淺談智能變電站過程層組網原理

馬天龍　呂利旭　侯果山　吳鵬超

摘 要：隨著智能變電站不斷的發展，智能變電站已經成為主流。該文結合現場實際調試經驗，對智能變電站過程層組網的原理進行了簡單的分析，并簡單介紹了過程層組網的步驟。

關鍵詞：過程層 組網 GOOSE SV

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（a）-0059-03

1 過程層設備概念的由來

智能變電站是采用先進、可靠、集成、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化和信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，同時支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動的高級功能的變電站。這里的“智能設備”就是相對于常規變電站而言的，也就是智能變電站中的過程層設備——即智能終端和合并單元。有了過程層設備，常規變電站里數以萬計的電纜被光纜、光纖所取代。

由于智能變電站中供貨廠家眾多，在組網過程中各個廠家都有自己的軟件，但是其中共性是存在的，不然，組網都成問題的話，智能變電站就不智能了。我們先來說說由GOOSE和SV構成的過程層網絡的要素。

2 GOOSE網絡的形成要素

GOOSE是IEC61850中的一種快速報文傳輸機制，用于傳輸變電站內IED之間重要的分合閘等實時信號。我們可以把GOOSE網絡看成是一個集合，借鑒數學中對集合的定義來理解GOOSE網絡形成的要素，如下所示為GOOSE網絡的集合表達形式：GOOSE={g（iedname，邏輯設備，mac地址，APPID）| g（iedname，邏輯設備，mac地址，APPID）屬于訪問點G1}。

這個名為GOOSE的集合，它的構成元素是g，其共同特征就是屬于G1訪問點，g代表goose控制塊，它具有（iedname，邏輯設備，mac地址，APPID）的屬性。如圖1所示，為GOOSE集合的示意圖，我們理解了這個集合的具體含義也就理解了GOOSE網絡通訊的原理，對于理解過程層組網很有幫助。

首先，來理解一下訪問點。訪問點，表征了IED所應用的目的網絡，即網絡的屬性。一般用S1、G1和M1來表征不同的網絡。S1表征通訊網絡為MMS站控層網絡。G1表征為GOOSE過程層網絡，發送GOOSE報文。M1表征為SV過程層網絡，發送SV報文。由于智能站中，智能站中的保護和測控裝置都會參與站控層網絡和G1網絡的通訊。一般智能終端的訪問點為G1，因為智能終端在GOOSE網絡會發送GOOSE信息給需要的IED，比如保護裝置或者測控裝置。同樣的道理，合并單元也需要發送一些GOOSE信息給測控裝置，比如自身的檢修壓板狀態，或者是自身的運行異常等告警信息。

圖1中的方框代表goose控制塊，它所屬的IED有自己的iedname。比如，PT1101A為110 kVA套主變保護裝置模型的iedname，其命名規則是這樣的——首字母代表IED的功能：P代表保護，C代表測控，M代表合并單元設備，I代表智能終端設備；第二個字母代表類型：T表示主變，L代表線路，M代表母線，B表示斷路器，G表示公用，CF表示分段或者母聯，BT代表備自投等；其后的兩位數字代表電壓等級：11代表110 kV，35代表35 kV，10代表10 kV，22代表220 kV，33代表330 kV等；緊接著的兩位數字代表同類IED出現的個數；最后用A和B表征該IED是A套或者B套。個別特殊情況為：MT01表示為1號主變本體合并單元，IT02為2號主變本體智能終端等。

在說“邏輯設備”前，我們先理解goose控制塊的含義。每一個goose控制塊里都有一定數量的開入和開出等信息，其具體的功能和意義是根據其功能而定的。如圖2所示，為IL1101（110 kV線路1智能終端）的G1訪問點下，RPIT為其邏輯設備，其目錄下有4個GOOSE控制塊，dsGOOSE1為第一個GOOSE控制塊，里面有斷路器機構及操作回路的信號。有的GOOSE控制塊里有單、雙點遙信開入信息，還有的GOOSE控制塊里有裝置異常信息等。由此可見，邏輯設備、GOOSE控制塊的關系也顯而易見了。

下面來說說邏輯設備這個概念，它可以理解為裝置的CPU號。單純的保護裝置只有一個CPU號，因而，所有的GOOSE控制塊的信息都是這一個CPU來處理。如圖2所示，dsGOOSE1控制塊中的信息，都是由RPIT這個CPU號邏輯設備負責處理，在以G1為訪問點GOOSE網絡中，給訂閱了這些GOOSE信息的其他設備（保護和測控裝置）按照一定規則發送已經訂閱的信息，這個規則就是IEC61850協議中的GOOSE報文規則。如果有保護和測控在一起的話，一般它們都會有兩個CPU，分別處理保護和測控信息，保護CPU要發保護跳閘信息，測控CPU要發遙控刀閘、斷路器等信息，那它的邏輯設備必然就有兩個并且相互獨立。至于這些邏輯設備的具體名稱，都是封裝在IED內的，沒有必要修改。

