基于LGOS和LSVS邏輯節點的變電站虛端子對接設計研究

武玉萍，邵雪瑾，郭 科，白 英，米雪峰

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

隨著智能電網建設步伐的推進，變電站設備狀態和控制信息的交互對于提升變電站智能化水平、提高變電站運行維護工作效率具有重要意義。IEC 61850標準是第一代變電站通信網絡的基礎，為變電站設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，其應用方法和功能擴展正日漸成為研究人員關注的焦點。

IEC 61850標準作為變電站通信網絡的基礎，創新了變電站二次設備的交互方式[1-4]，其中面向對象的變電站事件(GOOSE)是IEC 61850標準下滿足變電站對報文快速傳輸的一種機制，它可以實現多個智能電子設備(IED)的信息傳輸，包括信息接收、發出等多種狀態；電氣量采樣值(SV)則反映了變電站中在運設備的實時運行狀態(電壓、電流)，是變電站設備運維的信息基礎。GOOSE網絡與SV網絡是智能變電站中最為重要的通信網絡[5-8]。可見GOOSE和SV信息的可靠傳輸與監測是十分重要，但目前傳統的監測方法主要有2個問題：①沒有提供有關變電站設備檢修相關的內容，在裝置檢修操作時監測系統提供的信息有限；②在GOOSE信息接收端，缺乏對GOOSE信息接收狀態的監測[8-12]。IEC 618507 2.0版本中，新設置了LGOS和LSVS兩個邏輯節點，這2個節點可以在接收端對每個發送端的GOOSE和SV信息流進行在線監控[13-14]。通過將這些來自用戶端IED自身的報文規范(MMS)信息傳輸到數據集中器以及變電站的HMI中，就能夠實現相關信息的顯示和分析。

為此，本文從IEC 61850 2.0版本入手，設計了一套信息對接架構，對GOOSE和SV信息進行監測和可視化顯示，實現了前端顯示器、網絡嗅探器、數據集中器和人機交互接口(HMI)的數據信息顯示以及跟蹤。

1 信息對接設計方法

1.1 總體對接架構的設計

智能變電站的電氣量采樣值和通用面向對象的變電站事件，是變電站通信網絡中最為重要的交互信息，在LGOS與LSVS邏輯節點得到開發應用之前，監測變電站GOOSE信息的傳統方法如圖1所示。

圖1 傳統GOOSE監測系統示意Fig.1 Schematic diagram of traditional GOOSE monitoring system

其中，IED1是信息發布端，由IED1發布一個數據集(DataSet1)。當IED接收到GOOSE消息時，它向RTU數據集中器發送狀態值(stVal)和編碼質量(q)。如果用戶沒有收到GOOSE消息，則會向IEC 61850 HMI客戶端發送一條GGIO信息，指示GOOSE消息失敗。而出現在HMI屏幕上的指示將提醒操作員GOOSE消息未能發送成功。

本文設計了一種由2個MMS邏輯節點構成的信息對接和監測架構，如圖2所示。

圖2 本文設計的雙MMS信息結對和監測架構示意Fig.2 Information pairing and monitoring architecture of dual MMS designed in this paper

由圖2可見，通過2個MMS邏輯節點實現了GOOSE信息和SV信息的實時監測，由于GGIO信息由IED2接收端產生，因此其包含了GOOSE信息、SV信息、發送端信息以及接收端信息，實現了收發的信息監測和GOOSE以及SV虛端子的對接。由IED2接收信息后，統一傳入可視化模塊，主要包括IED收發情況監測界面、數據管理、網絡嗅探器和HMI顯示界面4個級別的可視化功能，從而實現網絡信息數據流向和GOOSE、SV信息跟蹤顯示，提升運維、檢修人員的工作效率。

1.2 LGOS和LSVS對接參數設計

根據IEC 618507-42ndED2發布的新版本，通過設置2個新的MMS邏輯節點來監視GOOSE和SV的數據流信息。如圖2中的MMS1和MMS2分別是LGOS和LSVS邏輯節點，這2個節點通過使用數據對象模型來分別監視GOOSE和SV的狀態。這2種節點的功能相似，只是分別對應GOOSE和SV，因此此處本文此處以LGOS邏輯節點為例進行詳細說明。LGOS數據對象模型設置見表1，該模型可對GOOSE消息的狀態進行診斷。LGOS和LSVS都具有高級診斷功能，例如識別未收到的消息，此外邏輯節點還能夠反饋信息發布端和信息接受端之間配置是否匹配。

