智能變電站中的虛端子設計方法研究

(安徽省電力設計院,安徽 合肥 230601)

1 前言

常規(guī)變電站設計中二次設備間的連接主要通過電纜與端子排來實現(xiàn)，接線接單、直觀，調試時易操作。而智能變電站中全站所有裝置的信息均為數(shù)字信息，保護及測控裝置間均采用光纜通過IEC61850規(guī)約連接，網(wǎng)絡中的虛擬數(shù)字信息取代了常規(guī)的物理電氣信號，光纜連接無法描述實際裝置接的功能性關系，因此在智能變電站的設計中引入了“虛端子”的設計方式。

2 智能變電站虛端子設計現(xiàn)狀

2.1 裝置的模型文件

智能變電站信息包括GOOSE、SV信息，其中GOOSE心包括開關位置信息、跳合閘、裝置的故障信息等，SV信息包括電流、電壓等采樣值。變電站遵循IEC61850標準配置語言SCL(Substation Configuration Languae)實現(xiàn)各裝置的數(shù)據(jù)對象模型。

主要包括四種類型：

SSD：系統(tǒng)描述文件。描述了一次系統(tǒng)結構和拓撲關系。

ICD：IED設備能力描述文件。描述了IED的性能，一般作為IED的模板文件。

SCD：系統(tǒng)配置文件。包括變電站一次系統(tǒng)結構、拓撲聯(lián)系；所有IED設備的實例化配置信息；通信配置信息。

CID：IED的實例化配置文件。

2.2 虛端子設計方法

現(xiàn)階段由于設計單位不具備智能變電站模型文件的建立、解析及生成能力，主要依靠二次設備廠家將裝置的ICD文件轉化成簡單的EXCEL表格后，根據(jù)相應工程配置虛端子，主要由以下兩種方式：

(1)表格法

設計單位建立虛端子表格，將各裝置的屬性及虛端子號導入表格并建立相應的映射關系，調試時再將相應的映射關系導入裝置的模型文件并重新生成ICD文件，完成裝置的虛端子設計工作。

圖1 變電站對象模型

圖2 虛端子設計表格示例

(2)繪圖法

與常規(guī)變電站類似，采用繪圖的方式表示裝置間的端子映射關系，區(qū)別在于以虛端子號代替常規(guī)變電站中的端子排，調試時同樣需要重新生成ICD文件。

3 存在的問題

上述兩種設計方式一定程度解決了智能變電站中的裝置間功能連接的配置需求，但仍存在以下問題：

(1)設計方法簡單、機械，絕大多數(shù)依舊依賴人工完成，而虛端子量較大，出現(xiàn)差錯概率極高。

(2)設計單位無法直接提供可直接用于施工的圖紙，調試時仍需進行二次配置，工作效率低下。

(3)同一個裝置虛端子的設計需要保護、自動化等專業(yè)的共同配合才能完成，專業(yè)間接口較多，后期修改工作量較大。

(4)設計單位無法掌控實際調試內容，由于最終生成均為SCD模型文件，后期工程擴建時仍需重新導出，增加了不必要的工作量。

(5)裝置間的內在邏輯聯(lián)系無法在設計流程中體現(xiàn)，智能變電站“數(shù)字平臺、信息共享”的優(yōu)越性在設計環(huán)節(jié)未能得到充分利用，提供給客戶的設計成品也無法最大可能的提供豐富的數(shù)字信息。

基于以上應用現(xiàn)狀，迫切需要改變現(xiàn)有的智能變電站虛端子設計模式，應開發(fā)一套可視化的虛端子設計工具，實現(xiàn)從設計到工程配置、從IED配置到系統(tǒng)配置的一體化集成。

圖3 虛端子設計接線圖示例

4 可視化的虛端子設計方法

4.1 功能要求

針對上述問題，提出采用可視化的配置工具實現(xiàn)虛端子的設計，主要功能有：

(1)基于IEC61850標準定義的對象模型，通過在一次系統(tǒng)圖配置功能的方式，實現(xiàn)與二次設備的關聯(lián)關系。通過可視化配置工具生成的SVG標準圖形文件可以實現(xiàn)與CAD工具的互操作。

(2)基于一次系統(tǒng)圖及廠家提供的ICD模型文件，通過軟件實現(xiàn)各二次設備之間GOOSE和SV信號聯(lián)線，并生成SCD文件、CID文件及CAD圖形文件。

(3)配置工具應具備IED設備模型合法性效驗、裝置CID文件與SCD文件一致性檢查等模型校驗功能。

4.2 設計流程

(1)由設備廠商提供ICD模型文件及常規(guī)設計圖紙給設計單位。

(2)設計單位利用可視化配置工具完成虛端子設計，分別生成SCD/SSD文件、CID文件及CAD圖紙。

(3)其中SCD/SSD文件提供給集成商及運行單位，由集成商完成全站配置。

(4)CID文件返回給設備廠商，由設備廠商完成裝置配置。

(5)包含全站網(wǎng)絡及設備安裝接線圖的CAD圖紙?zhí)峁┙o安裝施工單位，進行全站施工及調試。

圖4 虛端子設計流程圖

目前安徽新建變電站絕大部分均為智能變電站，在采用可視化的虛端子配置工具后，有效的提高了設計效率。

5 結語

通過可視化的虛端子設計方法，將設計人員從繁瑣的手工配線工作中解放出來，從而大大提高了生產效率，簡化現(xiàn)場工作量，減少差錯，方便運行維護；并強化了設計單位在智能變電站建設工作中的職能，有利于智能變電站的改建、擴建，提高了智能變電站的建設質量。

[1] 高亞棟，朱炳銓，李慧，等.數(shù)字化變電站的“虛端子”設計方法應用研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39(5).

[2] 修黎明，高湛軍，黃德斌，等.智能變電站二次系統(tǒng)設計方法研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2012，40(22).