（电力系统及其自动化专业论文）分布式发电系统中mas分层保护控制系统的研制.pdf

东南人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e s ey e a r s ，s o m ef a u l tl o c a t i o na n dr e l a yp r o t e c t i o na l g o r i t h m sf o rd i s t r i b u t e dn e t w o r ko n c o n d i t i o no fd g sc o n n e c t i o nh a v e b e e np r o p o s e d i nt h e s ea l g o r i t h m s ，t h eo n e sb a s e do n m u l t i - a g e n ts y s t e ma n dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka t t r a c tp e o p l e sa t t e n t i o n ，w h i c hu s ea g e n t 8 c o o r d i n a t i o nt ol o c a t e & r e m o v et h es h o r t - c i r c u i tf a u l t h o w e v e r , t h e s ea l g o r i t h m ss t i l ls t a n do nt h e s t a g eo ft h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dm e yd o n tg i v eap r a c t i c a l & s t a b l eo p e r a t i n gp l a t f o r mb a s e do n s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns t a n d a r d i e c 618 5 0 f o rt h i sr e a s o n ，r & do fm u l t i - a g e n ts y s t e mb a s e do n i e c 6 18 5 0w i l lb et h ec o r eo f t h i sp a p e r a si e c618 5 0 st h ec h a r a c t e r i s t i co fs e a m l e s sc o n n e c t i o n ，i ti ss i g n i f i c a n ti ne n g i n e e r i n gt o a p p l yi tt ot h ep r o t e c t i o n & c o n t r o lo fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e m am u l t i a g e n ts y s t e m a r c h i t e c t u r eb a s e do ni e c 6 1 8 5 0 ( n a m e dr m a s 6 1 8 5 0 ) ，w h i c hh a sac o r ed i s t r i b u t e df a u l t - l o c a t i o n a n dr e l a yp r o t e c t i o na l g o r i t h m ，w i l lb ep r o p o s e di nt h i sp a p e r i nt h i sa r c h i t e c t u r e ，r e l a ya g e n ti s d e s i g n e da sal o g i cn o d eo ft h er e l a yi e ds ot h a tt h er e l a ya g e n tc a ne a s i l yi n t e r a c ta n dc o o r d i n a t e 丽t l lo t h e rl o g i cn o d e s b e s i d e s t h er e l a ya g e n tc a nb ed e s i g n e d 勰d i f f e r e n tm o d u l e s 谢m d i f f e r e n tr e l a yl o g i ci nt h i sa r c h i t e c t u r e i nt h i sp a p e r , s y s t e m sc o r ea l g o r i t h mi sf o r m a l i z e da n d t h er e l a y c o o r d i n a t ea g e n t sl o g i ci sm o d e l e d 谢t hu s i n gf s m ( f i n i t es t a