Giới thiệu
Ví dụ này tập trung vào cấu hình tính năng bản tin GOOSE của một hợp bộ thí nghiệm CMC. Chi tiết về thí nghiệm chức năng bảo vệ không được đề cập. Nhờ vào sự tích hợp thơng minh của các chức năng, phương thức thiết lập cho thí nghiệm bảo vệ khơng bị ảnh hưởng bởi cơ chế tín hiệu mới.
Giải thích chi tiết về cấu trúc bên trong của mơ hình rơ le tuân theo IEC 61850 và các dịch vụ liên quan cũng không được đề cập trong tài liệu này. Sau cùng, cần đảm bảo rằng người thí nghiệm nắm rõ các kiến thức cơ bản về IEC 61850.
Các điều khoản: IEC 61850, GSE, and GOOSE
Tiêu chuẩn IEC 61850, tiêu chuẩn quốc tế về mạng và hệ thống truyền thông trong các trạm biến áp (phiên bản thứ 2 đã mở rộng thành: mạng và hệ thống truyền thơng dành cho tự động hóa trong lĩnh vực điện lực), định nghĩa (theo rất nhiều các mục nhỏ khác) các cơ chế cho gửi bản tin thời gian thực qua mạng Ethernet. Các điều khoản để thực hiện là GSE (Các sự kiện chung trong trạm -Generic Substation Event). Có 2 dạng cụ thể của GSE là GSSE (Các sự kiện trạng thái chung trong trạm - Generic Substation State Event) và GOOSE (Các sự kiện trạng thái chung hướng đối tượngGeneric Object Oriented State Event).
Bản tin GOOSE có nội dung cấu hình được (gói dữ liệu GOOSE Dataset) và có thể chứa đựng mọi dạng dữ liệu tương thích được định nghĩa trong IEC 61850 miễn là nó đóng gói vào một gói Ethernet đơn.
Module cấu hình GOOSE Configuration giúp cho việc này dễ dàng nhất có thể cho người sử dụng, và cung cấp cấu hình tự động khi thí nghiệm và chứng minh tính đúng đắn (bằng tài liệu) của các cài đặt đã thực hiện.
Hợp bộ thí nghiệm
Để thí nghiệm với tín hiệu trạng thái nhị phân qua bản tin GOOSE, cần sử dụng một trong các loại hợp bộ CMC 256-6 (trang bị cổng NET-1x), CMC 256plus, CMC 353, CMC 356 hoặc CMC 850.
Hãy nhớ rằng trong tài liệu này, loại thiết bị đặc thù này được gọi đơn giản là “Hợp bộ thí nghiệm” (Test Set). Nó cung cấp các tính năng sau:
- Chụp lại bản tin GOOSE từ mạng truyền thông và phản ứng trên các thông tin trạng thái đặctrưng trong các bản tin.
- Mô phỏng IED bằng cách gửi bản tin GOOSE.
- Cấu hình module phần mềm, được sử dụng để thiết lập việc nhận bản tin GOOSE và thiếtlập mô phỏng IED để gửi bản tin GOOSE. Module này có thể nhúng trong file OMICRON Control Center để cấu hình lại hợp bộ thí nghiệm trong khi
Trang 163 / 187
thí nghiệm rơ le đa chức năng.
OMICRON đã tích hợp các đặc trưng của GOOSE vào hợp bộ thí nghiệm theo cách mà thông tin trạng thái trong các bản tin trên mạng được liên kết (mapped) tới đầu vào và đầu ra nhị phận của hợp bộ thí nghiệm. Cùng với 10 BI và 8 BO, vốn được sử dụng bởi hầu hết các module thí nghiệm của Test Universe, có thể dùng để liên kết GOOSE. Việc liên kết (mapping) được thực hiện qua module GOOSE Configuration và được giữ nằm ngoài hồn tồn các module thí nghiệm khác. Các module thí nghiệm thậm chí khơng biết nếu BI được kích hoạt bởi tiếp điểm cứng (nối dây bên ngoài) hay trạng thái bit trong bản tin GOOSE. Cùng cách đó, module thí nghiệm khơng biết nếu cài đặt một đầu ra nhị phân BO sẽ gây ra chỉ thị trạng thái trong các bản tin của một IED được mô phỏng.
