浅谈智能变电站过程层组网原理

马天龙　吕利旭　侯果山　吴鹏超

摘 要：随着智能变电站不断的发展，智能变电站已经成为主流。该文结合现场实际调试经验，对智能变电站过程层组网的原理进行了简单的分析，并简单介绍了过程层组网的步骤。

关键词：过程层 组网 GOOSE SV

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0059-03

1 过程层设备概念的由来

智能变电站是采用先进、可靠、集成、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化和信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动的高级功能的变电站。这里的“智能设备”就是相对于常规变电站而言的，也就是智能变电站中的过程层设备——即智能终端和合并单元。有了过程层设备，常规变电站里数以万计的电缆被光缆、光纤所取代。

由于智能变电站中供货厂家众多，在组网过程中各个厂家都有自己的软件，但是其中共性是存在的，不然，组网都成问题的话，智能变电站就不智能了。我们先来说说由GOOSE和SV构成的过程层网络的要素。

2 GOOSE网络的形成要素

GOOSE是IEC61850中的一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IED之间重要的分合闸等实时信号。我们可以把GOOSE网络看成是一个集合，借鉴数学中对集合的定义来理解GOOSE网络形成的要素，如下所示为GOOSE网络的集合表达形式：GOOSE={g（iedname，逻辑设备，mac地址，APPID）| g（iedname，逻辑设备，mac地址，APPID）属于访问点G1}。

这个名为GOOSE的集合，它的构成元素是g，其共同特征就是属于G1访问点，g代表goose控制块，它具有（iedname，逻辑设备，mac地址，APPID）的属性。如图1所示，为GOOSE集合的示意图，我们理解了这个集合的具体含义也就理解了GOOSE网络通讯的原理，对于理解过程层组网很有帮助。

首先，来理解一下访问点。访问点，表征了IED所应用的目的网络，即网络的属性。一般用S1、G1和M1来表征不同的网络。S1表征通讯网络为MMS站控层网络。G1表征为GOOSE过程层网络，发送GOOSE报文。M1表征为SV过程层网络，发送SV报文。由于智能站中，智能站中的保护和测控装置都会参与站控层网络和G1网络的通讯。一般智能终端的访问点为G1，因为智能终端在GOOSE网络会发送GOOSE信息给需要的IED，比如保护装置或者测控装置。同样的道理，合并单元也需要发送一些GOOSE信息给测控装置，比如自身的检修压板状态，或者是自身的运行异常等告警信息。

图1中的方框代表goose控制块，它所属的IED有自己的iedname。比如，PT1101A为110 kVA套主变保护装置模型的iedname，其命名规则是这样的——首字母代表IED的功能：P代表保护，C代表测控，M代表合并单元设备，I代表智能终端设备；第二个字母代表类型：T表示主变，L代表线路，M代表母线，B表示断路器，G表示公用，CF表示分段或者母联，BT代表备自投等；其后的两位数字代表电压等级：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；紧接着的两位数字代表同类IED出现的个数；最后用A和B表征该IED是A套或者B套。个别特殊情况为：MT01表示为1号主变本体合并单元，IT02为2号主变本体智能终端等。

在说“逻辑设备”前，我们先理解goose控制块的含义。每一个goose控制块里都有一定数量的开入和開出等信息，其具体的功能和意义是根据其功能而定的。如图2所示，为IL1101（110 kV线路1智能终端）的G1访问点下，RPIT为其逻辑设备，其目录下有4个GOOSE控制块，dsGOOSE1为第一个GOOSE控制块，里面有断路器机构及操作回路的信号。有的GOOSE控制块里有单、双点遥信开入信息，还有的GOOSE控制块里有装置异常信息等。由此可见，逻辑设备、GOOSE控制块的关系也显而易见了。

下面来说说逻辑设备这个概念，它可以理解为装置的CPU号。单纯的保护装置只有一个CPU号，因而，所有的GOOSE控制块的信息都是这一个CPU来处理。如图2所示，dsGOOSE1控制块中的信息，都是由RPIT这个CPU号逻辑设备负责处理，在以G1为访问点GOOSE网络中，给订阅了这些GOOSE信息的其他设备（保护和测控装置）按照一定规则发送已经订阅的信息，这个规则就是IEC61850协议中的GOOSE报文规则。如果有保护和测控在一起的话，一般它们都会有两个CPU，分别处理保护和测控信息，保护CPU要发保护跳闸信息，测控CPU要发遥控刀闸、断路器等信息，那它的逻辑设备必然就有两个并且相互独立。至于这些逻辑设备的具体名称，都是封装在IED内的，没有必要修改。

而IEC61850协议中的GOOSE报文规则就是每个GOOSE控制块要有MAC地址和APPID。GOOSE网络有明确规定：MAC地址范围在01-0C-CD-01-00-01和01-0C-CD-01-03-FF之间，APPID的范围是1001H-03FFH，并且要求MAC地址和APPID在GOOSE网络中是唯一的。这样的话，同一个逻辑设备下的不同GOOSE控制块之间它们可以通过以上两者进行区分。一般在查找GOOSE网络问题时，要看的主要就是这个。