t em a c h i n e ) t h e o r ys ot h a t t h es y s t e m ss o f t w a r ec a nb ee a s i l yd e s i g n e d t h es o f t w a r e sd e t a i l e dd e s i g n i n gp r o c e s sa n di t s a r c h i t e c t u r ew i l lb ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r f u r t h e r m o r e ，t h ew h o l es o f t w a r es y s t e mw i l lb e c o d e du s i n gc + + i nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fr e l a yp r o t e c t i o ns y s t e m sp e r f o r m a n c e ，s y s t e mi nt h i sp a p e r s h o u l dh a v et w oi m p o r t a n tp e r f o r m a n c e - r e l a y sq u i c ks e c t i o na n ds y s t e mr e l i a b i l i t y r e l a y sq u i c k s e c t i o n d e p e n d s o nc o m m u n i c a t i o n s y s t e m sp e r f o r m a n c es ot h a tt h ee x p e r i m e n tf o r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sp e r f o r m a n c ew i l lb ef m i s h e df i r s t l ya n dt h e ne x p e r i m e n tf o rr e l a y sq u i c k s e c t i o nw i l lb ed o n eb a s e do na n a l y s i sa b o v e t h eq u i c ks e c t i o ne x p e r i m e n th a ss e v e r a lg r o u p s ， w h i c hc a na c q u i r et h ec l e a t i n gt i m eo ff a u l th a p p e n e di nd i f f e r e n ts e c t i o n s t oa n a l y z et h es y s t e m r e l i a b i l i t y , e x p e r i m e n to nc o n d i t i o no fd i f f e r e n ti e d sf a i l u r ew i l lb ed o n et oa c q u i r ef a u l tc l e a r i n g t i m e f i n a l l y , t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sp r o v et h a ts y s t e mi nt h i sp a p e rm e e t st h er e q u i r e m e n to f r e l a y sq u i c ks e c t i o na n ds y s t e mr e l i a b i l i t y k e y w o r d ：d i s t r i b u t e dp r o t e c t i o n ：m u l t i - a g e n ts y s t e m ：i e c6 18 5 0 ；g o o s e ；f s m ； i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： j 牟日期：卿 i i 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生虢型卜导师虢一期：嘶屠 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近年来，新能源的利用有利于解决不可再生能源枯竭的问题。相对于传统的集中式发电， 分布式发电成为解决这一问题的主流趋势，诸如太阳能发电，风力发电等新能源形式以其清 洁、可再生等优势已经逐渐成为一种电网中重要的电源形式。在欧洲有些国家，其分布式发 电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t o r s ，d g ) 的装机容量已经占该国电网总装机容量的四分之一以上。 在我国西部地区，由于其风力资源极其丰富，在有些地区分布式发电已经进入实用化阶段。 