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新一代智能变电站SV直采和GOOSE共口传输方案研究李宝伟;文明浩;李宝潭;倪传坤;李旭;孟利平【摘要】This paper expounds the receiving and dispatching scheme of SV using a point-to-point direct sampling and the GOOSE transmission mechanism, analyzes the communication model and the packet structure of SV and GOOSE. Based on this, a method of sharing the same port by SV direct sampling and GOOSE transmission is put forward. The equipment in the process level uses the time division multiplexing for the transmission channel, and sending the GOOSE message at the idle time of SV message transmission. The equipment in the bay level uses the receiving mechanism of Ethernet controller and adopts FPGA to control directly, and solves the problem that the general Ethernet controller cannot distinguish the SV from GOOSE message, which causes chaotic time scale in resampling. The theoretical analysis and practical application show that the scheme has practical significance for popularization, because it does not involve hardware changes, the software process is simple, it has a high reliability, and it is easy to implement.%阐述了SV采用点对点直采方式的收发处理方案和GOOSE的传输机制，分析了SV和GOOSE的通信模型和报文结构。
学会看GOOSE、SV报文一、GOOSE报文GOOSE是什么？它的英文全称是Generic Object Oriented Substation Event，是一种面向通用对象的变电站事件，主要用于实现在多IED之间的信息传递，包括传输跳合闸信号（命令），具有高传输成功概率。
GOOSE控制块：描述IED的“开出”能力。
IED将需要开出的数据实例化为不同的LN，再按一定的逻辑分类将其汇总至不同的数据集（DataSet），数据集再关联至不同的Gocb。
如保护装置的跳闸出口、测控装置的遥控出口、智能终端上送采集到的开入量等。
既然其作用是反映事件，必然需要反映事件的稳态与变化。
在稳态情况下，GOOSE源将稳定的以T0（可设、一般为5S）时间间隔循环发送GOOSE报文，当有事件变化时，GOOSE 服务器将立即发送事件变化报文，此时T0时间间隔将被缩短；在变化事件发送完成一次后，GOOSE服务器将以最短时间间隔T1，快速重传两次变化报文；在三次快速传输完成后，GOOSE服务器将以T2、T3时间间隔各传输一次变位报文；最后GOOSE服务器又将进入稳态传输过程，以T0时间间隔循环发送GOOSE报文。
在GOOSE 传输机制中，有两个重要参数StateNumber 和SequenceNumber ，StateNumber（0~4294967295（FFFFFFF））反映出GOOSE报文中数据值与上一帧报文数据值是否有变化，SequenceNumber（0~4294967295）反映出在无变化事件情况下，GOOSE报文发送的次数（到最大值后，将归0重新开始计数）。
GOOSE服务器通过重发相同数据主要是为了获得额外的可靠性。
