基于LGOS和LSVS逻辑节点的变电站虚端子对接设计研究

武玉萍，邵雪瑾，郭 科，白 英，米雪峰

(1.宁夏宁电电力设计有限公司，宁夏 银川 750001； 2.陇南电力供电公司，甘肃 陇南 742500)

随着智能电网建设步伐的推进，变电站设备状态和控制信息的交互对于提升变电站智能化水平、提高变电站运行维护工作效率具有重要意义。IEC 61850标准是第一代变电站通信网络的基础，为变电站设备信息交互提供了重要的可行解决方案，近年来随着IEC 61850 2.0版本的推出，其应用方法和功能扩展正日渐成为研究人员关注的焦点。

IEC 61850标准作为变电站通信网络的基础，创新了变电站二次设备的交互方式[1-4]，其中面向对象的变电站事件(GOOSE)是IEC 61850标准下满足变电站对报文快速传输的一种机制，它可以实现多个智能电子设备(IED)的信息传输，包括信息接收、发出等多种状态；电气量采样值(SV)则反映了变电站中在运设备的实时运行状态(电压、电流)，是变电站设备运维的信息基础。GOOSE网络与SV网络是智能变电站中最为重要的通信网络[5-8]。可见GOOSE和SV信息的可靠传输与监测是十分重要，但目前传统的监测方法主要有2个问题：①没有提供有关变电站设备检修相关的内容，在装置检修操作时监测系统提供的信息有限；②在GOOSE信息接收端，缺乏对GOOSE信息接收状态的监测[8-12]。IEC 618507 2.0版本中，新设置了LGOS和LSVS两个逻辑节点，这2个节点可以在接收端对每个发送端的GOOSE和SV信息流进行在线监控[13-14]。通过将这些来自用户端IED自身的报文规范(MMS)信息传输到数据集中器以及变电站的HMI中，就能够实现相关信息的显示和分析。

为此，本文从IEC 61850 2.0版本入手，设计了一套信息对接架构，对GOOSE和SV信息进行监测和可视化显示，实现了前端显示器、网络嗅探器、数据集中器和人机交互接口(HMI)的数据信息显示以及跟踪。

1 信息对接设计方法

1.1 总体对接架构的设计

智能变电站的电气量采样值和通用面向对象的变电站事件，是变电站通信网络中最为重要的交互信息，在LGOS与LSVS逻辑节点得到开发应用之前，监测变电站GOOSE信息的传统方法如图1所示。

图1 传统GOOSE监测系统示意Fig.1 Schematic diagram of traditional GOOSE monitoring system

其中，IED1是信息发布端，由IED1发布一个数据集(DataSet1)。当IED接收到GOOSE消息时，它向RTU数据集中器发送状态值(stVal)和编码质量(q)。如果用户没有收到GOOSE消息，则会向IEC 61850 HMI客户端发送一条GGIO信息，指示GOOSE消息失败。而出现在HMI屏幕上的指示将提醒操作员GOOSE消息未能发送成功。

本文设计了一种由2个MMS逻辑节点构成的信息对接和监测架构，如图2所示。

图2 本文设计的双MMS信息结对和监测架构示意Fig.2 Information pairing and monitoring architecture of dual MMS designed in this paper

由图2可见，通过2个MMS逻辑节点实现了GOOSE信息和SV信息的实时监测，由于GGIO信息由IED2接收端产生，因此其包含了GOOSE信息、SV信息、发送端信息以及接收端信息，实现了收发的信息监测和GOOSE以及SV虚端子的对接。由IED2接收信息后，统一传入可视化模块，主要包括IED收发情况监测界面、数据管理、网络嗅探器和HMI显示界面4个级别的可视化功能，从而实现网络信息数据流向和GOOSE、SV信息跟踪显示，提升运维、检修人员的工作效率。

1.2 LGOS和LSVS对接参数设计

根据IEC 618507-42ndED2发布的新版本，通过设置2个新的MMS逻辑节点来监视GOOSE和SV的数据流信息。如图2中的MMS1和MMS2分别是LGOS和LSVS逻辑节点，这2个节点通过使用数据对象模型来分别监视GOOSE和SV的状态。这2种节点的功能相似，只是分别对应GOOSE和SV，因此此处本文此处以LGOS逻辑节点为例进行详细说明。LGOS数据对象模型设置见表1，该模型可对GOOSE消息的状态进行诊断。LGOS和LSVS都具有高级诊断功能，例如识别未收到的消息，此外逻辑节点还能够反馈信息发布端和信息接受端之间配置是否匹配。