大量的分布式发电装置接入电网，使得电网运行的灵活性大大的增加，同时这对电网的 安全稳定运行提出了新的要求和挑战，在分布式发电条件下保证电网安全稳定的运行，需要 在系统规划、电网建设、运行调度、备用容量、继电保护和安全自动控制、紧急控制等多个 方面进行深入研究，提出合理解决方案。其中做好系统规划、加强电网建设和增大备用容量 等属于系统侧措施，加强继电保护、安全自动控制和紧急控制是二次侧可采取的措施。国内 外多年的电网运行经验表明：快速、可靠的继电保护措施，准确、及时的安全控制和紧急控 制措施以及安全稳定防御措施是确保电网安全稳定运行的重要保障。 大量d g 接入电网可以提高可再生资源的利用率，缓解能源紧张的局势，有着巨大的经 济和社会效益。但是当d g 在电网中的比例超过一定数量以后，如何在这样有着“蜘蛛网” 形状的电网里避免因为故障而相互影响导致严重后果，并且在故障发生后保证d g 和电网运 行的经济性，成为一个重要的问题。为了适应电力系统的发展，解决分布式发电保护、控制 系统存在的问题。一种基于网络通信、保护相互协调比较判断的保护系统近年来受到国内外 学者的广泛关注。而协调保护的研究刚开始不久，对其理解也各不相同，因此，出现多种形 式和功能的协调保护系统。将协调的概念引入分布式发电系统中，可以满足分布式发电系统 的保护与控制的需要。 1 2 研究背景 继电保护在电力系统中的地位非常重要，在分布式发电系统中也不例外。现行的d g 并 网运行规程大都是考虑了d g 并网不影响原有的配电网保护控制系统正常工作的原则提出 的，这些规程虽然最大限度地保证了电力系统的安全性，却在一定程度上限制甚至破坏了 d g 的正常运行，不利于分布式发电技术的发展。因此，必须深入研究分布式发电条件下全 新的保护控制方式，在避免d g 对电力系统稳定和安全的不利影响下，充分发挥d g 的积极作 用。d g 由于其容量较小且数量众多，一般通过配电网与系统相连且在地理上非常分散。由 于这些现实的冈素存在使得下列存在的一些问题得不到解决： ( 1 ) 配电网的一次系统中很多线路上没有p t 可供使用，这就使得保护的原理中没有电压 量可供参与运算，在这种情况下，要想在分布式发电系统这样的多电源区域实现保护的选择 性，依靠传统的保护原理难度较大。 ( 2 ) 接入多d g 后的配电网的运行方式灵活多变，如线路经常操作、d g 经常投入和退出 运行等，保护的自适应性要强；在网络的结构拓扑经常变化的条件下，单单依靠保护装置来 判断故障区域难度很大，这就需要各个分布式单元之间的协调。 ( 3 ) 配电网的通信系统由于经济成本等原因不可能像高压网那样信道专用，因而分布式 东南大学硕十学位论文 发电系统的通信网络需要考虑异步传输的问题。 ( 4 ) 由于分布式系统中节点众多，使得单个系统元件发生故障的概率大大增加，对保护 的容错性要求较高，必须要有相应的措施应对各种情况。卜的“n 1 ”的故障情况。 在分布式发电系统中基于配网内多点电气信息综合的继电保护算法、策略的研究是解决 上述问题的有效途径。获得广域信息的保护装置将能够实时了解系统的运行状况，各保护之 间以及保护与安全稳定控制装置之间配合、协调的难题将有望得到解决。而近年来计算机和 通信技术的快速发展使得这种基于广域信息的分布式保护系统的实现成为可能。这种分布式 保护系统紧密依赖于高效率的通信模型。 随着通信技术的迅猛发展，近几年电力系统有关通信方面的规约相继出台，正c6 1 8 5 0 就是在这样的背景下推出的。i e c6 1 8 5 0 具有三项基本目标：真正意义上的互操作；功 能自由分布；良好的扩展性以适应自动化和通信技术的发展。而正由于分布式发电形式 的多种多样，造成了其保护与控制单元的开发不可能是基于同一平台研发的，这就造成了在 分布式保护系统中分布式单元之间旱现出很强的异构性，而i e c6 1 8 5 0 正是这样一个可以实 现跨平台无缝连接的通信体系。上述三点基本目标也止是分布式保护与控制系统所面临需要 解决的问题。因此，将i e c6 1 8 5 0 技术应用到分布式发电的保护与控制系统中就有了很强的 现实意义。 分布式保护系统原型开发出来之后，如何给出其一个可靠的实现方案也是一个重要的课 题。在这种背景下，多a g e n t 理论在分布式发电系统中的应用研究被提出，a g e n t 是自治的、 能相互作用或协作的软件，具有网络通信能力。自治是指在一定环境中的独立行为能力。数 字保护继电器就是一个自治的元件，也被认为是智能电子装置i e d - - i n t e l l i g e n t e l e c t r o n i c d e v i c e 中的一个逻辑节点。因此基于i e c6 18 5 0 的多a g e n t 系统是实现分布式保护系统的一个 有效方案。 1 3 本文所做的工作 本文基于i e c 6 1 8 5 0 标准，根据分布式发电时的故障定位和保护算法的特征，提出了一个 保护多代理系统的体系结构r m a s 6 1 8 5 0 ，将保护代理设计成保护i e d 的一个逻辑节点( l o g i c n o d e ) 并与其他逻辑节点进行信息交换和协调，这样保护代理就可以针对不同的保护协调逻 辑进行模块化设计。