Theo cách này, tất cả các module thí nghiệm của Test Universe sẽ ngay lập tức khả dụng để thí nghiệm các IED tuân theo IEC 61850. Cách thức sử dụng các chức năng thí nghiệm bảo vệ của phần mềm Test Universe được giữ khơng đổi và do đó khơng cần mơ tả sâu hơn trong ví dụ này.
Về giao thức Internet Protocol (IP)
Giao thức IP không được sử dụng cho gửi/ nhận bản tin thời gian thực qua GOOSE. Tuy nhiên nó được sử dụng để điều khiển hợp bộ thí nghiệm từ PC. Các cài đặt liên quan
được thực hiện trong tiện ích Association and Configuration có thể truy cập từ
OMICRON Start Page.
Giao thức IP cũng có thể sử dụng cho cài đặt chỉnh định rơ le. Trong trường hợp này, chương trình cài đặt chỉnh định rơ le có thể truy cập qua Ethernet sử dụng IP.
Hầu hết rơ le sử dụng một giao diện nối tiếp để đặt một địa chỉ IP. Các thiết bị chỉ làm việc với địa chỉ IP tĩnh. Cài đặt IP của rơ le phải luôn luôn thủ công để phù hợp với cấu hình mạng mà rơ le được nối tới.
Trang 164 / 187
Thí nghiệm rơ le bảo vệ với Subscribed GOOSEs
Tín hiệu general trip và start được đọc về (Subscribed) và sử dụng để thí nghiệm chức năng bảo vệ. Luồng tín hiệu khơng được thể hiện trong hình dưới đây.
Hình 1: Liên kết GOOSE (mapping) trong rơ le và hợp bộ thí nghiệm
IED chứa đựng (trong số các logical device khác) một logical device “PROT”, được sử dụng như một ngăn chứa tất cả chức năng bảo vệ con liên quan khác (nút logic - logical nodes). Một trong các logical node này “PTRC1” thuộc loại “PTRC” ( bảo vệ cắt có điều kiện - Protection Trip Conditioning), vốn chứa thông tin general trip và start. Các dữ liệu này được liên kết (mapped) trong rơ le vào gói dữ liệu (dataset) và được gửi đi với published các bản tin GOOSE.
Hợp bộ thí nghiệm sẽ đọc (subsribes) các bản tin GOOSE này và liên kết (map) các phần dữ liệu từ gói dữ liệu (dataset) nhận được tới đầu vào BI của hợp bộ thí nghiệm. Điều này được thực hiện bởi module GOOSE Configuration. Tất cả các xử lý về sau của các module phần mềm thí nghiệm bảo vệ trong Test Universe sẽ tham chiếu đến các BI được liên kết (mapped) này.
Trang 165 / 187
Cách thức cấu hình một GOOSE Configuration
Hình 2: Quy trình cấu hình hợp bộ thí nghiệm
Hình 2 chỉ ra quy trình với 4 phương thức cơ bản để cấu hình hợp bộ thí nghiệm: - Sử dụng SCL file từ quá trình cấu hình (cấu hình hệ thống system configurator) - Sử dụng SCL file tạo ra từ mô tả bản thân IED
- Quét bản tin GOOSE trực truyến (Online GOOSE sniffing) - Cấu hình thủ cơng từ subscription
Bốn phương thức được mô tả chi tiết dưới đây: (1) Sử dụng SCL File từ quá trình cấu hình
Phương pháp này cần đảm bảo có một file SCL. Điển hình là một file SCL được tạo ra từ cơng cụ cấu hình hệ thống (System Configuration Tool) từ q trình cấu hình. Một cách khác để có được một file SCL được giải thích dưới đây (xem phương pháp (2)). (1a) Nhập (Importing) SCL File
Khởi động module GOOSE Configuration và import SCL-file bằng cách chọn
File/ Import Configuration. SCL-file sẽ được phân tích cấu trúc và các định nghĩa được chứa đựng trong GOOSE được thể hiện trong hộp thoại tiếp theo. Bản tin
Trang 166 / 187
GOOSE có thể lựa chọn riêng rẽ cho đọc (subscription), mô phỏng (simulation) hoặc cả hai.
