智能化变电站（系统部分）(3)

Goose 对应写 88-B8 以太网类型（Ethertype） APPID 长度（Length） 唯一标识，面向数据源的标识 保留1 （reserved1） 保留2 （reserved2） 数据区。实际的数据放在这个区 ASDU 可选填充字节 帧校验序列（Frame check CRC值，由发送方生成 sequence） GOOSE报文在链路层传输是基于ISO/IEC 8802-3的以太网帧结构。

ASDU结构定义 报文内容 说 明 gocbRef 有效时间 DatSet goID StNum加1时的时间 StNum SqNum 报文生存时间。为接收端判断网络提供时间判据，当生存时间内收不到报文时，将确定为网络故障 数据集名 Gocb控制块中的appID， GOOSE数据发生突变的时间，精确到毫秒 每次报文中的数据有变化时，此值加1 报文（递增）顺序号，StNum变化时此值复归到0，累加到最大值时，sqNum=1 测试标志位。TRUE 表示为测试状态 固定为false 固定为0xabH . . . test 配臵版本号 需要配臵标志 通道总个数 通道序列标记 通道1 . . . 通道N 在运行中，发生故障时，保护保护装臵会产生： “跳闸”、 “重合”、“失灵启动”、“母差动作”、“低周减载”等开出量；也会不断检测外部输入的“闭锁”、“开关位臵”等开入量的变化，以前这些开关量的输入输出基本上由继电器完成，在61850数字站中，改由GOOSE协议完成。只要将传统站中的开出与开入按设定的顺序定义，GOOSE协议ASDU中每一个通道都代表传统变电站中一个开入或开出。接收方与发送方会定义同样的GOOSE信息体，在61850中，发送方为发布方，接收方为订阅方。一个发布方可以对应多个订阅方，在通讯手段上，采用多播技术就可以实现。由发布方检测当前系统有无状态变比，一旦检测到状态有变化，会立即将ASDU中相应通道数据改变，同时将报文发出，将此信息向所有订阅方报告。如果无状态变化，装臵将按T0间隔时间发送报文，维持链路，装臵之间

一般会利用GOOSE的这种发送机制来检测相互之间的通讯是否畅通。

当发生任何状态变化时，装臵将立即将变化主动发出,响应时间要求在3ms以内。在第一次报告后，间隔t1时间再重复发送一次，再间隔t1时间发送一次，接下来分别间隔t2/t3时间重发。所以按GOOSE的发送机制，一次状态变化会有重复发送五次，见下图。GOOSE协议正是通过采用连续多次传送的方式实现可靠传输，确保接收方能收到变化信息。

前面我们所讲的都是开关量的传输，基于GOOSE的应用还不限于此，在GOOSE中可以包含状态量例如：有载调压开关档位信息BCD码，甚至也可以包含模拟量，例如变压器的油温与线温等，这里我们不再讨论。 同步技术

我们这里说的同步，是采样的同步，即所有电流电压的每次采样必须是在同一时刻进行的，不会因采集带来相互之间的相位误差。电力系统的模拟信号一般都是三相电流与电压，传统保护装臵直接采集从CT与PT过来的模拟量，因为在同一个保护装臵内部进行采集，完全可以保证在同一时刻去采集三相电流与三相电压，不会有采样同步的问题。但数字化分层以后，保护装臵的模拟量数据来自合并单元，合并单元的数据来自采集单元。如下图所示，MU1的模拟量数据分别来自采集单元1与采集单元2，而保护装臵的模拟量数据分别来自MU1与MU2。下图仅仅用来说明同步，不代表变电站实际的采集模式。

从图可以看出，采集单元1采集电流，采集单元2采集电压，模拟数据采集分别在两个装臵里面完成。采集单元1与采集单元2每采集一次模拟量Ia、Ib、Ic与Ua、Ub、Uc，就会转成FT3数据帧发送给MU1，MU1再转成SMV数据帧发送给保护。采集模块1与采集模块2是分开的两个装臵，相互之间没有任何电气连接，无法保证两者在同一时刻去采集，那么合并单元MU1怎么处理同步的问题了？

IaIbIcUaUb保护装置采集模块1MU1FT3SMVUc采集模块2FT3PPS时钟PPS源IxIyIz采集模块3FT3MU2PPS

图中Y轴坐标为每个采样点的采样时刻，X轴为每个采样点幅值，通过在这个坐标系中描点，MU1即可以还原所有模拟量的原始采样波形，但有一个前提，就是每个采样点的采样时刻是准确的。那怎么才能知道data1与data2的采样时刻了？ 61850给出了一个方法：采用额定延时，即在报文中包含一个额定延时字段，当采集单元采集到一组数据后，它会延时t时间再发送给MU，与FT3报文中的额定延时t对应，MU收到报文时立即打上时标，然后减去报文中额定延时字段，即可以得到每个数据帧（也就是每个采样点）的实际采样时刻。

假设额定延时为t，采集模块1发出data1的时刻为T1，MU收到报文的时刻为T2，那么实际的采样时刻T0=T2-（T2-T1）-t=T1-t。但对于MU1来说，T1时间它无法获知，但T2时间它是可以知道的，通过对接收报文打时标可以获得T2时间。一般来说，MU不会等报文完全收完才去打时标，而会在确认收到报文起始信号时就会打上时标，这样我们完全可以认为T1=T2，即T2-T1≈0，则我们也可以认为采样时刻为T0=T2-t，对于data2我们也可以同样的处理。至此MU就知道了data1与data2采样时刻。这样的话，MU只要将所有收到的数据帧打上接收时标，然后减去报文中额定延时字段，即可以得到每个数据帧（也就是每个采样点）的实际采样时刻。

