SV和GOOSE报文格式
新一代智能变电站SV直采和GOOSE共口传输方案研究
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。
智能变电站基础知识(GOOSE、SV介绍)
智能变电站与常规站的区别
智能变电站常用名词解释
与常规站区别
工作站1 GPS 工作站2 远动站
工作站1 GPS
工作站2
远动站
站控层
IEC60870 IEC61850 -5-103
MMS
RCS 保护
RCS 测控
其他 IED
间隔层
PCS 保护
PCS 测控
其他 IED
GOOSE
电缆
传统开关
CT/PT
光缆
MU 智能单元
虚端子图示
GOOSE输入虚端子
GOOSE输出虚端子
SV输入虚端子
客户端介绍
客户端
请求服务器提供服务，或接受服务 器主动传输数据的实体，如监控系统等。
客服端工具：
IED Scout : 装置模型查看工具 RCS View 等等
谢谢
过程层
ECVT
传统互感器
传统开关
电子式互感器
智能化开关
传统变电站结构图
智能变电站结构图
工作站1 GPS
工作站2
远动站
工作站1 GPS
工作站2
远动站
站控层
IEC60870 IEC61850 -5-103
MMS
RCS 保护
RCS 测控
其他 IED
间隔层
PCS 保护
PCS 测控
其他 IED
GOOSE
电缆
智能变电站网络结构
• 三层两网 • 逻辑结构与物理结构 • 站控层与过程层网络独立
工作站1 GPS 工作站2 远动站
GPS
• 信息分类： 站控层/间隔层MMS、GOOSE;过程 层SV（目前220KV及以上等级采用常 规接线模拟量电流电压）、GOOSE;
学会看GOOSE、SV报文
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及SV报文疑问
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
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报文分析
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。
goose报文结构
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——完结篇
GOOSE报文——完结篇话说上期大黄蜂学习GOOSE报文到一半就戛然而止了，今天他又抱着小板凳找了个阳光明媚的地方，继续研究上期没有学完的报文···例GOOSE报文举例之后的字节排序如下图所示：180 1A 50 52 53 2D 37 33 39 35 52 50 49 54 2F 4C 4C 4E 30 24 47 4F 24 67 6F 63 62 31GOOSE Control ReFerence字符串=PRS-7395RPIT/LLN0$GO$gocb1。
代表这个包的控制块的名字。
281 04 00 00 27 10Time Allowed to Live(报文存活时间，单位ms) =10000ms。
00 00 27 10转成10进制为10000，即10s。
GOOSE接收方的中断时间一般定为大于2* timeAllowedtoLive 即报GOOSE中断告警。
由于GOOSE报文的重要性，即使外部状态不再变换，也应重发。
此参数提示订阅者等待下一报文到来的最长时间。
当等待时间大于timeAllowedtoLive值仍未收到有效报文时，订阅者认为通信联系失去，采用预先定义的默认值取代。
我们就可以理解为持机等待时间。
382 1A 50 52 53 2D 37 33 39 35 52 50 49 54 2F 4C4C 4E 30 24 64 73 47 4F 4F 53 45 31DataSet字符串=PRS-7395RPIT/LLN0$dsGOOSE1。
是指这个包所在的数据集。
483 1A 54 45 4D 50 4C 41 54 45 52 50 49 54 2F 4C 4C 4E 30 24 47 4F 24 67 6F 63 62 31GOID字符串=TEMPLATERPIT/LLN0$GO$gocb1。
584 08 00 00 0A 2B AF 4B 15 00t，StNum加1时的时间=1970-01-01 08:43:23.684739 Tq: 00，GOOSE报文产生时的时标。
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1.1SV 的帧格式见下表：
27
26
25
24
23
22
21
20
Header MAC
MAC 目的地址（6 字节） =0x010CCD040000~0x010CCD0401FF MAC 源地址（6 字节）
Priቤተ መጻሕፍቲ ባይዱrity
TPID（2 字节标记）=0x8100
tagged
TCI（2 字节）=0x8000
填充
（若干字节）
MAC 计算检验
CRC（4 字节）
1.2SV 的 APDU 报文格式见下表
说明
报文内容
说明 APDU 数据 T-L ASDU 数目 ASDU 数据 T-L ASDU(1)T-L SVID 字符串