Hình 3: Importing SCL
Bằng cách này, tất cả các cấu hình GOOSE từ SCL-file sẽ được đưa vào module
GOOSE Configuration mà không phải đánh máy.
(1b) Liên kết (Mapping) thuộc tính dữ liệu (Data Attributes)
Sau khi SCL file đã được nhập, các bản tin GOOSE cần được liên kết (mapped) tới đầu vào nhị phân BI của hợp bộ thí nghiệm. Do đó, lựa chọn đầu vào BI cần được liên kết và di chuyển một mục dữ liệu từ GOOSE nhận được bằng cách kéo - thả tới đầu vào này. Lặp lại cho tới khi tất cả các liên kết đều được thiết lập.
Trang 167 / 187
Hợp bộ thí nghiệm có 10 BI vật lý và tới 360 đầu vào ảo để liên kết. Dữ liệu được liên kết có thể đến từ 128 subscribed GOOSEs.
(1c) Ghép (Applying) cấu hình vào hợp bộ thí nghiệm
Bằng cách nhấn nút ►Apply Configuration, cấu hình GOOSE được truyền vào hợp bộ. Thanh trạng thái hiển thị quá trình xử lý cấu hình. “Test State” hiển thị nếu cấu hình mới có thể ghép thành cơng.
(2) Tạo ra một SCL File
Phương pháp này hữu ích nếu khơng có sẵn SCL file từ q trình cấu hình.
Để tạo ra một SCL file của IED, sử dụng công cụ phần mềm OMICRON IEDScout. Đầu tiên, IED được thí nghiệm cần phải được định nghĩa trong IEDScout, thực hiện
bằng cách tạo ra một server mới trong phần cấu hình. Trong phần lớn trường hợp, địa chỉ IP là đủ để định nghĩa server.
Trang 168 / 187
Bước tiếp theo là nhìn vào bên trong IED bằng cách lựa chọn chức năng “Discover” trong cửa sổ chính của IEDScout và nối với server (Thông tin chi tiết hơn về truy cập
IED và lưu file SCL có thể tham khảo trong file ví dụ IEDScout).
Hình 6: Nhìn vào (Discovering) rơ le bảo vệ (server)
Bây giờ, IEDScout đọc các mô tả bên trong của IED được kết nối. Dữ liệu này có thể được lưu lại với định dạng SCL bằng cách lựa chọn File “Save SCL…”
Hình 7: Lưu lại một SCL file
SCL file có được bằng cách này, sau đó có thể sử dụng như mơ tả trong phần (1)
(3) Quét bản tin GOOSE trực truyến (Online GOOSE sniffing)
Phương pháp này cung cấp thông tin cho module GOOSE Configuration mà không sử dụng đến SLC file. Vẫn cần sử dụng đến phần mềm IEDScout.
Đầu tiên mở giao diện IEDScout và GOOSE Configuration module.
Trang 169 / 187
Các bản tin GOOSE ghi nhận được trong quá trình quét bởi IEDSCout có thể được chuyển vào GOOSE Configuration module bằng thao tác Kéo-Thả (Drag & Drop) hoặc sao chép (Copy & Paste).
Hình 8: Sao chép thơng tin GOOSE vào GOOSE Configuration module.
Khi truyền thông tin GOOSE từ IEDScout, chỉ có thơng tin loại dữ liệu được chuyển vào GOOSE Configuration module. Các thông tin về ý nghĩa (ngữ nghĩa) hiện thời của
dữ liệu (Start, Trip…) không được cung cấp khi sử dụng phương pháp này. Để lấy các thông tin này, xem phần “Determining the GOOSE Details” đề cập ở phần sau. Cấu hình của hợp bộ thí nghiệm có thể tiếp tục với “(1b) Liên kết thuộc tính dữ liệu”.
Trang 170 / 187
(4) Cấu hình thủ cơng từ Subscription
Đây là phương pháp cơ bản nhất. Trong GOOSE Configuration module, thêm vào (Add) một khối GOOSE và nhập thủ công các thông số (GOOSE control block reference, GOOSE ID, Application ID, Multicast MAC address). Đặt cờ mơ phỏng (Simulation Flag) theo mục đích sử dụng, nếu cần.