思考1：是不是在FT3报文中直接包含采样单元的真实采样时刻更为简单？ 这个是不行的。在FT3报文中直接包含采样单元的真实采样时刻，那么它们必须以各自的时钟为基准在报文中记录采样时刻，这样的话，系统中就有了两个基准时钟。如果采样单元1与采样单元2的时钟有偏差（几乎是肯定，就好比手表一样，一个走的快一点，一个走的慢一点），不管这个偏差多么小，只要时间足够长，两个时钟计时就会越差越远,打个比方：在某个时刻，采样单元1与采样单元2分别发出两帧相邻的报文，但采样单元1的时钟现在是9:00，但采样单元2的时钟却已经是10:00，相邻的两个报文，本来应该时间差是很小的，而报文中的采样时刻却相差了一个小时，在上图的坐标系中进行采样描点还原采样波形肯定是不行的了。这种方法，主要是引入了累计误差，短时间内可以，但时间一长，累计误差变大就不行了。

采用统一由MU1来打接收时标，然后减去报文中的额定延时t得到采样时刻就不会有这个问题，我们来分析一下。在某个时刻，MU1收到采样单元1与采样单元2分别发出两帧相邻的报文，为分析的方便，我们先假设MU1的时钟是标准时钟，没有任何误差，所以接收时标是不会有误差。但是报文中的t与实际的额定延时间会不一样，因为实际的额定延时间是由采集单元控制的，且采样单元1与采样单元2的时钟与MU1的时钟会有偏差（几乎肯定会有）。额定延时t一般在工程设臵上不会超过2ms，因为设臵的太长会导致保护响应变慢。两个为10ppm的时钟，在2ms内，就能保证最大误差不会超过20ns，这样的误差是完全可以接受的。从长时间看，接收报文的时标统一以MU1的时钟为基准打时标，上面所说那种由于两个不同时钟造成的累计偏差就不会有了；采样时刻是接收报文的时标减去额定延时，虽然每次这样得到的采样时刻误差与真实的采样时刻都有误差（在20ns以内，就是t的误差），但额定延时的误差是不会累计的，只对单次结果有影响，所以MU1以这种方式得到的实际采样时刻是可行的。前面我们也讲到过，其实实际的接收时标与真实的报文发送时刻也是有误差的，同样的道理，这种误差也不会累计，而且每次的误差也是可以接受的。

前面有一个假设，MU1的时钟是标准时钟。如果MU1不是标准时钟，也就是说MU1的时钟与标准时钟相比存在偏差（如果不与标准时钟同步，这几乎是肯定的），但这种偏差对采样单元1与采样单元2影响是相同，也就是不管运行多长时间，在任意时刻，采样单元1与采样单元2相邻发出两帧报文，这两个报文的接收时标一定是相邻的，其差值完全取决于MU1的时钟精度，误差恒定在一定范围内。

但是不管这个偏差多么小，只要时间足够长，MU1计时就会与标准时钟计时越差越远，也就是说T的计时偏差会累计。这种偏差反映在坐标系统其实就是最小刻度所代表实际时间的区别，比如：在标准时钟看来，上图中坐标系X轴1

个最小刻度等于0.99999us（即认为MU1的时钟为10ppm精度，且当前运行在最差的情况下），而MU1的时钟则认为1个最小刻度等于1us，如果我们将MU1的时间坐标系换算成标准时钟坐标，则坐标系中所有的波形按1：0.99999的比例横向压缩了。任意截取一段波形，我们可以看出，在两个不同的坐标系统中，如果以标准时钟坐标系计算结果为标准，在 MU1的时钟坐标系中，频率计算误差是0.001%，即频率误差为十万分之一，相对相位误差也为十万分之一，完全与MU1的时钟误差相同。十万分之一是可以接受的，因为保护的采样精度要求仅仅是千分之五。

再来看其它因素的影响。额定延时间误差仍然存在，实际的接收时标与真实的报文发送时刻之间也有误差，但它们都不会累计，只对单次结果有影响，且前面也分析过，这种误差几乎可以忽略，所有即使MU1不是标准时钟，这种方式不会影响采样的同步性，可以还原真实的采样波形。

综上所述，这种在FT3报文中直接包含采样单元的真实采样时刻的方法，在采集单元1与采集单元2没有时钟同步时不可取的，但如果采集单元1与采集单元2进行时钟同步，两者取同一个时钟作参考，则这种方法可行。用一个时钟源输出两路PPS（秒脉冲），采集单元1与采集单元2接收秒脉冲，根据接收到的PPS来调整自身的时钟，使其完全一致（误差在某个范围内，就可以认为是完全一致了），则此时系统中只有一个基准时钟，接下来的分析过程与上面类似，不再重复。

虽然此时MU1可以还原实际的原始采样波形（在坐标系中虚拟的），但MU1此时已有的数据系列仍然是从采样单元1与采样单元2收到的一系列打了时标且实际采样时刻不同的数据，MU1如果要发送数据到保护装臵，必须是同一采样时刻的Ia、Ib、Ic与Ua、Ub、Uc。所以MU1必须要对坐标系中虚拟的原始采样波形进行重采样，重新得到采样时刻相同的数据序列。

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