DatSet 字符串，可选
样本计数器，INT16U 配置版本号，INT32U
报文内容 标记=60H 长度 标记=80H 长度=01 ASDU 数目 标记=A2H 长度 标记=30H 长度 标记=80H 长度≤34 SVID 字符串 标记=81H 长度≤19 DatSet 字符串 标记=82H 长度=2 SmpCnt 标记=83H 长度=4
说明
刷新时间，可选
同步标志 smpSynch，BOOLEAN
采样率，INT16U，可选 采样值 T-L 通道 1 通道 2 通道 n ……ASDU(n)
1.3SV 数据的 q 属性见下表
报文内容 confRev 标记=84H 长度=6 RefrTm 标记=85H 长度=1 Sync 标记=86H 长度=2 SmpRate 标记=87H 长度 数据（4 字节） q（4 字节） 数据（4 字节） q（4 字节） 数据（4 字节） q（4 字节） ……
Ethertype
Ethertype（2 字节）=0x88BA
APPID（2 字节）=0x4000~0x7FFF
Header
Length（2 字节）=8+m Reserved1（2 字节）=0x0000
Reserved2（2 字节）=0x0000
APDU（m 字节<1493）
MAC
(Padbytesifnecessary)
APDU（m 字节<1493）
MAC
(Padbytesifnecessary)
填充
（若干字节）
MAC 计算检验
CRC（4 字节）
2.2GOOSE 的 APDU 格式见下表
说明
报文内容
APDU 数据 T-L
标记=61H 长度
标记=80H
GoCBRef 字符串
长度≤65
GOOSE 控制块索引（gocbRef）
补充说明：
a）鉴于目前国内厂家的 MU 发出的 svID、DataSet 等字符串都不是以 NUL
L 结尾的，因此建议字符串不带结束符 NULL；
b） 推荐的额定固有延时配置在数据集的第一个通道，其单位为微秒。
GOOSE 报文格式
2.1GOOSE 报文帧格式见下表
27
26
25
24
23
22
21
20
Header
标记=81H
允许生存时间，INT32U，ms
长度≤5
t
标记=82H
DatSet 名字符串
长度≤65
DatSet 名字符串
标记=83H
GoID 字符串
长度≤65
GOOSE 标识（goID）
标记=84H
StNum 加 1 时的时间，8 字节 UTC 时间
长度=8
t
标记=85H 变化序号，INT32U，每次报文中的数据有变
RPIT/XCBR1.Pos.t (数据 3)
标记=91H 长度=8 t
标记=85H
GOOSE 整型 (数据 4)
长度=4
INT32（4 字节）
GOOSE 浮点 (数据 5)
标记=87H
长度=5
08H FLOAT32（4 字节）
……
……
2.3GOOSE 数据的 q 属性见下表 bit.7 bit.6 bit.5 bit.4 bit.3
标记=89H
未配置好标志，BOOLEAN
长度=1
ndsCom
标记=8aH
GOOSE 数据的 ASN.1 编码单元个数，INT32U 长度≤5
总个数
GOOSE 数据 T-L
标记=abH 长度
标记=83H
(数据 1)
长度=1
stVal
GOOSE 状态
RPIT/XCBR1.Pos.q (数据 2)
标记=84H 长度=2 q（2 字节）
bit.2
bit.0~1
旧数据 故障
细化品质 抖动 坏基准值 超值域 溢出
有效性 0=好，1=无效， 2=保留，3=可疑
bit.15 bit.14 bit.13 bit.12 bit.11 bit.10 bit.9 bit.8
操作员闭
测试
源
锁
细化品质
注：bit.13～bit.15 未用
不精确 不一致
长度≤5 位时，此值加 1，初始值=1，值 0 保留
StNum
标记=86H 报文（递增）顺序号，INT32U，初始值=1，
长度≤5 StNum 变化时此值复归到 0
SqNum
标记=87H
测试标志 test，BOOLEAN
长度=1
Test
标记=88H
配置版本号（配置次数），INT32U
长度≤5
confRev
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2
bit0~1
细化品质
有效性
旧数据 故障
抖动 坏基准值 超值域 溢出
0=好，1=无效， 2=保留，3=可疑
bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9
bit8
操作员闭
测试
源
锁
细化品质
不精确 不一致
注：bit13～bit31 未用。
MAC 目的地址（6 字节）
MAC
=0x010CCD010000~0x010CCD0101FF
MAC 源地址（6 字节）
Priority
TPID（2 字节标记）=0x8100
tagged
TCI（2 字节）=0x4000
Ethertype Header
Ethertype（2 字节）=0x88B8 APPID（2 字节）=0x0000~0x3FFF Length（2 字节）=8+m Reserved1（2 字节）=0x0000 Reserved2（2 字节）=0x0000