GOOSE报文在数字化变电站中的应用

摘要 通过对数字化变电站相关知识的学习，结合本局数字化变电站的建设情况，对面向通用对象的变电站事件（GOOSE）报文模型进行分析，对GOOSE报文通信传输的方式，GOOSE通讯要求及其实时性的要求进行介绍，认识到在数字化化变电站中采用GOOSE报文传输信息的必要性和重要性。

关键词 IEC61850 标准 GOOSE报文 实时 可靠

1 前言

随着电力系统的不断发展，变电站电气设备之间将实现数字化、智能化的以太网无缝通信方式，对变电站内保护信号、控制信号等诸多信息的传递时延也提出了更高的要求，在系统负载较重时就会存在实时性的问题。面向通用对象的变电站事件（GOOSE）是IEC61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制，随着对GOOSE报文的不断深入研究，GOOSE报文在智能变电站中的应用将越来越广泛，越来越重要。

2 IEC61850通信标准介绍

在变电站内配置一套功能完善、技术先进的计算机监控系统，主要承担着运行人员对现场一、二次电气设备的监视、控制、测量、信号以及数据统计、分析等各方面的功能。而监控系统采用IEC61850通信标准，一方面利用快速以太网特性，通过GOOSE（面向对象变电站通用事件）实现保护信息的交换和监控间隔的联闭锁功能，与保护系统共享统一的信息平台，提高了二次系统的安全性、可靠性；另一方面，节省了规约转换设备，取消了前置等中间通信环节，减少了运行、检修、维护等的工作量，节省了重复的二次设备，最终达到了节约成本的目的。

3 GOOSE模型分析比较

GSE是基于自治、分布概念的模型，GOOSE是由GSE派生而来的。而GOOSE报文是通过组播或者是广播的形式向外发送，向多个物理设备同时一个通用的变电站事件信息。这种机制保证了系统范围内快速可靠地输入输出数据。

GSE同时派生出GSSE和GOOSE两种子类，但是这两者之间是有区别的，GSSE只是用于通用的变电站状态事件的变化信息，但是这种报文仅支持传输双比特。而GOOSE的用途更广，是通用的面向对象的变电站事件，支持DATASET组成的数据交换。

GOOSE是由事件驱动的，当发生任何状态变化时，智能电子设备高速多播一个二进制的、通用面向对象的变电站事件报告（GOOSE），该报告一般包含有：状态输入、起动和输出元件、继电器等实际和虚拟的每一个双点命令状态。其在具体的程序集中的触发条件是：每次由DATA-SET引用的一个或多个成员值改变就发送GOOSE报文。这就便其在具体的程序中实现。

4 GOOSE通讯的要求

由IEC61850标准我们得知GOOSE报文是由事件驱动的，那么在选择通讯结构时，就必须要考虑到这一点，者/订阅者通信方式恰好是由事件驱动的。GOOSE报文为了有效的保证向多个物理设备同时传输同一个通用变电站事件信息，利用多路广播服务传输，而者/订阅者通讯模式正好还支持多点之间快速、可靠的通讯。

在实际应用中，GOOSE报文必须满足以下特殊要求：

（1）时序性控制：由于实时应用的要求，不仅对时序进行控制是必须的，为了保证报文能够快速的接收，报文的有效持续时间也必须考虑。

（2）可靠性控制：　GOOSE报文主要用于传送一些重要的命令，所以GOOSE报文对传输的可靠性要求很高。在实际应用中，我们需要找到折中的解决办法，既要保证报文的实时性，也要确保报文的可靠性。

询问—响应：在接收方成功接收到报文之后，需要对此做出响应使发送端得到准确的状态，同时发送端也可以询问接收的状态。一般的者/订阅者通信结构无法满足以上要求，这就需要进行改进。例如，为实现站内IED直接按配置文件的良好的互操作性，IEC61850规范了一种静态的，基于XML的配置文件。当发送端和订阅端配置完成之后，就可以通过询问—响应这种方法来验证结果。在发送端的缓冲区由者写入必要的报文信息，并快速的组建报文，在接收端缓冲区内，订阅者读取报文后会判断是否为本端所需并响应。订阅者缓冲区数值的更新是由通信系统负责的，者的GOOSE控制模块（GoCB）控制报文传输的整个通信过程。GOOSE报文数据集的数据对象可灵活定义，报文传输支持由数据集（dataset）组织的公共数据的交换。

5 GOOSE通讯的实时性要求

GOOSE报文主要用于重要数据和控制命令的传递，那么报文能够以最快的速度到达，这对整个变电站系统来说都是大有益处的。就GOOSE本身规定的传输模式，考虑到报文传输的实时性，由应用层直接映射到最底层，多级编码都是为了实现实时传输而着重强调的。

因此，仅靠自身内部的规定并不能很好的满足要求，GOOSE报文的实时传输还在很大程度上依赖于外部技术的支持：

（1）优先级技术。GOOSE报文的优先级较高，那么能否保证高优先级的报文在传输过程中优先通过就成为最大的问题，由于无法预测网络中报文的负载程度，就无法保证报文不会因为在队列中排队而需要很长的时间。那么我们在交换机中引入多级队列，这些队列是按照优先级来划分的，这样，高优先级的报文会单独排队，而且其他队列在传输时会首先判断高优先级队列是否为空，是的话则进行发送，否则会执行挂起，将网络让给上级队列。

（2）VLAN（虚拟局域网）技术。由于在整个以太网中，设备节点会很多，如果多个设备需要接收GOOSE报文，大量的报文充斥在网络中，很容易造成网络负担过重，影响传输的速度，严重时甚至造成瘫痪，这种现象我们称之为网络风暴。VLAN技术的引进则解决了这一问题，虚拟的将一些设备划分为一个局域网，在每个报文中都设置了标志符，进入网络之后就会有交换机进行判断属于哪个VLAN，同时也减少了报文冲突的可能性。

（3）快速生成树技术。这是由数据结构中引入的，这种技术不仅能快速的建立起从发送端到接收端的一条最短路径，同时由于其特点，还拥有自我修复的能力，这样不仅提高了传输速度，还增强了网络可靠性。

6 结束语

截止目前，国内已顺利投运多个数字化变电站，本局也完成了宁夏首座数字化变电站的建设投运工作，总体来看设备运行稳定，保护信息、控制信息等数据的采集、传输无误，保护和自动装置的运行和动作情况正常，说明数字化变电站的技术运用已经初步通过了实践的检验，而作为确保信息传输实时性的GOOSE报文也得到了很好的应用，在未来数字化变电站逐渐普及的过程中，还会有更多新的技术出现，也需要我们做进一步的学习和了解。

参考文献

[1]高翔.数字化变电站应用展望.华东电力，2006，（8）.

[2]殷志良，刘万顺，杨奇逊，等.基于IEC61850　标准的过程总线通信研究与实现.中国电机工程学报.2005.25（8）：84-89.

[3]童晓阳，李岗，陈德明，等.采用IEC61850的变电站间隔层IED软件设计方案.电力系统自动化，2006，30（14）：54-57.

[4]魏勇.数字化变电站过程层组网技术研究及应用[J].农村电气化.2008.

[5]　杨奇逊.　变电站综合自动化技术发展趋势.　电力系统自动化，　1995.

作者简介：吴文娟（1982）宁夏银川人，汉族，华北电力大学电气与电子工程学院电气专业在职研究生，主要研究方向为电力系统继电保护与自动化技术。