LGOS邏輯節點通過連接MMS客戶端來監視GOOSE消息。首先將GOOSE發布端服務器的每個發布對象都對應設置一個單獨的LGOS邏輯節點，以便快速診斷每個GOOSE信息的狀態。

本文中設置的LGOS1邏輯節點的數據對象如圖3所示。由圖3可見，LGOS設置中包含了表1中所示的NdsCom、St、SimSt、lastStNum四個狀態信息。其中，LastStNum-stVal可以顯示GOOSE信息流中接收的最后一個狀態值，每次數據狀態更改時，GOOSE發布端都會將狀態值增加1，例如斷路器發生動作，圖3中的stVal data屬性值將從2變為3。

圖3 LGOS1的數據對象和GOOSE信息狀態Fig.3 LGOS1 data object and GOOSE information status

如果邏輯節點LGOS1在上一條信息有效時間結束之前接收到GOOSE流，則St-stVal data屬性將變為True。隨后LGOS1的狀態值(True/False)將顯示是否存在GOOSE連接，該過程如圖4所示。若此時斷開網線與網口的連接，LOGS St-stVal data屬性將變為False，表明GOOSE的信息傳遞中斷。

圖4 接收到GOOSE數據時LGOS為TrueFig.4 LGOS is True when GOOSE data is received

與LGOS節點的設置方法類似，SV監測過程的設計方法大致相同，這是因為LSVS節點是一個IEC61850-9-2電氣量采樣值的收發模塊。與LGOS的功能相同，LSVS可以監測發布端(圖2中IED1)和接收端(圖2中IED2)之間的配置匹配程度，并反饋數據流中的問題。

根據上述方法通過參數設置即可實現虛端子的信息對接，同時兼具信息監測和可視化的功能。

2 結果與分析

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計的對接架構的可視化效果，發布端某繼電器的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系統配置器應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信息的數據對象信息(表3)將與其狀態一起進行顯示，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。根據圖6可以看出各繼電器的運行狀態，為運維檢修工作的進行直接提供參考；表2、表3和圖5則分別給出了GOOSE狀態以及直觀的電流和電壓數值。

圖5 SV數據示意Fig.5 Schematic diagram of SV data

圖6 GOOSE監控屏幕示意Fig.6 Schematic diagram of GOOSE monitoring screen

表3 GOOSE-1數據對象信息Tab.3 GOOSE-1 data object information

2.2 網絡數據信息可視化效果

GOOSE嗅探器可視化效果如圖7所示，其中顯示了GOOSE的網絡連接狀態、時間日期等信息。

網絡嗅探器監測允許用戶通過網絡實時監測IEC 61850變電站自動化協議包，通過將GOOSE數據包解碼、檢查、顯示、過濾、保存在緩沖文件中并打印實現可視化。同時此程序通常有帶有一個SNMP(簡單網絡管理協議)接口，允許監測系統與PC時間自動實時同步。

2.3 數據管理中心可視化效果

數據管理中心GOOSE監測設置如圖8所示，數據集中器操作客戶端如圖9所示。

圖8 數據管理中心GOOSE監測設置示意Fig.8 GOOSE monitoring and setting of data management center

圖9 數據管理中心操作客戶端示意Fig.9 Operation client of data management center

數據管理中心通過不同的通信協議將各個IED連接到數據集中器。數據集中器主要具備如下2個功能：①IEC 61850接口將充當MMS接口，從IED顯示LGOS和LSVS消息。②圖8中上側為GOOSE監控功能的選擇和設置，底部為GOOSE列表和復選框功能，用于選擇IED監視的目標GOOSE的信息。圖9中展示了邏輯節點和數據對象樹的層級結構以及特定GOOSE消息的狀態。同時錯誤信息顯示在當前狀態，這樣就可以在故障發生時協助運維人員排除故障。

3 結論

變電站GOOSE和SV信息的穩定可靠對于保證變電站穩定運行至關重要。本文研究了基于LGOS、LSVS邏輯節點的GOOSE與SV虛端子的對接方法，利用IEC 618507 ED2中LGOS和LSVS邏輯節點設計了一套虛端子信息對接架構，實現了對變電站GOOSE與SV信息的實時監測訂閱功能，具有全可控、透明化的優點。