而IEC61850協議中的GOOSE報文規則就是每個GOOSE控制塊要有MAC地址和APPID。GOOSE網絡有明確規定：MAC地址范圍在01-0C-CD-01-00-01和01-0C-CD-01-03-FF之間，APPID的范圍是1001H-03FFH，并且要求MAC地址和APPID在GOOSE網絡中是唯一的。這樣的話，同一個邏輯設備下的不同GOOSE控制塊之間它們可以通過以上兩者進行區分。一般在查找GOOSE網絡問題時，要看的主要就是這個。

3 SV網絡形成的要素

SV（Smapled Value）， 也叫SMV（Smapled Measured Value），指的是采樣測量值，用于傳輸數字采樣信息。提到傳輸，它必然有自己的網絡，需要在獨立的網絡中傳輸。我們可以用同樣的方法來分析SV網絡的要素。如下為SV的集合表達方式。

SV={m（iedname，邏輯設備，sv控制塊，mac地址，APPID，VLAN_ID）| m（iedname，邏輯設備，sv控制塊，MAC地址，APPID，VLAN_ID）屬于訪問點M1}。與GOOSE十分相似，所不同的是，多了一個VLAND_ID的參數，這個參數至關重要。如圖3所示，為SV集合示意圖。

如圖3所示，SV集合中的元素是屬于某個合并單元的SV控制塊，共同構成訪問點M1，它們都負責發送SV信息，換句話說，合并單元構成了SV網絡起點。邏輯設備和SMV控制塊的功能與GOOSE中的一樣。

SV網絡中，APPID的范圍為4001H-7FFFH。在SV網絡中， mac地址和APPID用以區分SV控制塊。

下面來說說VLAN_ID。合并單元以IEC61850的9-2報文形式將實時采樣值發送到組網交換機上，組網內的任何設備都可以收到。在實際工程應用中，往往SV會和GOOSE共網，這種情況下，SV報文的流量遠遠大于GOOSE流量。組網上的設備可以有選擇的訂閱SV，就可以通過選擇SV的VLAN_ID實現過濾，即通過在交換機上設置某個光口運行通過的VLAN_ID來訂閱SV。通過這種方式，減少了組網交換機的壓力，也避免了GS和SV的相互影響。

舉個例子：比如CT1101需要從組網交換機上接收MT1101A的SV（APPID=4011H，VLAN_ID=20H），而主變的組網交換機上會同時有MT1101A（APPID=4011H，VLAN_ID=20H）、MT1001A（APPID=4012H，VLAN_ID=21H）、MT3501A（APPID=4013H，VLAN_ID=22H）等SV，通過設置CT1101在交換機上所連接的光口允許通過的VLAN_ID為32（20H），這樣就只有MT1101A的SV通過。

4 過程層組網步驟

只要明白了GS和SV網絡的要素，對于我們進行組網工作很有幫助，下面就簡單介紹一下組網步驟。

第一步，收集全站過程層和間隔層設備的模型，組成SCD，進行GOOSE和SV網絡配置。在GOOSE網絡中，把發GOOSE的IED的所有goose控制塊納入G1訪問點內，修改MAC地址和APPID。在SV網絡中，把發送SV的IED的所有SV控制塊納入到M1訪問點中，設置MAC地址、APPID和VLAN_ID。

第二步，對照設計提供的虛端子表、連虛端子。即完成（1）保護、測控裝置接收合并單元的SV，以及智能終端的GOOSE的過程；（2）智能終端接收保護裝置的GOOSE的過程；（3）保護裝置接收其他保護裝置的GOOSE的過程。如圖4所示，為CT1101的部分GOOSE虛端子，按照設計提供的虛端子，用CT1101中的斷路器位置、刀閘位置和告警信號去對應接收智能終端發送過來的斷路器位置、刀閘位置及其他告警信息。

圖5所示的為PT1101A所接收的SV的部分虛端子信息，保護裝置為了提高精度和準確率，采用雙AD采樣，外加核定延時。

第三步，光口綁定。無論是保護測控裝置，還是智能終端、合并單元都要進行這一步。就是要告訴裝置用哪一個光口接收、用哪一個光口發送。

第四步，完善光路。通過跳纖和尾纜打通組網的光路。有從裝置背板光口去本屏光纖配線架（一般通過光配到智能終端和合并單元）的，有到組網交換機的。盡可能的按照施工圖紙來完善，如有必要修改，記得做好標記。

第五步，通過配置好的SCD文件轉化生成裝置可識別的文件，來激活過程層接口板卡的光口，過程層接口板卡負責把CPU要發送的信息轉換成光信息，指定從某個光口發出，同時，過程層板卡從某個光口接收到的光信息，轉換成電信息，傳給裝置的CPU。

這樣完整的過程層組網步驟就完成了，剩下的就是通過不斷的測試，來發現虛端子配置或者裝置配置問題，并處理問題。

5 結語

從智能變電站誕生之初，過程層組網就一直是智能站中最重要的環節。該文利用“集合”的概念介紹了GOOSE網絡和SV網絡形成的要素，對組網原理做了簡單易懂的說明和解釋，對于初識智能變電站的人有很好的學習和借鑒意義。通過實際工作中借鑒該文經驗，可以加深對過程層組網概念的理解，有助于分析和處理過程層組網問題。

參考文獻

[1] 數字化變電站理論篇-IEC61850規約應用V1.01[EB/OL].http：//www.wenkuxiazai.com.

[2] 智能變電站[EB/OL].http：//baike.so.com.