此外，为了更好描述保护代理的运行流程，本文使用有限状态机( f s m ) 描述各代理( 保护代理和协调代理) 的信息流动，状态迁移和协作流程，最后给出r m a s 6 1 8 5 0 整个软件系统的设计过程和结构。本文的工作按如下章次安排： 第二章，从工程实际和经济成本的角度出发，基于i e c 6 1 8 5 0 给出一个分布式发电下的保 护多代理系统r m a s 6 1 8 5 0 体系结构。此系统根据分布式发电时的故障定位和保护算法的特征 ( 多点信息，协调机制) ，基于i e c 6 1 8 5 0 标准( 变电站三层体系结构，i e d 的数据模型，通 信模型g o o s e ) ，提出了一个保护多代理系统的体系结构。体系中，保护代理为各保护i e d 的 一个特殊逻辑节点，从传统的保护逻辑节点( 过电流保护) 获取电流信息( i e d 从变电站过程 层获取的本地数据) ，相位比较信息( 故障电流与负荷电流的相位比较) ，经由协调代理的 指引，与其它保护代理协作，以完成故障的精确定位和切除。体系中，代理之间( 保护代理 与协调代理，保护代理与保护代理，协调代理和d g 代理) 之间的信息传递使用的是g o o s e 模型， 以达到高效率的通信。 第三章，在现有配网无p t 、短路电阻不固定等客观条件下，利用部分母线节点在故障 状态下不用电压量就可以判断故障方向的特点，提出了一种基于综合幅值比较和相位比较的 故障定位算法，以作为r m a s 6 1 8 5 0 的核心算法。本文为了方便软件实现特对此算法用树形结 构做了形式化描述。 2 第一章绪论 第四章，应用有限状态机理论对p d v i a s 6 1 8 5 0 中的保护代理和协调代理进行逻辑建模，以 便于软件设计并给出了r m a s 6 1 8 5 0 软件系统结构和实现过程。 第五章，l 洲a s 6 1 8 5 0 性能包括两个重要的部分：保护的速动性和系统的可靠性。保护 的速动性建立在系统的通信性能基础上，所以本文首先对系统的通信性能进行分析，之后实 验分析系统的保护速动性，速动性实验分为若干组，分析保护动作时间随i e d 数量和d g 数 量之间的关系。为了分析系统可靠性，本章针对l e d 的不同程度上的通信失败来仿真获取保 护动作结果，从而证明本文的系统可靠性。 3 东南人学硕士学位论文 第二章基于i e c 6 18 5 0 的分布式发电保护多代理系统 2 1 引言 r m a s 6 18 5 0 的体系结构 本章基于l e c 6 18 5 0 标准( 变电站三层体系结构，l e d 的数据模型和结构，通信模型 g o o s e ) ，根据分布式发电时的故障定位和保护算法的特征( 多点信息，协调机制) ，提出 了一个保护多代理系统的体系结构。其中，将保护代理设计成保护l e d 的一个逻辑节点 ( l o g i cn o d e ) 并与其他逻辑节点进行信息交换和协调，这样保护代理就可以针对不同的保护 协调逻辑进行模块化设计。 2 2i e c 6 1 8 5 0 标准 2 2 ii e c 6 1 8 5 0 信息和通信模型介绍 在总结了电力系统涉及的通信服务的基础上，在i e c 6 1 8 5 0 中定义了1 4 类a c s i ( a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e ) 模型，用来规范信息模型的功能服务。包括服务器模型、 应用关联( a p p l i c a t i o na s s o c i a t i o n ) 模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据( d a t a ) 模 型、数据集( d a t as e t ) 模型、替换模型、整定值控制块模型、报告及记录控制块模型、通 用变电站事件( g e n e r i cs u b s t a t i o ne v e n t ，g s e ) 模型、采样值传输( t r a n s m i s s i o no fs a m p l e d v a l u e s ，s v c ) 模型、控制( c o n t r 0 1 ) 模型、时间及时间同步( t i m ea n dt i m es y n c h r o n i z a t i o n ) 模型和文件传输( f i l et r a n s f e r ) 模型。每类a c s i 模型都由若干抽象通信服务组成，每个服 务又都定义了服务的对象和方式：服务方式包括服务的发起( r e q u e s t ) 、响应( r e s p o n d ) 和过程( p r o c e s s ) ，而服务的过程是指某个具体服务请求如何被服务器所响应，以及采取什 么动作在什么时候以什么方式响应。 a c s i 模犁中的通信服务分为两类：第一，客户机服务器模式，诸如控制、读写数据值 等服务；第二，发布者订阅者或对等交换模式，诸如采样值传输、g s e 等服务，如图2 1 所示。 