GOOSE源传输GOOSE 报文，都是以数据集形式发送，一帧报文对应一个数据集，一次发送，将整个数据集中所有数据值同时发送。
一帧GOOSE 报文由AppID、PDU 长度、保留字1、保留字2、GOOSEPDU 组成，其中GOOSEPDU为可变长度，由数据集中DA的个数决定。
Goose方面的：
帧校验前的填充字节是否有什么要求？（字节数和内容）
ASDU里面的goID字符串从哪里来？是否为可选项？（看到有跟gocbRef一样的，可能不一样吗？）
数据变化时，stnum+1，sqnum是置0还是置1？
Stmun和sqnum的字节数有限制吗？最大为5字节？
有效时间为communication里的最大值吗？
Stnum加1时的时间，即Goose报文产生时的时标，最后一个字节的品质因数该如何定。
Goose数据里面的时间是否和帧时间的定义方式一致？最后一字节为品质因数？
Goose数据的q位不同位定义其实具体指什么？（溢出、出界、错误引用、抖动、失败、旧数据、不一致、不准确、取代、测试、闭锁，这些具体指什么？）
数据字段格式下面哪种是对的：
a2 长度83 长度（=1）stVal…………
83 长度（1=）stVal …………
另外希望多一些实际抓取的Goose帧数据及其对应的SCD文件供对照分析。
SV方面的：
SV的ASDU长度是否为定值46个字节？如果是，那超出12组采样值要分开多个ASDU来组合吗？
ASDU的状态字#1和#2怎么定义？
ASDU的LDName只有两个字节，怎么表示？
被测设备的各项额定值在SCD里面没找到，但ASDU有四项额定值，数据该从哪里来？
另外希望多一些实际抓取的sv帧数据及其对应的SCD文件供对照分析。
注：SCD分析时，希望能讲解组帧过程，即通过解析步骤和哪些字段来确定用哪些内容（字段）来组成一帧Goose或SV报文。
SV,GOOSE异常模拟分析1、SV异常模拟在软件的“通用试验（扩展）”、“状态序列”测试组件中可以进行IEC61850-9-1/2、FT3的异常状态模拟测试，用于测试保护装置在各种异常情况下动作性能。
“通用试验（扩展）”的“SV异常模拟”界面，运行后点击“SV 异常模拟”即测试仪开始输出异常报文，“状态序列”采用“”，选择需要异常模拟的测试点，软件运行后即测试仪在此状态输出异常报文。
异常数据可设每周波、每秒、每分钟、每小时、每天为单位任意设置；在“SV异常模拟”界面（如图1所示），点击“异常点设置”按钮可设置一个周波里的任意异常点如图2。
图1 SV异常界面图2 异常点设置界面丢帧测试：用于模拟采样值在网络传输时，由于各种原因丢失一个或多个采样值报文的情况。
丢5帧的情况，采样计数器少5个，时间变成6倍固定时间间隔值：数据异常（飞点）测试：模拟互感器故障，某段时间内的采样值出现异常的情况。
飞点与正常点对比，飞点设置为直流10A时，其波形与正常波形对比：序号跳变测试：模拟MU发出的采样计数器异常。
模拟两个点跳变值为5的情况，两点和5以后的两点对调位置，572、573与577、578对调位置：（无间隔的连续点，统计错误为4；如果是有间隔的两个点，则统计错序为8）失步测试：用于模拟MU 运行过程中失步的情况。
该功能将采样值报文中的同步标志置为失步，只对IEC61850-9-2有效，因其它格式报文没有同步标志。
模拟一个点失步情况：品质无效：与同步标志类似，将采样值报文中数据的品质位设置为无效（00 00 00 01）invalid，只针对IEC61850-9-2使用，因其它格式报文没有同步标志。
模拟20个点品质无效：报文输出抖动：模拟采样间隔发生改变后SV报文对保护装置的影响（只针对于国网）。
报文正常输出时，其两帧报文间的间隔时间是固定的，当发生抖动时其间隔时间会偏大或偏小。
下面以一个周波中序号为3~6的点发生抖动，来阐述三种抖动模式的区别，以频率50Hz、抖动10μS为例。
GOOSE报文详解Goose报文在网络上传输时采用的是OSI模型，但只用到OSI网络模型七层中的四层，应用层、表示层、数据链路层和物理层，传输层和网络层为空。
应用层定义协议数据单元PDU，经过表示层编码后，不采用TCP/IP协议，而是直接映射到数据链路层和物理层。
这种映射方式的目的是避免通信堆栈造成传输延时，从而保证报文传输、处理的快速性。
GOOSE报文在MAC层的帧结构包括：源MAC地址、目的地址即组播地址、报文类型、四字节Tag、APPID、报文长度、四字节的保留和GOOSEPDU。
