IEC61850在在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用范文

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《電氣時(shí)代》2014年第五期

一、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，在變電站內(nèi)部署監(jiān)測設(shè)備，接收與二次設(shè)備同源的時(shí)鐘設(shè)備授時(shí)，并且以GOOSE訂閱者身份接入GOOSE交換機(jī)，接收二次設(shè)備作為者周期性發(fā)送的對時(shí)狀態(tài)監(jiān)測專用GOOSE報(bào)文。監(jiān)測裝置根據(jù)接收到GOOSE報(bào)文的時(shí)間Ts和報(bào)文中攜帶的時(shí)標(biāo)信息Td，并且考慮到組包與發(fā)包延遲Ks和網(wǎng)絡(luò)延遲Kn等影響因素，可計(jì)算出二次設(shè)備的對時(shí)時(shí)差Δt。監(jiān)測裝置將監(jiān)測數(shù)據(jù)（時(shí)標(biāo)信息及時(shí)差數(shù)據(jù)）上送給監(jiān)視平臺，由監(jiān)視平臺顯示二次設(shè)備的對時(shí)狀態(tài)和對時(shí)精度。監(jiān)測平臺提供了多種統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的方法，方便用戶統(tǒng)計(jì)、對比、分析二次設(shè)備對時(shí)時(shí)差。

二、GOOSE報(bào)文發(fā)送時(shí)刻選擇

二次設(shè)備周期性主動發(fā)送包含二次設(shè)備時(shí)標(biāo)信息的GOOSE報(bào)文。變電站內(nèi)二次設(shè)備眾多，若同時(shí)發(fā)送對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文，有可能引起網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，影響真正的GOOSE變位報(bào)文的傳送，也為對時(shí)監(jiān)測裝置造成了瞬時(shí)計(jì)算壓力。因此選擇對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文的發(fā)送時(shí)刻變得極為重要。本文設(shè)計(jì)了對時(shí)GOOSE報(bào)文發(fā)送規(guī)則，使得發(fā)送時(shí)刻滿足二次設(shè)備間能夠錯(cuò)時(shí)發(fā)送對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文。對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文發(fā)送時(shí)刻算法，是根據(jù)二次設(shè)備的MAC地址以及發(fā)送周期，換算出一個(gè)延時(shí)數(shù)，當(dāng)發(fā)送周期到來時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間（根據(jù)延時(shí)數(shù)確定）后再發(fā)送對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文。延時(shí)Tdly計(jì)算方法如下Tdly＝（X1X2^X3X4^X5X6）%Ts（2）式中，X1，X2，X3，X4，X5，X6為二次設(shè)備MAC地址，Ts為發(fā)送周期（單位：s）。發(fā)送周期可以選擇5min、10min、15min、20min或者30min。上式中，把MAC地址6段中的連續(xù)兩段作為2字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)值，將3個(gè)數(shù)值進(jìn)行異或運(yùn)算；將異或運(yùn)算后的結(jié)果除以周期秒數(shù)取余數(shù)。

三、對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文發(fā)送機(jī)制

iec61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在事件發(fā)生后，通過重發(fā)相同的數(shù)據(jù)來獲得額外的可靠性，報(bào)文發(fā)送的時(shí)間間隔如圖2所示。根據(jù)本方案的特性以及對GOOSE網(wǎng)絡(luò)低使用率的原則，規(guī)定以下重傳機(jī)制。1）取消原有以固定時(shí)間間隔T0發(fā)送的報(bào)文，僅發(fā)送時(shí)間間隔為T1、T2和T3的報(bào)文。2）T1、T2和T3的時(shí)間間隔按照IEC61850的規(guī)定執(zhí)行。3）周期發(fā)送時(shí)刻達(dá)到后，二次設(shè)備連續(xù)發(fā)送報(bào)文，其中每一個(gè)報(bào)文的EventTimestamp均需標(biāo)記新時(shí)標(biāo)，監(jiān)測裝置以此時(shí)標(biāo)作為二次設(shè)備的發(fā)送時(shí)刻。4）在該次發(fā)送的對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文組中，選取準(zhǔn)確性最高監(jiān)測數(shù)據(jù)作為本次監(jiān)測結(jié)果。

四、對時(shí)狀態(tài)的判定及分析方法

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中要求GOOSE的處理傳輸時(shí)間小于4ms，為此Ts和Td的時(shí)差理論上應(yīng)小于4ms，在實(shí)測系統(tǒng)中GOOSE處理傳輸時(shí)間一般小于2ms。1）由于二次設(shè)備自身的組包與發(fā)包延時(shí)Ks無法統(tǒng)計(jì)，且Ks計(jì)入二次設(shè)備的對時(shí)誤差。2）根據(jù)不同的GOOSE交換機(jī)和具體設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)應(yīng)視為常數(shù)，且適用于所有二次設(shè)備。3）二次設(shè)備所采用的對時(shí)方式不同，會直接影響其對時(shí)精度。4）所以，把Δd＝Ts－Td視為二次設(shè)備的對時(shí)精度。5）根據(jù)不同的對時(shí)方式設(shè)置不同的時(shí)差絕對值和相鄰時(shí)差的差值判定范圍，用于對二次設(shè)備的對時(shí)精度進(jìn)行評級；允許1～2次對時(shí)狀態(tài)的異常，在穩(wěn)態(tài)跳動狀態(tài)下才判定為異常；對二次設(shè)備之間進(jìn)行橫向比對，判斷設(shè)備之間的對時(shí)準(zhǔn)確性。6）同時(shí)，可以對單個(gè)設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間的跟蹤記錄，找出對時(shí)狀態(tài)的跳動規(guī)律，嘗試分析出引起對時(shí)狀態(tài)異常的原因。

五、對時(shí)監(jiān)測GOOSE報(bào)文格式

1）GOOSE控制塊和數(shù)據(jù)集分別定義為gocbTmMon和dsTmMon。2）數(shù)據(jù)集僅包含一條布爾型數(shù)據(jù)，表示二次設(shè)備的對時(shí)狀態(tài)同步與否。3）對EventTimestamp字段的含義進(jìn)行重新定義，表示每個(gè)報(bào)文的發(fā)送時(shí)刻，即每個(gè)GOOSE報(bào)文都需要重新標(biāo)記時(shí)標(biāo)。

六、二次設(shè)備對時(shí)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)視后臺接收到監(jiān)測裝置上傳的二次設(shè)備時(shí)間和基準(zhǔn)時(shí)間并進(jìn)行差值計(jì)算，若連續(xù)3個(gè)差值超過設(shè)定值時(shí)，則判定此二次設(shè)備的對時(shí)狀態(tài)有誤，并給出告警信息。圖3給出了某二次設(shè)備100min內(nèi)的對時(shí)精度曲線。

七、結(jié)束語

本文根據(jù)智能變電站的特點(diǎn)，給出了智能變電站二次設(shè)備時(shí)間同步狀態(tài)的在線監(jiān)測方案及實(shí)現(xiàn)。目前，以本方案為基礎(chǔ)的變電站二次設(shè)備時(shí)間狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在常州、鎮(zhèn)江、揚(yáng)州和淮安等變電站中部署。系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示了變電站內(nèi)二次設(shè)備的對時(shí)狀態(tài)，為變電站工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)對時(shí)故障設(shè)備提供了便利，并有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)備的對時(shí)狀態(tài)規(guī)律，取得了良好的使用效果。

作者：沈琴霍雪松單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院江蘇省電力公司