基于LGOS和LSVS邏輯節(jié)點(diǎn)的變電站虛端子對接設(shè)計研究

武玉萍，邵雪瑾，郭 科，白 英，米雪峰

(1.寧夏寧電電力設(shè)計有限公司，寧夏 銀川 750001； 2.隴南電力供電公司，甘肅 隴南 742500)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的推進(jìn)，變電站設(shè)備狀態(tài)和控制信息的交互對于提升變電站智能化水平、提高變電站運(yùn)行維護(hù)工作效率具有重要意義。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是第一代變電站通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，為變電站設(shè)備信息交互提供了重要的可行解決方案，近年來隨著IEC 61850 2.0版本的推出，其應(yīng)用方法和功能擴(kuò)展正日漸成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為變電站通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，創(chuàng)新了變電站二次設(shè)備的交互方式[1-4]，其中面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?GOOSE)是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)下滿足變電站對報文快速傳輸?shù)囊环N機(jī)制，它可以實(shí)現(xiàn)多個智能電子設(shè)備(IED)的信息傳輸，包括信息接收、發(fā)出等多種狀態(tài)；電氣量采樣值(SV)則反映了變電站中在運(yùn)設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)(電壓、電流)，是變電站設(shè)備運(yùn)維的信息基礎(chǔ)。GOOSE網(wǎng)絡(luò)與SV網(wǎng)絡(luò)是智能變電站中最為重要的通信網(wǎng)絡(luò)[5-8]。可見GOOSE和SV信息的可靠傳輸與監(jiān)測是十分重要，但目前傳統(tǒng)的監(jiān)測方法主要有2個問題：①沒有提供有關(guān)變電站設(shè)備檢修相關(guān)的內(nèi)容，在裝置檢修操作時監(jiān)測系統(tǒng)提供的信息有限；②在GOOSE信息接收端，缺乏對GOOSE信息接收狀態(tài)的監(jiān)測[8-12]。IEC 618507 2.0版本中，新設(shè)置了LGOS和LSVS兩個邏輯節(jié)點(diǎn)，這2個節(jié)點(diǎn)可以在接收端對每個發(fā)送端的GOOSE和SV信息流進(jìn)行在線監(jiān)控[13-14]。通過將這些來自用戶端IED自身的報文規(guī)范(MMS)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集中器以及變電站的HMI中，就能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)信息的顯示和分析。

為此，本文從IEC 61850 2.0版本入手，設(shè)計了一套信息對接架構(gòu)，對GOOSE和SV信息進(jìn)行監(jiān)測和可視化顯示，實(shí)現(xiàn)了前端顯示器、網(wǎng)絡(luò)嗅探器、數(shù)據(jù)集中器和人機(jī)交互接口(HMI)的數(shù)據(jù)信息顯示以及跟蹤。

1 信息對接設(shè)計方法

1.1 總體對接架構(gòu)的設(shè)計

智能變電站的電氣量采樣值和通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录亲冸娬就ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中最為重要的交互信息，在LGOS與LSVS邏輯節(jié)點(diǎn)得到開發(fā)應(yīng)用之前，監(jiān)測變電站GOOSE信息的傳統(tǒng)方法如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)GOOSE監(jiān)測系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of traditional GOOSE monitoring system

其中，IED1是信息發(fā)布端，由IED1發(fā)布一個數(shù)據(jù)集(DataSet1)。當(dāng)IED接收到GOOSE消息時，它向RTU數(shù)據(jù)集中器發(fā)送狀態(tài)值(stVal)和編碼質(zhì)量(q)。如果用戶沒有收到GOOSE消息，則會向IEC 61850 HMI客戶端發(fā)送一條GGIO信息，指示GOOSE消息失敗。而出現(xiàn)在HMI屏幕上的指示將提醒操作員GOOSE消息未能發(fā)送成功。

本文設(shè)計了一種由2個MMS邏輯節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的信息對接和監(jiān)測架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 本文設(shè)計的雙MMS信息結(jié)對和監(jiān)測架構(gòu)示意Fig.2 Information pairing and monitoring architecture of dual MMS designed in this paper