3 SV网络形成的要素

SV（Smapled Value）， 也叫SMV（Smapled Measured Value），指的是采样测量值，用于传输数字采样信息。提到传输，它必然有自己的网络，需要在独立的网络中传输。我们可以用同样的方法来分析SV网络的要素。如下为SV的集合表达方式。

SV={m（iedname，逻辑设备，sv控制块，mac地址，APPID，VLAN_ID）| m（iedname，逻辑设备，sv控制块，MAC地址，APPID，VLAN_ID）属于访问点M1}。与GOOSE十分相似，所不同的是，多了一个VLAND_ID的参数，这个参数至关重要。如图3所示，为SV集合示意图。

如图3所示，SV集合中的元素是属于某个合并单元的SV控制块，共同构成访问点M1，它们都负责发送SV信息，换句话说，合并单元构成了SV网络起点。逻辑设备和SMV控制块的功能与GOOSE中的一样。

SV网络中，APPID的范围为4001H-7FFFH。在SV网络中， mac地址和APPID用以区分SV控制块。

下面来说说VLAN_ID。合并单元以IEC61850的9-2报文形式将实时采样值发送到组网交换机上，组网内的任何设备都可以收到。在实际工程应用中，往往SV会和GOOSE共网，这种情况下，SV报文的流量远远大于GOOSE流量。组网上的设备可以有选择的订阅SV，就可以通过选择SV的VLAN_ID实现过滤，即通过在交换机上设置某个光口运行通过的VLAN_ID来订阅SV。通过这种方式，减少了组网交换机的压力，也避免了GS和SV的相互影响。

举个例子：比如CT1101需要从组网交换机上接收MT1101A的SV（APPID=4011H，VLAN_ID=20H），而主变的组网交换机上会同时有MT1101A（APPID=4011H，VLAN_ID=20H）、MT1001A（APPID=4012H，VLAN_ID=21H）、MT3501A（APPID=4013H，VLAN_ID=22H）等SV，通过设置CT1101在交换机上所连接的光口允许通过的VLAN_ID为32（20H），这样就只有MT1101A的SV通过。

4 过程层组网步骤

只要明白了GS和SV网络的要素，对于我们进行组网工作很有帮助，下面就简单介绍一下组网步骤。

第一步，收集全站过程层和间隔层设备的模型，组成SCD，进行GOOSE和SV网络配置。在GOOSE网络中，把发GOOSE的IED的所有goose控制块纳入G1访问点内，修改MAC地址和APPID。在SV网络中，把发送SV的IED的所有SV控制块纳入到M1访问点中，设置MAC地址、APPID和VLAN_ID。

第二步，对照设计提供的虚端子表、连虚端子。即完成（1）保护、测控装置接收合并单元的SV，以及智能终端的GOOSE的过程；（2）智能终端接收保护装置的GOOSE的过程；（3）保护装置接收其他保护装置的GOOSE的过程。如图4所示，为CT1101的部分GOOSE虚端子，按照设计提供的虚端子，用CT1101中的断路器位置、刀闸位置和告警信号去对应接收智能终端发送过来的断路器位置、刀闸位置及其他告警信息。

圖5所示的为PT1101A所接收的SV的部分虚端子信息，保护装置为了提高精度和准确率，采用双AD采样，外加核定延时。

第三步，光口绑定。无论是保护测控装置，还是智能终端、合并单元都要进行这一步。就是要告诉装置用哪一个光口接收、用哪一个光口发送。

第四步，完善光路。通过跳纤和尾缆打通组网的光路。有从装置背板光口去本屏光纤配线架（一般通过光配到智能终端和合并单元）的，有到组网交换机的。尽可能的按照施工图纸来完善，如有必要修改，记得做好标记。

第五步，通过配置好的SCD文件转化生成装置可识别的文件，来激活过程层接口板卡的光口，过程层接口板卡负责把CPU要发送的信息转换成光信息，指定从某个光口发出，同时，过程层板卡从某个光口接收到的光信息，转换成电信息，传给装置的CPU。

这样完整的过程层组网步骤就完成了，剩下的就是通过不断的测试，来发现虚端子配置或者装置配置问题，并处理问题。

5 结语

从智能变电站诞生之初，过程层组网就一直是智能站中最重要的环节。该文利用“集合”的概念介绍了GOOSE网络和SV网络形成的要素，对组网原理做了简单易懂的说明和解释，对于初识智能变电站的人有很好的学习和借鉴意义。通过实际工作中借鉴该文经验，可以加深对过程层组网概念的理解，有助于分析和处理过程层组网问题。

参考文献

[1] 数字化变电站理论篇-IEC61850规约应用V1.01[EB/OL].http：//www.wenkuxiazai.com.

[2] 智能变电站[EB/OL].http：//baike.so.com.