為了對面向通用對象的變電站事件 (GOOSE) 網(wǎng)絡進行性能分析、狀態(tài)預警、故障定位及事故再現(xiàn)，本文研究并設計了一套智能變電站通信網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)。通過分析智能變電站的變電站配置描述(SCD)和配置后的智能電子裝置描述(CID)等配置文件及網(wǎng)絡拓撲、仿真GOOSE 網(wǎng)絡的傳輸機制、模擬智能電子設備(IED)節(jié)點在典型運行狀態(tài)下的傳輸報文等方法，構(gòu)建以系統(tǒng)平臺層、設備接口層和數(shù)據(jù)層為功能域劃分的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)。通過詳細論述各層級的核心組件、主要功能和實現(xiàn)原理，論證了系統(tǒng)架構(gòu)設計的可行性和主要功能的實用性。
基于IEC61850協(xié)議的智能變電站結(jié)構(gòu)
IEC61850基于分布、分層理論體系，把變電站自動化系統(tǒng)分成變電站層、間隔層、過程層，IEC61850將傳統(tǒng)的二次設備直連模式變?yōu)榫W(wǎng)絡模式，從過程層到間隔層、間隔層到變電站層都使用工業(yè)以太網(wǎng)。每個IED設備由服務器和應用組成，IEC61850標準將服務器分層為邏輯設備-邏輯節(jié)點-數(shù)據(jù)對象-數(shù)據(jù)屬性，由于這種分層要有相應的抽象服務實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，加上抽象通信服務接口提供的服務就可建立起完整的分層數(shù)據(jù)模型，這種方法可用于重構(gòu)配置，很容易獲得新加入的設備名稱和管理設備屬性。智能變電站結(jié)構(gòu)如下圖所示。
IEC61850協(xié)議應用研究分析
目前國內(nèi)基于IEC61850的智能變電站應用正處于推廣運行階段，已有研究主要集中在基于IEC61850的網(wǎng)絡構(gòu)架、交換機網(wǎng)絡性能、IED數(shù)據(jù)模型描述以及GOOSE報文傳輸機制等領域。對GOOSE網(wǎng)絡仿真的研究，大多是借助OPNET或NS2等基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡仿真軟件給出模擬仿真。利用通用網(wǎng)絡仿真軟件模擬IEC61850網(wǎng)絡行為，只能模擬網(wǎng)絡流量，不能模擬數(shù)據(jù)包性質(zhì)，因為IEC61850協(xié)議是從應用層直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層，沒有表示層、會話層、傳輸層和網(wǎng)絡層，所以無法直接利用現(xiàn)有的通用網(wǎng)絡仿真軟件模擬IEC61850網(wǎng)絡。部分研究從理論上提出了對GOOSE報文進行捕獲、分析，但只分析、模擬了部分智能變電站網(wǎng)絡運行性能;對GOOSE網(wǎng)絡故障定位、GOOSE網(wǎng)路事故再現(xiàn)以及在GOOSE報文捕獲基礎上進行網(wǎng)絡性能分析、報文故障分析、故障定位和故障重現(xiàn)等問題的研究還不深入。如荷蘭KEMA公司的UniCA 61850分析儀，可分析61850信息，用于智能終端設備的61850符合性與互操作性認證;國內(nèi)已有遵循IEC61850標準的故障錄波器，主要用于接收記錄IEC61850 9-1報文和GOOSE報文，難以綜合分析通信網(wǎng)性能狀況;二次設備廠商自有工具則是面向安裝調(diào)試與配置，不是面向生產(chǎn)、運行、維護和管理，功能較弱。
智能變電站通信網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)設計
智能變電站通信網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為系統(tǒng)平臺層、設備接口層和數(shù)據(jù)層3部分，系統(tǒng)整體平臺采用插件式結(jié)構(gòu)，有利于系統(tǒng)新功能的擴展，智能變電站通信網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。
智能變電站通信網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)的設計，根據(jù)智能變電站的SCD、CID等配置文件及網(wǎng)絡拓撲，仿真GOOSE網(wǎng)絡的傳輸機制，模擬各IED節(jié)點在各種典型運行狀態(tài)下的傳輸報文等環(huán)節(jié)展開，關鍵環(huán)節(jié)如下。
1)基于IEC61850和變電站保護機制，建立變電站網(wǎng)絡節(jié)點(含變電站IED設備節(jié)點)模型庫、網(wǎng)絡構(gòu)建模型庫、協(xié)議庫、網(wǎng)絡故障模型庫、誤差報文再現(xiàn)模型及模型庫管理算法。
2)建立GOOSE報文解析匹配模型、實時解析GOOSE報文，快速實現(xiàn)ASN.1解碼、GOOSE事件分析和GOOSE語義分析。
3)依據(jù)變電站保護機制，對各類信息傳輸?shù)膶崟r性要求，定義事件優(yōu)先級;確定事件排序、事件觸發(fā)、事件再現(xiàn)的關聯(lián)機制及事件同步關系。
4)基于變電站節(jié)點模型和事件抽象集，實現(xiàn)變電站事件模擬和網(wǎng)絡仿真。
結(jié)語
隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能變電站在運行可靠性、運維可操作性方面的優(yōu)勢，將全面取代傳統(tǒng)變電站，對智能變電站數(shù)據(jù)通信的監(jiān)控、故障查找、仿真模擬和培訓等研究也逐步開展。本文通過智能變電站結(jié)構(gòu)闡述了基于IEC61850規(guī)約的GOOSE網(wǎng)絡在智能變電站中的重要性，結(jié)合IED 節(jié)點設備文件、SCD文件，構(gòu)建GOOSE通信網(wǎng)絡模型、數(shù)據(jù)報文捕獲和解析，從而實現(xiàn)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、故障查找、仿真模擬的方法和關鍵環(huán)節(jié)，重點介紹了智能變電站通信網(wǎng)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計。隨著技術發(fā)展、智能變電站的大規(guī)模應用，將會出現(xiàn)通信網(wǎng)絡監(jiān)控的新需求和解決技術，只有持續(xù)投入研究和跟蹤最新技術發(fā)展，才能逐步完善系統(tǒng)功能，適應智能變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展和需求。