由圖2可見，通過2個MMS邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了GOOSE信息和SV信息的實(shí)時監(jiān)測，由于GGIO信息由IED2接收端產(chǎn)生，因此其包含了GOOSE信息、SV信息、發(fā)送端信息以及接收端信息，實(shí)現(xiàn)了收發(fā)的信息監(jiān)測和GOOSE以及SV虛端子的對接。由IED2接收信息后，統(tǒng)一傳入可視化模塊，主要包括IED收發(fā)情況監(jiān)測界面、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)嗅探器和HMI顯示界面4個級別的可視化功能，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)流向和GOOSE、SV信息跟蹤顯示，提升運(yùn)維、檢修人員的工作效率。

1.2 LGOS和LSVS對接參數(shù)設(shè)計

根據(jù)IEC 618507-42ndED2發(fā)布的新版本，通過設(shè)置2個新的MMS邏輯節(jié)點(diǎn)來監(jiān)視GOOSE和SV的數(shù)據(jù)流信息。如圖2中的MMS1和MMS2分別是LGOS和LSVS邏輯節(jié)點(diǎn)，這2個節(jié)點(diǎn)通過使用數(shù)據(jù)對象模型來分別監(jiān)視GOOSE和SV的狀態(tài)。這2種節(jié)點(diǎn)的功能相似，只是分別對應(yīng)GOOSE和SV，因此此處本文此處以LGOS邏輯節(jié)點(diǎn)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。LGOS數(shù)據(jù)對象模型設(shè)置見表1，該模型可對GOOSE消息的狀態(tài)進(jìn)行診斷。LGOS和LSVS都具有高級診斷功能，例如識別未收到的消息，此外邏輯節(jié)點(diǎn)還能夠反饋信息發(fā)布端和信息接受端之間配置是否匹配。

LGOS邏輯節(jié)點(diǎn)通過連接MMS客戶端來監(jiān)視GOOSE消息。首先將GOOSE發(fā)布端服務(wù)器的每個發(fā)布對象都對應(yīng)設(shè)置一個單獨(dú)的LGOS邏輯節(jié)點(diǎn)，以便快速診斷每個GOOSE信息的狀態(tài)。

本文中設(shè)置的LGOS1邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對象如圖3所示。由圖3可見，LGOS設(shè)置中包含了表1中所示的NdsCom、St、SimSt、lastStNum四個狀態(tài)信息。其中，LastStNum-stVal可以顯示GOOSE信息流中接收的最后一個狀態(tài)值，每次數(shù)據(jù)狀態(tài)更改時，GOOSE發(fā)布端都會將狀態(tài)值增加1，例如斷路器發(fā)生動作，圖3中的stVal data屬性值將從2變?yōu)?。

圖3 LGOS1的數(shù)據(jù)對象和GOOSE信息狀態(tài)Fig.3 LGOS1 data object and GOOSE information status

如果邏輯節(jié)點(diǎn)LGOS1在上一條信息有效時間結(jié)束之前接收到GOOSE流，則St-stVal data屬性將變?yōu)門rue。隨后LGOS1的狀態(tài)值(True/False)將顯示是否存在GOOSE連接，該過程如圖4所示。若此時斷開網(wǎng)線與網(wǎng)口的連接，LOGS St-stVal data屬性將變?yōu)镕alse，表明GOOSE的信息傳遞中斷。

圖4 接收到GOOSE數(shù)據(jù)時LGOS為TrueFig.4 LGOS is True when GOOSE data is received

與LGOS節(jié)點(diǎn)的設(shè)置方法類似，SV監(jiān)測過程的設(shè)計方法大致相同，這是因?yàn)長SVS節(jié)點(diǎn)是一個IEC61850-9-2電氣量采樣值的收發(fā)模塊。與LGOS的功能相同，LSVS可以監(jiān)測發(fā)布端(圖2中IED1)和接收端(圖2中IED2)之間的配置匹配程度，并反饋數(shù)據(jù)流中的問題。