针对本文对分布式保护系统功能的阐释，可以把保护通信系统所需要传输的数据分为两 类：第一类，保护系统日常维护所需的数据，如日志报告、扰动记录文件的传输等；第二类， 电网发生故障的情况下，保护装置需要的故障电流数据，保护装置间的协调通信数据以及开 关的变位信息等。这两类数据有着各自不同的特点，第一类数据对传输的时间没有很高的要 求，但是数据的流量比较大；第二类数据由于受保护快速性的限制，对时限的要求有明显的 要求，但是数据的流量很小。所以针对这两类数据的特点，就可以分别对应于a c s i 模型的 两类通信服务。 4 第二章基于i e c 6 1 8 5 0 的分布式发电保护多代理系统一r m a s 6 1 8 5 0 的体系结构 同 图2 1a c s i 的通信方法 a c s i 规范的信息模型的功能服务独立于具体网络，即功能与通信解耦。功能的最终实 现还需要经过s c s m ( s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o ns e r v i c em a p p i n g ) ，s c s m 负责将抽象的功能 服务映射到具体的通信网络及协议上，具体包括：根据功能需要和实际情况选择通信网络 的类型和o s i 模型的1 - - 6 层协议；在应用层上( o s i 模型中的第7 层) ，对功能服务进行映 射，生成应用层协议数据单元( a p p l i c a t i o np r o t o c o ld a t au n i t ，a p d u ) ，形成通信报文， 如图2 2 所示。 图2 2a c s i 向应用层的映射 a c s i 对信息模型的约束是强制和惟一的，而s c s m 的方法却是多样和开放的。采用不同 的特殊通信服务映射( s c s m ) 方法，可以满足不同功能服务对通信过程、通信速率以及可 靠性的不同要求，解决了电力系统通信复杂多样性与标准统一之间的矛盾；适时的改变 s c s m 方法，就能够应用最新的通信网络技术，而不需要改动a c s i 模型，解决了标准的稳定 性与未来通信网络技术发展之间的矛盾。i e c 6 1 8 5 0 并不要求每种s c s m 方法都能够映射 a c s i 所有的抽象服务，但越简单的s c s m 方法对a c s i 模型的支持就越不完备，所实现的功 能服务也就越简单。a c s i 向不同s c s m 映射的过程，如图2 3 所示。 目前关于信息模型向通信的映射( 即a c s i 向s c s m 的映射) ，在i e c 6 1 8 5 0 中定义了4 种 s c s m 方法( 未来还可能增加：核4 ) , a c s i 模型向公共对象请求代理体系结构( c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 的映射；基于i e e e l 5 8 8 m c 6 1 5 8 8 的过程层 采样同步报文。) 。它们都以o s i 模型为基础并都选择以太网作为通信网络的物理层和数据 链路层，具体如下： ( d 基于客户机服务器模式的核心a c s i 服务向m m s 的映射。 ( 2 ) g s e 模型中的g o o s e 报文传输服务、g s e 管理服务和s v c 模型中的采样值传输服务 直接向以太网数据链路层( d a t al i i l kl a y e r ) 的映射。 ( 3 ) g s e 模型中的g s s e 报文传输服务向m m s 信息报告( m m si n f o r m a t i o nr e p o r t ) 以及 无连接的o s i 协议栈的映射。 5 东南人学硕上学位论文 特定接口应用 i 特磊蔬最务映射，i 特殊通信臣务映射2 厂特殊通信l 务映射r i 应用层1 应用层2应用层n 协议栈 图2 3a c s i 向s c s m 的映射 ( 4 ) 时间及时间同步服务向简单网络时间协议( s i m p l e n e t w o r k t i m e p r o t o c o l ，s n t p ) 映射。 m m s 即i s o i e c9 5 0 6 ，最先用于计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r e s y s t e m ，c i m s ) 中，旨在规范具有通信能力的智能互感器、智能控制设备和l e d 的通信行 为以实现不同厂商设备间的互操作和系统集成，目前已广泛用于包括工业过程控制、工业机 器人在内的t 业自动化系统领域。鉴于m m s 的成功应用，电力系统中的t a s e 2 a j c a 和i e c 6 1 8 5 0 等通信标准都选择m m s 作为应用层协议的规范。 将m m s 应用到分布式发电的保护与控制系统中，其最大的特点就是可以实现不同通信 方式以及不同系统之间的集成，这个正可以解决分布式保护系统的异构性问题。 作为应用层协议，m m s 能够运行于多种通信网络和协议栈。在选择以太网作为通信 网络物理层和数据链路层的基础上，i e c6 1 8 5 0 定义了2 种映射方法：完整映射到o s i7 层模型；应用层、表示层和会话层映射到o s i 模型，传输层和网络层映射到t c p 1 p 协 议。