IEC61850在在线监测系统中的应用范文

《电气时代》2014年第五期

一、网络结构

如图1所示，在变电站内部署监测设备，接收与二次设备同源的时钟设备授时，并且以GOOSE订阅者身份接入GOOSE交换机，接收二次设备作为者周期性发送的对时状态监测专用GOOSE报文。监测装置根据接收到GOOSE报文的时间Ts和报文中携带的时标信息Td，并且考虑到组包与发包延迟Ks和网络延迟Kn等影响因素，可计算出二次设备的对时时差Δt。监测装置将监测数据（时标信息及时差数据）上送给监视平台，由监视平台显示二次设备的对时状态和对时精度。监测平台提供了多种统计分析监测数据的方法，方便用户统计、对比、分析二次设备对时时差。

二、GOOSE报文发送时刻选择

二次设备周期性主动发送包含二次设备时标信息的GOOSE报文。变电站内二次设备众多，若同时发送对时监测GOOSE报文，有可能引起网络风暴，影响真正的GOOSE变位报文的传送，也为对时监测装置造成了瞬时计算压力。因此选择对时监测GOOSE报文的发送时刻变得极为重要。本文设计了对时GOOSE报文发送规则，使得发送时刻满足二次设备间能够错时发送对时监测GOOSE报文。对时监测GOOSE报文发送时刻算法，是根据二次设备的MAC地址以及发送周期，换算出一个延时数，当发送周期到来时，延时一定时间（根据延时数确定）后再发送对时监测GOOSE报文。延时Tdly计算方法如下Tdly＝（X1X2^X3X4^X5X6）%Ts（2）式中，X1，X2，X3，X4，X5，X6为二次设备MAC地址，Ts为发送周期（单位：s）。发送周期可以选择5min、10min、15min、20min或者30min。上式中，把MAC地址6段中的连续两段作为2字节的十六进制数值，将3个数值进行异或运算；将异或运算后的结果除以周期秒数取余数。

三、对时监测GOOSE报文发送机制

IEC61850标准规定，在事件发生后，通过重发相同的数据来获得额外的可靠性，报文发送的时间间隔如图2所示。根据本方案的特性以及对GOOSE网络低使用率的原则，规定以下重传机制。1）取消原有以固定时间间隔T0发送的报文，仅发送时间间隔为T1、T2和T3的报文。2）T1、T2和T3的时间间隔按照IEC61850的规定执行。3）周期发送时刻达到后，二次设备连续发送报文，其中每一个报文的EventTimestamp均需标记新时标，监测装置以此时标作为二次设备的发送时刻。4）在该次发送的对时监测GOOSE报文组中，选取准确性最高监测数据作为本次监测结果。

四、对时状态的判定及分析方法

IEC61850标准中要求GOOSE的处理传输时间小于4ms，为此Ts和Td的时差理论上应小于4ms，在实测系统中GOOSE处理传输时间一般小于2ms。1）由于二次设备自身的组包与发包延时Ks无法统计，且Ks计入二次设备的对时误差。2）根据不同的GOOSE交换机和具体设备，网络延时应视为常数，且适用于所有二次设备。3）二次设备所采用的对时方式不同，会直接影响其对时精度。4）所以，把Δd＝Ts－Td视为二次设备的对时精度。5）根据不同的对时方式设置不同的时差绝对值和相邻时差的差值判定范围，用于对二次设备的对时精度进行评级；允许1～2次对时状态的异常，在稳态跳动状态下才判定为异常；对二次设备之间进行横向比对，判断设备之间的对时准确性。6）同时，可以对单个设备进行长时间的跟踪记录，找出对时状态的跳动规律，尝试分析出引起对时状态异常的原因。

五、对时监测GOOSE报文格式

1）GOOSE控制块和数据集分别定义为gocbTmMon和dsTmMon。2）数据集仅包含一条布尔型数据，表示二次设备的对时状态同步与否。3）对EventTimestamp字段的含义进行重新定义，表示每个报文的发送时刻，即每个GOOSE报文都需要重新标记时标。

六、二次设备对时状态监测结果

监视后台接收到监测装置上传的二次设备时间和基准时间并进行差值计算，若连续3个差值超过设定值时，则判定此二次设备的对时状态有误，并给出告警信息。图3给出了某二次设备100min内的对时精度曲线。

七、结束语

本文根据智能变电站的特点，给出了智能变电站二次设备时间同步状态的在线监测方案及实现。目前，以本方案为基础的变电站二次设备时间状态在线监测系统已经在常州、镇江、扬州和淮安等变电站中部署。系统实时显示了变电站内二次设备的对时状态，为变电站工作人员及时发现对时故障设备提供了便利，并有助于发现设备的对时状态规律，取得了良好的使用效果。

作者：沈琴霍雪松单位：南京农业大学工学院江苏省电力公司