GOOSE报文及在电力系统中的应用

作     者：陈国旗 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段斌

授予年度：2010年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：IEC61850 GOOSE报文 实时性 在线闭锁 预约闭锁 接地故障保护 安全GOOSE报文 

摘      要：随着电力系统的发展,变电站各电气设备将实现智能化、数字化、网络化的以太网无缝通信,变电站保护、控制等诸多信息传递时延要求较高,在系统重负载时存在实时性问题。IEC61850提出了用实时GOOSE报文进行通信,但并没有涉及在嵌入式设备中的具体实现方法,同时随着对GOOSE报文研究的深入,GOOSE报文在电力系统各领域的应用将越来越重要。另外,随着智能电网的发展,GOOSE报文的安全性问题日益凸显,在保证GOOSE报文实时性的同时,保证GOOSE报文的安全性也是一个实现难题。针对以上问题,本文在以下几个方面做了相关的研究工作: （1）在通过分析IEC61850相关技术和GOOSE报文实时技术的基础上,对CS8900网卡驱动程序进行重写,在嵌入式系统中实现了GOOSE报文的发送接收。 （2）风电系统的保护有一些独特的需求,电网和风电机组产生的故障必须加以考虑。其中接地故障使相电压升高到线电压和产生瞬间过压,能够降低绝缘并对设备造成损害。本文主要讨论用先进的IEC61850 GOOSE报文解决馈线接地故障保护问题,从分析一种实际的风电场和风电机组保护模型以及接地保护启动功能出发,介绍了接地故障中风电IED信息通信模型和各IED之间的交互模型,并用PSCAD软件对风电接地故障进行了仿真。重点设计了保护方案中的通信模块的实现,最后通过对GOOSE报文保护方案进行性能分析,可证明用信息化手段能很好地解决接地故障,避免风电机组受到损害。 （3）深入研究了GOOSE报文在数字化变电站在线闭锁及闭锁预约中的应用。分析了闭锁规则的自动导出到闭锁功能实现的整个过程,设计了由三个核心数据库构成的闭锁实现模型,提出了预约闭锁实现方法,对GOOSE报文闭锁信息数据交互、协作过程进行了详细分析。给出了传输GOOSE报文所需的虚拟局域网和组播地址的配置方法,通过闭锁通信模拟实验,说明了该方法的可行性。 （4）针对GOOSE报文安全性问题,设计了安全GOOSE报文,包括安全GOOSE报文帧结构设计、ASN.1编码、SCL配置以及安全认证过程设计。并对安全认证进行了实验仿真,实验结果表明本文提出的安全认证方法既满足了CSCTG对变电站内部控制系统安全需求,其安全技术又完全符合IEC62351标准,对解决现行数字化变电站GOOSE报文安全性问题有借鉴价值。