考虑到t c p i p 已经成为事实上的业界标准，应用范围极广、技术成熟，采用t c p i p 能使传输信息具有广泛的适应性( 如接入i n t e m e t ) ，并可使用通用的网络设备和软件以降 低协议栈实现的难度和成本。因此，后一种映射方法在分布式发电系统中更具实际意义。 2 2 2 通用面向对象变电站事件模型g o o s e 电力系统在发生故障时，保护装置需要在很短的时间内得到与故障相关的故障信息，以 便快速的做出判断跳开相应的断路器。在分布式保护系统中，这种通过通信网络来传输故障 信息的方式，就对快速性提出了更高的要求。为了减小报文传输和协议封装解析的时间开 销，i e c6 1 8 5 0 规定g o o s e 报文传输通信服务直接由应用层映射至以太网的数据链路层( 或 仅在表示层上进行b e r 编码) ，而网络层、传输层和会话层均为空层。为了确保g o o s e 的 实时性，又在数据链路层上采用了基于v l a n ( i e e e 8 0 2 1 q ) 的以太网优先级标记，通过赋 予上述g o o s e 报文较高的优先级别，使它们通过交换机时消耗较小的排队延时。其对应关 系如表2 1 所示。 表2 1 直接向数据链路层映射的协议栈 o s i 模型层名称协议规范 应用层g o o s e 报文 i e c 6 1 8 5 0 表示层a s n 1 的b e r 编码i s o i e c8 8 2 5 会话层 传输层 网络层 6 第二章基于i e c 6 1 8 5 0 的分布式发电保护多代理系统r m a s 6 1 8 5 0 的体系结构 以太网优先级协议，、，ia n i e e e8 0 2 1 q 数据链路层 c s 啪di s o i e c8 8 0 2 3 物理层光纤或r j 4 5 连接件 i e c6 0 8 7 4 10 或i s o ，i e c8 8 7 7 这种g o o s e 报文采用组播方式发送，发送后不返同确认信息。但是如果i e d 发送的 是一些和继电保护相关的信号，如断路器跳闸信号、失灵保护启动信号等，它们的重要级 别是非常高的，为了保证重要信号传输的可靠性，只要信息状态在维持期间就不断重复发 送报文。 g o o s e 信息交换的是采用发布订阅服务机制。在这种服务中，希望获取数据的一方 充当客户的角色，提供数据的一方充当服务器的角色。同一台物理设备既可以是服务器， 也可以是客户。发布订阅服务机制支持本地设备主动向其它设备传送数据，这一特性对继 电保护系统而言十分重要，因为传统的客户服务器模型一般采用应答式或轮询式的通信模 式，这种主从式的通信方式难以满足继电保护系统快速性要求。在发布订阅服务机制中， 一旦有数据产生即可按照事先确定好的订阅路径主动传送，无需外界的任何干预，有利于 保证通信的快速性。 本文研究的分布式保护系统采用分布式结构，继电保护算法的执行以i e d 和保护装置 自身为中心完成，故障发生后i e d 的信息需要同时发送给其它多个相关i e d ，也会接收来 自其它若干i e d 的信息，此时i e d 不仅担任着服务器的任务( 发送数据) ，还充当了客户的 角色( 接收数据) ，根据本文第三章的故障定位和保护算法的叙述可知：数据的发送方式既 不是点对点的形式，也不是广播的形式，而是组播的形式。因此采用这种发布订阅服务机 制是非常适合的。发送信息的i e d 发布客户( 其他i e d ) 所需要的数据值( 例如故障时i e d 的测量信息或基于测量值的故障判断信息) ，其他任何需要该信息的i e d 都可以订阅该信 息的g o o s e g s s e 报文。下面简要的介绍g o o s e 报文在各个协议层的功能和结构。 应用层 g o o s e 报文采用应用协议数据单元( a p d u ) 的组织格式，g o o s e 支持由d a t a s e t 组 织的公共数据的交换，这正符合分布式保护在异步通信条件下，继电保护对故障数据快速传 输的要求。g o o s e 报文的定义见下表2 2 所示。 d a t s e t 代表数据集，参数包含d a t a s e t 的o b j e c t r e f e r e n c e ，其具体的值取自g o c b ( g o o s ec o n t r o lb l o c k ) ，其成员值被传输，有关于g o c b 的定义后面将有阐述。 a p p l d ( 应用标识) 参数包含逻辑设备的标识符，该标识符取自与g o c b ，g o c b 位于逻 辑设备中。在i e c6 1 8 5 0 的信息模型当中，以实现的功能为单位来划分具体的逻辑设备。 按照实际易用的需要，可以一个物理设备中包含多个逻辑设备，也可以一个逻辑设备由多 个物理设备组成，a p p l d 就是逻辑设备的标识。 g o c b r e f 为g o o s e 控制块引用的逻辑路径，包含g o o s e 控制块引用，正常应用与 a p p l d 保持一致。 t 代表时标，参数包含s t n u m 属性加l 时的时间。 