Hình 9: Chỉ rõ các thơng số GOOSE để subscription
Tất cả các mục phải đặt chính xác, mọi nhầm lẫn do đánh máy sẽ dẫn đến subscription khơng chính xác.
Khi liên kết (mapping), cần có gói dữ liệu với các thuộc tính. Để liên kết chính xác các mục dữ liệu với đầu vào nhị phân BI, nội dung của gói dữ liệu GOOSE cần được chỉ rõ. Điều này thực hiện bằng cách thêm các thuộc tính (attributes) vào gói dữ liệu (dataset).
Mở rộng GOOSE, chọn “Dataset” và nhấn nút “Adds a Data Attribute” +DA
Bằng việc thêm vào các thuộc tính, gói dữ liệu (dataset) được gắn các thơng tin. Cấu trúc của gói dữ liệu (dataset) phải chính xác tương tự như gửi đi từ rơ le (xem Hình 10). Ngay cả các mục vốn không chủ ý để liên kết (mapped) cũng cần được chỉ rõ, vì
Trang 171 / 187
hợp bộ thí nghiệm cần các nhãn này để tìm ra vị trí chính xác của các giá trị khác. Tên thuộc tính được mơ tả hồn tồn và không cần phù hợp với đối tượng tham chiếu của thuộc tính chính xác để subscription hợp lệ.
Để dễ dàng cấu hình xâu bit (bit strings) cho đặc tính dữ liệu, độ dài mặc định của kiểu BitString là 13.
Hình 10: Định rõ gói dữ liệu
Kiểu Bit kép (DoubleBit)
Kiểu Bit kép (DoubleBit) là một dạng đặc biệt của xâu Bit (BitString) [2].
Kiểu BitString [2] được sử dụng điển hình cho trạng thái chỉ thị hoặc trạng thái đóng cắt… Trong khi các bit của BitString phải được liên kết (mapped) và xử lý riêng rẽ, Bit kép (DoubleBit) cung cấp một cách xử lý đơn giản dữ liệu trong phần lớn trường hợp, vì nó có thể được liên kết (mapped) tới một đầu vào/ ra nhị phân (BI/BO) một cách tổng thể.
Do BitString [2] có thể chứa đựng nhiều thơng tin hơn (4) so với một BI/BO có thể thể hiện, một liên kết đặc biệt được thực hiện.
Đầu vào nhị phân (BI):
Một giá trị DoubleBit [01] sẽ đặt BI ở trạng thái khơng kích hoạt Một giá trị DoubleBit [10] sẽ đặt BI ở trạng thái kích hoạt
Các giá trị DoubleBit [00] và [11] không thay đổi trạng thái của BI Đầu ra nhị phân (BO):
Một đầu ra khơng được kích hoạt đặt DoubleBit tới giá trị [ 01] Một đầu ra kích hoạt đặt DoubleBit tới giá trị [10]
Trang 172 / 187
Các giá trị DoubleBit [00] và [11] không được sử dụng.
GOOSE Configuration module sử dụng DoubleBit một cách mặc định khi BitString [2] được tìm thấy trong gói dữ liệu (dataset). Nếu các bit được truy cập riêng rẽ (ví dụ: tạo một liên kết thẳng tới tiếp điểm trạng thái máy cắt 52A/52B), DoubleBit có thể được thay thế bằng một BitString [2] (xóa một DoubleBit và tạo ra một BitString ở cùng vị trí).
Integer và Unsigned Data Attributes
Giá trị chứa trong Integer và Unsigned DA (Data Attributes) được so sánh với gói giá trị trong đặc tính “Value” của liên kết.
Đầu vào nhị phân (BI):
Nếu giá trị phù hợp, BI sẽ được kích hoạt
Nếu giá trị khơng phù hợp, BI sẽ khơng được kích hoạt Đầu ra nhị phân (BO):
Khi BO được kích hoạt, gói “Value” (giá trị) được truyền trong DA
Khi BO khơng được kích hoạt, “Complemented Value” được truyền trong DA “Complemented Value” được tính tốn bởi đảo bit phức hợp giá trị 32 bit
Cấu hình hợp bộ thí nghiệm có thể tiếp tục với '(1b) Mapping the Data Attributes'.
