與裝置之間的GOOSE通信。可以自由配置裝置間通訊信息，極大提高了保護邏輯配置的靈活性、適應性。在沒有配電子站/主站的系統中，也可以進行GOOSE通信，大大提高了該分布式自愈法的使用范圍。

表中第1、2點為開關位置信號，用于傳輸開關的位置信號給相鄰設備；第3、4點是分閘、合閘命令，用于接受來自其他裝置的分閘、合閘命令；第5個點是過流判據。每臺裝置都會配置相應的GOOSE表格，在需要配置通信的兩個配電裝置之間建立GOOSE通信，來傳輸相互間需要的啟動信號和閉鎖信號。

當故障發生時，智能配電保護裝置具體判斷邏輯如圖1所示。

自愈保護邏輯框圖對應的是智能配電保護裝置內部的邏輯判斷程序。判斷的信號通過裝置之間GOOSE通信相互傳輸。當任意處發生故障時候，智能配電保護裝置都會啟動自愈保護邏輯框圖中的邏輯判斷程序，來判斷確定故障位置，發出跳閘、合閘命令。

GOOSE作為其中傳輸開關位置、跳閘、閉鎖等命令的快速報文，在數字化變電站中被廣泛應用，讓變電站中的智能設備的互操作性和互換性更強，其網絡化的連接同時也降低了設備的維護成本。基于IEC61850 GOOSE通信的優點，相信未來在發電側、配電側也會得到廣泛應用。

參考文獻：

[1]

井立翠，李秦偉，董 方.基于IEC61850標準的GOOSE信息模型的構建研究[J].自動化與儀器儀表，2012（6）.

[2]丁 晟.基于IEC61850的GOOSE報文通信系統的相關研究[D].大連：大連理工大學，2015，39～43.

[3]秦紅霞，譚志海，葛 亮，等.智能配電網自愈控制系統技術研究與設計[J].電力系統保護與控制，2014，42（22）：134.

[4]陳 偉.智能電網的發展及環境管理探討[J].綠色科技，2012（12）：53～55.

[5]王 程.智能電網環境效益理論研究及評價模型[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2015（1）.