表2 2g o o s e 报文定义 g o o s e 报文 参数名参数类型值值域解释 d a t s e t o b j e c t r e f e r e n c e g o c b 实例的值 a p p t o v i s i b l es t r i n g 6 5g o c b 实例的值 g o c b r e f o b je c t r e f e r e n c eg o c b 实例的值 7 东南人学硕上学位论文 t e n t r y t i m e s t n u m i n t 3 2 u s q n u m i n t 3 2 u ( t r u e ) t e s t ( 测试) l ( f a l s e ) 1 1 0 - t e s t t e s t b o o l e a n ( 未测试) c o n f r e vi n t 3 2 u g o c b 实例的值 n d s c o mb o o l e a ng o c b 实例的值 g o o s e d a t a 【1 n 】 v a l u e 参数类型取决于具体的应用 s t n u m 表示状态号，参数是一个计数器，每发送一次g o o s e 报文并且由d a t s e t 规定 的d a t a s e t 内巳检出了值的改变，计数器加l ，初始值为l 。值为0 保留。 s q n u m ( 顺序号) 参数是一个计数器，每发送一次g o o s e 报文，这个序号加1 。s q n u m 的初始值为l 。值为0 保留。 t e s t 参数值为t r u e ，表示报文的值不得用于运行。 c o n f r e v 表示配置版本号，参数取自g o c b ，为被d a t s e t 引用的d a t a s e t 配置已改 变的次数计数。 n d s c o m ( 需要重新配置) 参数包含g o c b 的n d s c o m ( 取自g o c b ) g o o s e d a t a 1 n 】，g o o s e d a t a 参数包含在g o o s e 报文中用户定义的d a t a s e t 成 员信息，一个g o o s e 报文可以包含多个d a t a s e t ，采用数组以示区分。 v a l u e 参数包含在g o c b 中引用的d a t a s e t 成员的值 表示层 g o o s ea p d u 中的各项数据采用b e r 的编码格式。由于每个传输数据都携带了额外的 标记和长度信息，a s n 1 的b e r 编码带来了额外的通信传输开销。故本文不采用该编码格 式，即绕过该层。 数据链路层 g o o s e 报文采用以太网帧的封装格式，特定的设置有：广播地址为f f f f f f f f f f f f ， 组播地址为0 1 0 c c d o l - 0 0 0 0 至0 1 - 0 c - c d - 0 1 0 1 - f f ；优先级标记为0 x 8 1 0 0 ，报文的优先 级缺省为4 ；以太网型式p d u 中的以太网型式为0 x 8 8 8 8 。 在i e c6 1 8 5 0 中给出了应用于发布订阅机制的通信服务模型，如图2 4 所示。如果发布 方数据集中的一个或多个数据对象的属性值发生变化( 包括装置重新上电，也将导致某个数 据的属性值发生变化) ，由发布方的“发布”服务刷新发布方缓冲区，同时将变化的数据值 写入发送侧的当地缓冲区，并用g o o s e 报文传送这些值，报文的交换采用组播技术。订阅 方从接收侧的当地缓冲区读取该数据值。通信网络的通信服务映射将刷新订阅方缓冲区的内 容，并将接收的新数据通知应用。发布方的g o o s e 控制类g o c b ( g o o s ec o n t r o lb l o c k ) 用于控制整个过程。 8 第二章基于i e c 6 1 8 5 0 的分布式发电保护多代理系统r m a s 6 1 8 5 0 的体系结构 图2 ag o o s e 通信服务模型 结合不同的保护与控制的要求，可以采用不同的组播域。有关于g o o s e 报文的传输的 控制，它主要是基于自动分布的概念，通过提供快速和可靠的在系统范围内的输入输出数据 值的服务，来传输变电站内的实时性要求较高的保护动作、闭锁解锁和变位等事件。由g o s e 模块来完成。g o c b 的属性与服务如表2 3 所示。 表2 3g o c b 的属性与服务 属性名称属性类型功能触发值值域解释 约束 g o c b n a m eo b j e c t n a m eg o c b 实例的实例名 g o c b r e f o b e j c t r e f e r e n c e 使能( t r u e ) | 禁止 g o e n ab o o l e a ng o 值变化 ( f a l s e ) a p p i d s i b l es t r i n g 6 5g o 惟一的应用标识 d a t s e t r e f e r e n c e o b j e c t r e f e r e n c e g o 值变化数据集实例的路径名 c o n f i g u r a t i o n r e