Xác định chi tiết bản tin GOOSE (Determining the GOOSE Details)
Để cài đặt subscriptions (đọc bản tin về), số lượng các thông số GOOSE và cấu trúc chính xác của gói dữ liệu cần phải biết rõ. Khi sử dụng SCL file, tất các thông tin đều đã được cung cấp sẵn.
Khi sử dụng quét (sniffing) bản tin GOOSE hoặc cấu hình thủ cơng, một vài chi tiết cần phải tìm riêng rẽ.
Để tìm các chi tiết này, nhiều tùy chọn khác nhau được chỉ ra dưới đây.
Tùy chọn đầu tiên được thể hiện là bản chụp dữ liệu trực tuyến (online) từ thông tin GOOSE hiện tại gửi ra từ rơ le đã được cấu hình.
Một cách là sử dụng OMICRON IEDScout, để chỉ ra trạng thái hiện tại của một bản tin
GOOSE nhận được. Các thông số GOOSE liên quan và nội dung hiện tại của gói dữ liệu (dataset) được giám sát, như được chỉ ra trong hình chụp màn hình dưới đây:
Trang 173 / 187
Hình 10: Hiển thị bản tin GOOSE được giám sát
Trường “Data” thể hiện các nội dung của gói dữ liệu (dataset). Ngạc nhiên là, chất lượng thông tin (bit strings [0000000000000]) đến trước các giá trị liên quan đến trạng thái (booleans). Hiển nhiên là thứ tự lần kèm theo khơng được chứa trong các gói dữ liệu (dataset).
Với giá trị lỗi xác nhận với rơ le và quan sát các kết quả thay đổi của giá trị trạng thái, có thể xác định rằng giá trị trạng thái đầu tiên là thông tin cắt (trip) và thứ hai là thông tin khởi động (start).
Các thông tin cần thiết khác cho đọc về (subscription), có thể lấy được từ hiển thị giám sát là:
-Tham chiếu khối điều khiển GOOSE (GOOSE control block reference - GoCBRef), -Địa chỉ multicast MAC address (DstMac)
-GOOSE ID (GoID)
-GOOSE Application ID (AppID)
-Tham chiếu gói dữ liệu (dataset reference - DatSet)
Với qt (sniffing) GOOSE đơn giản, khơng có thơng tin chi tiết hơn về các mục trong gói dữ liệu (dataset).
Một tùy chọn khác là lấy thông tin GOOSE từ mô tả của bản thân rơ le hoặc file cấu hình
Trang 174 / 187
Trong trường hợp này file mơ tả cấu hình hệ thống (System Configuration Description - SCD file) được tải, vốn được tạo ra bởi phần mềm cấu hình hệ thống IED và lựa chọn “IED_0004”.
Hình 12: Thiết bị logic (Logical Devices) và nút logic (Logical Nodes) của rơ le
Khi sử dụng mô tả bản thân bằng chức năng « Discover », màn hình sẽ trơng tương tự, chỉ có đường dẫn đến filename được thay bằng tên rơ le được cấu hình (server). Các khối điều khiển GOOSE liên quan chứa thông tin yêu cầu nằm trong nút logic 0 (logical node zero - LLN0) của thiết bị logic (logical device) cho chức năng bảo vệ « PROT ».
Trang 175 / 187
Đối tượng tham chiếu (object reference) của khối điều khiển GOOSE (control block), được u cầu cho cấu hình trong GOOSE module, có thể dễ dàng suy ra bằng cách ghép nốitênđốitượng(objectnames).Trongtrườnghợpnày,suyra:
"IED_0004PROT/LLN0$GO$Control_DataSet1".
Chi tiết hơn (và các chức năng bổ sung, vốn khơng được sử dụng ở đây) có thể tìm thấy
trong hộp thoại dành riêng cho các khối điều khiển GOOSE control blocks và gói dữ
liệu (datasets) như thể hiện bên dưới đây. Lưu ý rằng dấu phân cách “$” thường được nhìn thấy trong ngữ cảnh này, trong khi một dấu chấm “.” được kì vọng dành cho cú pháp của IEC 61850. Kí hiệu “$” là dấu phân cách trong các bản tin xuất hiện trên mạng, và dữ liệu được hiển thị như khi chúng được phát đi bởi giao thức.
Hình 14: Giao diện chi tiết của GOOSE control block and Dataset