LGOS逻辑节点通过连接MMS客户端来监视GOOSE消息。首先将GOOSE发布端服务器的每个发布对象都对应设置一个单独的LGOS逻辑节点，以便快速诊断每个GOOSE信息的状态。

本文中设置的LGOS1逻辑节点的数据对象如图3所示。由图3可见，LGOS设置中包含了表1中所示的NdsCom、St、SimSt、lastStNum四个状态信息。其中，LastStNum-stVal可以显示GOOSE信息流中接收的最后一个状态值，每次数据状态更改时，GOOSE发布端都会将状态值增加1，例如断路器发生动作，图3中的stVal data属性值将从2变为3。

图3 LGOS1的数据对象和GOOSE信息状态Fig.3 LGOS1 data object and GOOSE information status

如果逻辑节点LGOS1在上一条信息有效时间结束之前接收到GOOSE流，则St-stVal data属性将变为True。随后LGOS1的状态值(True/False)将显示是否存在GOOSE连接，该过程如图4所示。若此时断开网线与网口的连接，LOGS St-stVal data属性将变为False，表明GOOSE的信息传递中断。

图4 接收到GOOSE数据时LGOS为TrueFig.4 LGOS is True when GOOSE data is received

与LGOS节点的设置方法类似，SV监测过程的设计方法大致相同，这是因为LSVS节点是一个IEC61850-9-2电气量采样值的收发模块。与LGOS的功能相同，LSVS可以监测发布端(图2中IED1)和接收端(图2中IED2)之间的配置匹配程度，并反馈数据流中的问题。

根据上述方法通过参数设置即可实现虚端子的信息对接，同时兼具信息监测和可视化的功能。

2 结果与分析

2.1 GOOSE和SV信息可视化效果

以GOOSE和SV信息为例说明本文设计的对接架构的可视化效果，发布端某继电器的GOOSE/SV列表见表2。此GOOSE列表源于继电器制造商的出厂配置，并作为IEC 61850系统配置器应用于变电站配置描述文件(SCD)中。选定某个GOOSE(本文中选定GOOSE-1)信息后，该GOOSE信息的数据对象信息(表3)将与其状态一起进行显示，同时图5展示了该GOOSE下继电器的电压和电流值。

表2 订阅的GOOSE信息Tab.2 List of GOOSE information subscribed

GOOSE可视化效果如图6所示。根据图6可以看出各继电器的运行状态，为运维检修工作的进行直接提供参考；表2、表3和图5则分别给出了GOOSE状态以及直观的电流和电压数值。

图5 SV数据示意Fig.5 Schematic diagram of SV data

图6 GOOSE监控屏幕示意Fig.6 Schematic diagram of GOOSE monitoring screen

表3 GOOSE-1数据对象信息Tab.3 GOOSE-1 data object information

2.2 网络数据信息可视化效果

GOOSE嗅探器可视化效果如图7所示，其中显示了GOOSE的网络连接状态、时间日期等信息。

网络嗅探器监测允许用户通过网络实时监测IEC 61850变电站自动化协议包，通过将GOOSE数据包解码、检查、显示、过滤、保存在缓冲文件中并打印实现可视化。同时此程序通常有带有一个SNMP(简单网络管理协议)接口，允许监测系统与PC时间自动实时同步。

2.3 数据管理中心可视化效果

数据管理中心GOOSE监测设置如图8所示，数据集中器操作客户端如图9所示。

图8 数据管理中心GOOSE监测设置示意Fig.8 GOOSE monitoring and setting of data management center

图9 数据管理中心操作客户端示意Fig.9 Operation client of data management center

数据管理中心通过不同的通信协议将各个IED连接到数据集中器。数据集中器主要具备如下2个功能：①IEC 61850接口将充当MMS接口，从IED显示LGOS和LSVS消息。②图8中上侧为GOOSE监控功能的选择和设置，底部为GOOSE列表和复选框功能，用于选择IED监视的目标GOOSE的信息。图9中展示了逻辑节点和数据对象树的层级结构以及特定GOOSE消息的状态。同时错误信息显示在当前状态，这样就可以在故障发生时协助运维人员排除故障。

3 结论

变电站GOOSE和SV信息的稳定可靠对于保证变电站稳定运行至关重要。本文研究了基于LGOS、LSVS逻辑节点的GOOSE与SV虚端子的对接方法，利用IEC 618507 ED2中LGOS和LSVS逻辑节点设计了一套虚端子信息对接架构，实现了对变电站GOOSE与SV信息的实时监测订阅功能，具有全可控、透明化的优点。