基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法

徐荻森?┱胖悠?

摘要：指出了分布式電源的大量接入將給配電網(wǎng)帶來(lái)廣泛影響，在此之中智能微網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題尤為重要。闡述了一種基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法，能夠在微網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，迅速診斷，定位故障，隔離故障，恢復(fù)非故障區(qū)域的正常供電。

關(guān)鍵詞：分布式自愈； 智能微網(wǎng)； IEC61850標(biāo)準(zhǔn)； GOOSE通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TM727

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）10014603

1 引言

隨著天然氣發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)等分布式電源的接入及滲透率的提高，配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生重要改變，內(nèi)部具有分布式能源且具有控制和運(yùn)行能力智能微網(wǎng)成為發(fā)展的主流。不同于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，智能微網(wǎng)具備一定比例的分布式可控電源，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇伸`活調(diào)節(jié)，具備較為完善的可控水平。分布式電源將傳統(tǒng)被動(dòng)配電網(wǎng)變?yōu)橛性措p向的能量網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的的繼電保護(hù)沒(méi)有足夠多的選擇性，已經(jīng)滿足不了智能微網(wǎng)的要求。在此闡述了一種基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)繼電保護(hù)的不足，提高智能微網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。

2 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域唯一的全球通用標(biāo)準(zhǔn)。它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了智能變電站的工程運(yùn)作標(biāo)準(zhǔn)化。使得智能變電站的工程實(shí)施變得規(guī)范、統(tǒng)一和透明。不論是哪個(gè)系統(tǒng)集成商建立的智能變電站工程都可以通過(guò)SCD（系統(tǒng)配置）文件了解整個(gè)變電站的結(jié)構(gòu)和布局，對(duì)于智能化變電站發(fā)展具有不可替代的作用。

面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE-Generic Object Oriented Substation Event） 是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中用于滿足變電站自動(dòng)化系統(tǒng)快速報(bào)文需求的機(jī)制。主要用于實(shí)現(xiàn)在多IED之間的信息傳遞，包括傳輸跳合閘信號(hào)，具有高速傳輸特點(diǎn)。基于GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬接線實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)位置、閉鎖信號(hào)和跳閘命令等實(shí)時(shí)信息的可靠傳輸。

3 分布式自愈方法

目前智能配電網(wǎng)自愈方法按決策者不同主要可分為集中式自愈和分布式自愈兩種。其中集中式自愈法由配電子站/主站來(lái)完成控制決策；而分布式自愈法是由底層的各智能終端設(shè)備來(lái)配合完成整個(gè)決策。

3.1 集中式自愈法

集中式自愈法主要依靠高級(jí)計(jì)算功能的配電子站/主站來(lái)完成，需要通過(guò)配電子站/主站收集所有開(kāi)關(guān)位置、電壓電流等數(shù)據(jù)，通過(guò)分析計(jì)算確定故障類(lèi)型、故障位置，形成控制決策，再下發(fā)命令至保護(hù)裝置或智能終端，整個(gè)故障的處理過(guò)程依賴主站完成。由于集中式自愈法需要采集終端的大量數(shù)據(jù)，同時(shí)僅由主站進(jìn)行分析決策，耗時(shí)較長(zhǎng)，難以滿足故障快速定位，隔離，恢復(fù)的要求。

3.2 分布式自愈法

分布式自愈法，可以在沒(méi)有主站參與的情況下，實(shí)現(xiàn)裝置與裝置之間的GOOSE通信，通過(guò)智能配電裝置分區(qū)故障自愈技術(shù)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，各開(kāi)關(guān)根據(jù)來(lái)自相鄰開(kāi)關(guān)的高速交互信息，判斷其位置是否處于故障區(qū)域的端點(diǎn)，并據(jù)此判斷是否分閘。從而實(shí)現(xiàn)快速隔離故障，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，如圖1所示。

3.2.1 故障定位

當(dāng)F1和F2之間發(fā)生永久性接地故障時(shí)。故障電流超過(guò)F1智能配電保護(hù)裝置的過(guò)流保護(hù)定值，開(kāi)關(guān)F1智能配電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)到F1處有故障電流、而F2處無(wú)故障電流，則確定故障位置在G1點(diǎn)。

3.2.2 故障隔離

通過(guò)F1智能配電保護(hù)裝置邏輯判斷，F(xiàn)1過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，發(fā)跳閘命令至開(kāi)關(guān)Z1，Z1跳閘后，F(xiàn)1、F2接受到跳閘命令，負(fù)荷開(kāi)關(guān)F1、F2跳閘，隔離故障點(diǎn)G1。

3.2.3 恢復(fù)非故障區(qū)域供電

故障點(diǎn)隔離之后，F(xiàn)1發(fā)命令合上備用電源開(kāi)關(guān)Z2，恢復(fù)非故障區(qū)域（F3、F4）供電。整個(gè)自愈過(guò)程時(shí)間在500-1500ms，時(shí)間短，可靠性高。

恢復(fù)后狀態(tài)：電源開(kāi)關(guān)Z1分位，負(fù)荷開(kāi)關(guān)F1、F2分位，負(fù)荷開(kāi)關(guān)F3、F4合位，備用電源開(kāi)關(guān)Z2合位。

基于IEC61850 GOOSE通信的分布式自愈方法，可以在沒(méi)有配電子站/主站參與的情況下，實(shí)現(xiàn)裝置與裝置之間的GOOSE通信?？梢宰杂膳渲醚b置間通訊信息，極大提高了保護(hù)邏輯配置的靈活性、適應(yīng)性。在沒(méi)有配電子站/主站的系統(tǒng)中，也可以進(jìn)行GOOSE通信，大大提高了該分布式自愈法的使用范圍。

表中第1、2點(diǎn)為開(kāi)關(guān)位置信號(hào)，用于傳輸開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)給相鄰設(shè)備；第3、4點(diǎn)是分閘、合閘命令，用于接受來(lái)自其他裝置的分閘、合閘命令；第5個(gè)點(diǎn)是過(guò)流判據(jù)。每臺(tái)裝置都會(huì)配置相應(yīng)的GOOSE表格，在需要配置通信的兩個(gè)配電裝置之間建立GOOSE通信，來(lái)傳輸相互間需要的啟動(dòng)信號(hào)和閉鎖信號(hào)。

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，智能配電保護(hù)裝置具體判斷邏輯如圖1所示。

自愈保護(hù)邏輯框圖對(duì)應(yīng)的是智能配電保護(hù)裝置內(nèi)部的邏輯判斷程序。判斷的信號(hào)通過(guò)裝置之間GOOSE通信相互傳輸。當(dāng)任意處發(fā)生故障時(shí)候，智能配電保護(hù)裝置都會(huì)啟動(dòng)自愈保護(hù)邏輯框圖中的邏輯判斷程序，來(lái)判斷確定故障位置，發(fā)出跳閘、合閘命令。

GOOSE作為其中傳輸開(kāi)關(guān)位置、跳閘、閉鎖等命令的快速報(bào)文，在數(shù)字化變電站中被廣泛應(yīng)用，讓變電站中的智能設(shè)備的互操作性和互換性更強(qiáng)，其網(wǎng)絡(luò)化的連接同時(shí)也降低了設(shè)備的維護(hù)成本?；贗EC61850 GOOSE通信的優(yōu)點(diǎn)，相信未來(lái)在發(fā)電側(cè)、配電側(cè)也會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

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