根據(jù)上述方法通過參數(shù)設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)虛端子的信息對接，同時兼具信息監(jiān)測和可視化的功能。

2 結(jié)果與分析

2.1 GOOSE和SV信息可視化效果

以GOOSE和SV信息為例說明本文設(shè)計的對接架構(gòu)的可視化效果，發(fā)布端某繼電器的GOOSE/SV列表見表2。此GOOSE列表源于繼電器制造商的出廠配置，并作為IEC 61850系統(tǒng)配置器應(yīng)用于變電站配置描述文件(SCD)中。選定某個GOOSE(本文中選定GOOSE-1)信息后，該GOOSE信息的數(shù)據(jù)對象信息(表3)將與其狀態(tài)一起進(jìn)行顯示，同時圖5展示了該GOOSE下繼電器的電壓和電流值。

表2 訂閱的GOOSE信息Tab.2 List of GOOSE information subscribed

GOOSE可視化效果如圖6所示。根據(jù)圖6可以看出各繼電器的運(yùn)行狀態(tài)，為運(yùn)維檢修工作的進(jìn)行直接提供參考；表2、表3和圖5則分別給出了GOOSE狀態(tài)以及直觀的電流和電壓數(shù)值。

圖5 SV數(shù)據(jù)示意Fig.5 Schematic diagram of SV data

圖6 GOOSE監(jiān)控屏幕示意Fig.6 Schematic diagram of GOOSE monitoring screen

表3 GOOSE-1數(shù)據(jù)對象信息Tab.3 GOOSE-1 data object information

2.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息可視化效果

GOOSE嗅探器可視化效果如圖7所示，其中顯示了GOOSE的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、時間日期等信息。

網(wǎng)絡(luò)嗅探器監(jiān)測允許用戶通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)測IEC 61850變電站自動化協(xié)議包，通過將GOOSE數(shù)據(jù)包解碼、檢查、顯示、過濾、保存在緩沖文件中并打印實(shí)現(xiàn)可視化。同時此程序通常有帶有一個SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)接口，允許監(jiān)測系統(tǒng)與PC時間自動實(shí)時同步。

2.3 數(shù)據(jù)管理中心可視化效果

數(shù)據(jù)管理中心GOOSE監(jiān)測設(shè)置如圖8所示，數(shù)據(jù)集中器操作客戶端如圖9所示。

圖8 數(shù)據(jù)管理中心GOOSE監(jiān)測設(shè)置示意Fig.8 GOOSE monitoring and setting of data management center

圖9 數(shù)據(jù)管理中心操作客戶端示意Fig.9 Operation client of data management center

數(shù)據(jù)管理中心通過不同的通信協(xié)議將各個IED連接到數(shù)據(jù)集中器。數(shù)據(jù)集中器主要具備如下2個功能：①IEC 61850接口將充當(dāng)MMS接口，從IED顯示LGOS和LSVS消息。②圖8中上側(cè)為GOOSE監(jiān)控功能的選擇和設(shè)置，底部為GOOSE列表和復(fù)選框功能，用于選擇IED監(jiān)視的目標(biāo)GOOSE的信息。圖9中展示了邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)對象樹的層級結(jié)構(gòu)以及特定GOOSE消息的狀態(tài)。同時錯誤信息顯示在當(dāng)前狀態(tài)，這樣就可以在故障發(fā)生時協(xié)助運(yùn)維人員排除故障。

3 結(jié)論

變電站GOOSE和SV信息的穩(wěn)定可靠對于保證變電站穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文研究了基于LGOS、LSVS邏輯節(jié)點(diǎn)的GOOSE與SV虛端子的對接方法，利用IEC 618507 ED2中LGOS和LSVS邏輯節(jié)點(diǎn)設(shè)計了一套虛端子信息對接架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對變電站GOOSE與SV信息的實(shí)時監(jiān)測訂閱功能，具有全可控、透明化的優(yōu)點(diǎn)。