Goose具体报文格式如图0所示[0]。
图0 Goose报文格式Goose举例报文(十六进制)：01 0C CD 01 00 51 00 1E 4F D3 AE 41 81 00 80 42 88 B8 00 33 00 90 00 00 00 00 61 81 85 80 08 67 6F 63 62 52 65 66 31 81 05 00 00 00 27 10 82 07 64 61 74 53 65 74 31 83 05 67 6F 49 44 31 84 08 4E F2 85 E1 F7 CE D9 00 85 05 00 00 00 00 01 86 05 00 00 00 00 01 87 01 00 88 05 0000 00 00 01 89 01 00 8A 05 00 00 00 00 09 AB 36 83 01 00 84 03 03 00 00 91 08 00 00 00 00 00 00 00 00 83 01 00 84 03 03 00 00 91 08 00 00 00 00 00 00 00 00 83 01 00 84 03 03 00 00 91 08 00 00 00 00 00 00 00 00分析如下(可结合Ethereal解析)：1、01 0C CD 01 00 51目的MAC地址2、00 1E 4F D3 AE 41源MAC地址3、81 00 80 42GOOSE报文支持IEEE 802.1Q/P优先级技术，IEEE 802.1Q为VLAN技术的标准，IEEE 802.1P为报文优先级标准。
基于IEC61850的广域保护系统通信服务模型丛伟，潘贞存，赵建国，高湛军（山东大学电气工程学院，山东济南250061）摘要：针对广域保护系统对信息交换类型和交换方式的不同要求，讨论了基于IEC61850的广域保护系统通信服务模型，主要解决通信一致性和不同装置之间的互操作性问题，并从上层确保数据通信延时和可靠性满足广域保护系统要求。
讨论了通用变电站事件GSE的报文结构和通信机制，提出用GSE中的GSSE传输状态量信号、用采样测量值传输类模型传输模拟量的观点和一般方法。
关键词：广域保护系统；IEC61850；通信；服务模型。
0引言近几年来，广域保护系统逐渐成为新的研究方向和热点。
尽管目前国内外许多学者对广域保护系统的功能、结构等问题存在不同的理解，但有一点是一致的，那就是需要借助通信系统获取电网的广域信息。
根据广域保护系统所完成功能的不同，对通信系统性能的要求也不一样，例如对动作延时和可靠性有严格要求的继电保护功能和控制功能，对通信系统的快速性和可靠性也有严格的要求，而对动作延时要求稍低的某些控制功能，相应的对通信系统要求也稍低。
这样就需要构建一套能满足各种功能要求的通信系统为各种信息的交换提供平台。
这里所说的通信系统不仅指物理上可见的通信设备和通信网络，还包括该网络所采用的通信协议、网络所能提供的通信服务等上层内容。
但是在目前的电力通信系统中还没有一个统一的数据交换模型，并且所使用的大部分通信规约在快速性和可靠性性方面往往也难以满足更高的要求。
在通信层也采用一般的点到点通信模式和传统的局域网通信技术，无法保证广域同步信息传输的快速性和可靠性。
本文对基于IEC61850（变电站通信网络和系统系列标准）的广域保护系统通信服务模型进行分析和研究，研究了变电站通用事件GES （Generic Substation Event）的报文结构、信息交换方式、提供的服务模型等内容，重点研究利用GSE中的通用变电站状态事件GSSE（Generic Substation Status Event）传输状态量信号、利用采样测量值传输模型传输模拟量采样信号的方法。
Goose报文1. 什么是Goose报文？Goose（Generic Object Oriented Substation Event）报文是一种用于电力系统中的通信协议，用于在互联的电力设备之间传输信息。
它基于IEC 61850标准，并采用了发布-订阅模式（Publish-Subscribe）。
Goose报文主要用于在智能电网中实现实时数据的传输和事件的通知。
它可以用于监测电力设备的状态变化、故障事件的传递以及控制指令的发送。
Goose报文具有高可靠性、低时延和广播特性，适用于各种电力系统中的通信需求。
2. Goose报文的结构Goose报文由报文头部和报文数据组成。