v i s i o n i n t 3 2 ug o 值变化配置改变次数计数值 n d s c o mb 0 0 l e a ng o值变化数据集是否需要重新配置 服务 s e n d g o o s e m e s s a g e ，g e t r e f e r e n e e ，g e t g o o s e e l e m e n t n u m b e r ，g e t g o c b v a l u e s ， s e t g o c b v a l u c s g o c b 属性包括控制块实例名及路径、g o o s e 传输使能、应用标识、标识符及配置改变 次数计数值等，如表2 3 所示：g o c b 通信服务功能包括s e n d g o o s e m e s s a g e ( g o o s e 报文传 输) 、g e t r e f e r e n c e ( 路径名读取) 、g e t g o o s e e l e m e n t n u m b e r ( g o o s e 报文成员个数读 取) 、g e t g o c b v a l u e s ( 控制块属性读取) 和s e t g o c b v a l u e s ( 控制块属性设置) ，其中 s e n d g o o s e m e s s a g e 基于发布者订阅者模式，g e t ( s e t ) g o o s e v a l u e s 基于客户机h e 务器 模式，如图2 1 所示。以s e n d g o o s e m e s s a g e 为例，它的服务方式及特点如下： ( 1 ) s e n d g o o s e m e s s a g e # 1 i e d 的上电投运( 通知所有订阅者其当前状态) 和运行状态 变化( 线路发生故障等) 2 类事件驱动。一旦两类事件发生，立即触发该服务。 ( 2 ) 需要获得采样值的节点( 即订阅者) ，在接收缓冲中查询是否有需要的数据 9 东南大学硕十学位论文 ( r e q u e s t ) ，如果有则返同更新的数据( r e s p o n s e + ) 。 ( 3 ) g o o s e 报文的可靠传输通过重传机制来保证。如图2 5 所示。 重传时刻 t o f r o ) t 1t 1t 2 。r 3 t 0 t 0 ：稳定状态下的重传( 未发生事件) ( t 0 ) ：稳定状态下的熏传( 被事件打破) t 1 ：发生事件后快速重传 t 2 厂r 3 ：重传间隔逐渐加大直至稳定状态 图2 5g o o s e 报文的重传机制 2 2 3 基于i e c 6 18 5 0 的分布式保护系统网络结构 基于i e c 6 1 8 5 0 通信协议的通信系统的构建，需要新型的网络架构。但是完全摒弃现有配 电网保护通信系统，无论是从实现的角度还是从工程成本的角度考虑都是不现实的。为了使 现有的配电网保护通信系统的网络结构及功能分配向完全遵循i e c 6 1 8 5 0 标准的分布式保护 系统平滑过渡，分布式保护系统必须既要满足现有通信系统的实际，又符合未来趋势。 本文建立的遵循i e c6 1 8 5 0 标准的分布式保护网络结构如图2 6 所示。图2 6 中所示的通信 网络拓扑也是目前配电网自动化系统的主流发展模式，所以建立在当前配电网自动化通信系 统的基础上，可基于现有的配电网自动化系统的通信网络将保护装置与多个智能电子装置 ( i n t e l l i g e n te l e c t r o n i cd e v i c e i e d ) 相连接。这样符合i e c 6 1 8 5 0 标准的i e d 可以利用现有的 通信网络通过分配m 地址直接接入分布式保护系统中，减少了投资，具有较大的工程应用价 值。 分布式保护系统与现有的分布式发电的继电保护保护系统的一个重要区别就是可以依 靠通信系统实现现有保护无法解决的分布式发电系统保护的选择性问题以及更多其他的功 能，诸如与自动装置的协调等。这些功能当中以继电保护对通信的实时性要求最高，这是由 继电保护系统的快速性和可靠性的要求决定的。因此要实现分布式保护系统中的各项功能， 图2 6 遵循i e c 6 1 8 5 0 的分布式保护网络结构 必须有实时、可靠的通信系统为各种信息的交换提供平台。而以配电网的网基建立起来的 分布式发电系统由于其节点众多、考虑到经济成本等因素无法做到象高压电网的通信系统 l o 第二章基于i e c 6 1 8 5 0 的分布式发电保护多代理系统r m a s 6 1 8 5 0 的体系结构 那样信道独享，因此，通信策略的完备性和高效性就成为了保护策略的关键部分。在 i e c 6 1 8 5 0 标准当中，就不同的报文会有不同的通信映射来实现这些通信策略。 2 3 多代理系统- m a s 应用于分布式发电下的保护 2 3 1 代理( a g e n t ) 的概念与特性 上个世纪9 0 年代，代理( a g e n t ) 成为人工智能领域的一个研究热点。代理( a g e n t ) 既可以作 为人工智能领域的一个智能实体概念，也可以作为软件工程( s o f t w a r ee n g i n e