2.1 报文头部报文头部包含了一些关键的信息，用于标识和控制报文的传输。
•GooseID：每个Goose报文都有一个唯一的GooseID，用于标识报文的发送者和接收者。
它是一个16位的无符号整数。
•AppID：每个Goose报文都有一个唯一的AppID，用于标识报文的应用程序。
它是一个16位的无符号整数。
•GoCBRef：Goose Control Block的引用，用于标识报文的发送者和接收者之间的关联关系。
•TimeAllowedtoLive：报文的存活时间，以毫秒为单位。
超过存活时间后，报文将被丢弃。
•DatSet：报文中包含的数据集的名称。
•ConfRev：数据集的配置版本号，用于标识数据集的变化。
•NumDatSetEntries：数据集中包含的条目数量。
•AllData：指示报文中是否包含了所有数据。
2.2 报文数据报文数据包含了要传输的实时数据和事件信息。
Goose报文的数据部分采用了简单的二进制编码格式，可以包含多个数据条目。
每个数据条目由数据对象的名称、数据类型和数据值组成。
3. Goose报文的应用Goose报文在电力系统中有广泛的应用。
3.1 实时数据传输Goose报文可以用于实时传输电力设备的状态数据。
例如，变电站中的断路器状态、电流、电压等信息可以通过Goose报文传输到监控系统，实现对电力系统实时监测和控制。
智能变电站SV和GOOSE报文模拟生成和检测装置的研究目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................... ....... II 第1章绪论 .. (1)1.1课题背景及研究的目的和意义 (1)1.2智能变电站国内外研究现状 (2)1.2.1 过程层装置与间隔层装置国内外研究现状 (2)1.2.2 过程层网络实时性国内外研究现状 (4)1.2.3 通信网络测试设备国内外研究现状 (5)1.3本文的主要研究内容 (6)第2章报文模拟生成和检测装置的信息模型建立与信息交换机制确定 (7)2.1引言 (7)2.2报文模拟生成和检测装置的信息模型建立 (7)2.2.1 智能变电站通信系统的结构 (7)2.2.2 报文模拟生成和检测装置的信息模型 (8)2.3确定报文模拟生成和检测装置的信息交换机制 (12)2.3.1 SV和GOOSE报文的传输模型 (12)2.3.2 报文模拟生成和检测装置的特定通信服务映射 (14)2.3.3 数据传送规则 (18)2.4本章小结 (18)第3章智能变电站报文传输时间分析 (19)3.1引言 (19)3.2报文传输时间理论分析 (19)3.3报文传输时间OPNET仿真 (23)3.3.1 OPNET网络仿真过程 (23)3.3.2 双节点报文传输时间仿真分析 (24)3.3.3 多节点报文传输时间仿真分析 (27)3.4本章小结 (33)第4章报文模拟生成和检测装置的硬件设计 (35)4.1引言 (35)4.2报文模拟生成和检测装置的硬件总体设计 (35)4.2.1 报文模拟生成和检测装置的功能确定 (35)4.2.2 报文模拟生成和检测装置的硬件结构 (36)4.3核心控制模块电路设计 (37)4.4信号采集模块电路设计 (38)4.5通信模块电路设计 (40)4.6人机接口模块设计 (42)4.7本章小结 (42)第5章报文模拟生成和检测装置的软件设计与测试 (43) 5.1引言 (43)5.2报文模拟生成和检测装置软件总体设计 (43)5.3数据采集模块软件设计 (45)5.4数据处理模块软件设计 (46)5.5SV报文传输模块软件设计 (48)5.6GOOSE报文传输模块软件设计 (51)5.7一致性测试 (53)5.7.1 测试环境 (53)5.7.2 SV报文传输模块通信功能测试 (53)5.7.3 GOOSE报文传输模块通信功能测试 (54)5.8本章小结 (57)结论 (58)参考文献 (60)攻读硕士学位期间发表的论文及获得成果 (64)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (65) 致谢 (66)第1章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义社会经济的快速发展伴随着用电需求的迅速增加，并且促使越来越多的复杂用电装置投入运行，为了保证电网的安全运行，人们对用电质量和用电安全提出了更为严格的要求。
