數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)在繼電保護(hù)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

篤 峻，胡紹謙，滕井玉，夏可青

（南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

智能變電站作為智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的一個(gè)重要源端，為電網(wǎng)運(yùn)行提供了各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如何保證這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性和完整性，如何維護(hù)和有效應(yīng)用這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將直接關(guān)系到電網(wǎng)能否可靠運(yùn)行，數(shù)據(jù)源端維護(hù)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然用戶一直都有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源端維護(hù)的強(qiáng)烈需求，但在傳統(tǒng)變電站的技術(shù)條件下始終未能找到很好的解決方案。目前，智能變電站廣泛采用的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為全站數(shù)據(jù)提供了完整的建模規(guī)范，統(tǒng)一定義和描述了數(shù)據(jù)的命名、屬性及行為，實(shí)現(xiàn)了全站數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模，使得數(shù)據(jù)源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)成為可能。隨著智能變電站的大規(guī)模推廣，數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展也具備了工程實(shí)用化的基礎(chǔ)和條件。

1 數(shù)據(jù)源端維護(hù)的概念

2010年，國(guó)家電網(wǎng)公司制定發(fā)布了《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》，明確要求智能變電站應(yīng)具備數(shù)據(jù)源端維護(hù)功能,即變電站在新建、擴(kuò)建和改造時(shí)，應(yīng)能夠提供模型、圖形、通信等信息供主站系統(tǒng)導(dǎo)入使用。模型、圖形、通信等信息的維護(hù)工作在變電站端（源端）完成，以減少主站端建模、繪圖、通信配置的工作量[1]。該導(dǎo)則中所說(shuō)的主站系統(tǒng)是指與智能變電站連接的上級(jí)調(diào)度、集控等電網(wǎng)監(jiān)控和管理自動(dòng)化系統(tǒng)，下文皆用主站指代。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源端維護(hù)的意義在于模型、圖形、通信統(tǒng)一在變電站端進(jìn)行配置和維護(hù)，主站端可直接導(dǎo)入并使用變電站提供的模型、圖形及通信等數(shù)據(jù)，無(wú)需重復(fù)制作，從而減少主站端數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量，實(shí)現(xiàn)主站端數(shù)據(jù)的免維護(hù)。更為重要的是，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源端維護(hù)保證了主站端數(shù)據(jù)與變電站端數(shù)據(jù)的一致性，消除因兩端數(shù)據(jù)不一致可能給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。數(shù)據(jù)源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)源端維護(hù)原理圖Fig.1 Schematic diagram of data source maintenance

需要源端維護(hù)的數(shù)據(jù)包括模型、圖形和通信3個(gè)方面，其實(shí)現(xiàn)流程概括描述如下：變電站端使用模型工具和圖形工具生成標(biāo)準(zhǔn)的模型文件和圖形文件，并通過(guò)在線或離線的方式上送主站端；主站端使用模型工具和圖形工具自動(dòng)或手動(dòng)導(dǎo)入這些文件，生成與該變電站相關(guān)的模型和圖形，為主站系統(tǒng)提供該變電站模型和圖形的支撐；另外，基于變電站端上送的數(shù)據(jù)模型，主站端通過(guò)模型工具挑選出該變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置需要轉(zhuǎn)發(fā)的測(cè)點(diǎn)，形成統(tǒng)一的通信點(diǎn)表；變電站端遠(yuǎn)動(dòng)裝置和主站端前置模塊分別導(dǎo)入該通信點(diǎn)表，并按照通信點(diǎn)表對(duì)點(diǎn)通信，有效保證了主站端與變電站端通信模型的一致性。

2 數(shù)據(jù)源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)

在模型方面，目前智能變電站普遍按照IEC61850規(guī)范進(jìn)行全站的數(shù)據(jù)建模，采用變電站配置描述（SCD）文件描述和存儲(chǔ)變電站的數(shù)據(jù)模型[2]。而主站普遍按照IEC61970規(guī)范進(jìn)行電網(wǎng)的數(shù)據(jù)建模，采用公共信息模型（CIM）文件描述和存儲(chǔ)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型。變電站端使用模型工具將SCD文件轉(zhuǎn)換為主站端可以理解和接受的CIM文件，將變電站端用變電站配置描述語(yǔ)言（SCL）描述的IEC61850模型映射到主站端的IEC61970 CIM。所產(chǎn)生的CIM文件通過(guò)IEC104規(guī)約文件傳輸服務(wù)或FTP文件傳輸協(xié)議上送至主站端。主站端使用模型工具導(dǎo)入該文件后自動(dòng)生成與該變電站相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，供主站系統(tǒng)使用，從而實(shí)現(xiàn)主站端模型的免維護(hù)。需要注意的是，實(shí)現(xiàn)模型源端維護(hù)并不要求主站系統(tǒng)也必須采用CIM，主站端的模型工具需要負(fù)責(zé)將導(dǎo)入的CIM轉(zhuǎn)換為主站系統(tǒng)使用的私有模型，從而不會(huì)影響主站系統(tǒng)的私有實(shí)現(xiàn)。

在圖形方面，目前主流的電力系統(tǒng)自動(dòng)化軟件均支持導(dǎo)入或?qū)С隹煽s放矢量圖形（SVG）文件[3]。SVG文件除了描述各種圖形對(duì)象，如圖元、樣式等，還記錄了各種模型對(duì)象，如電力設(shè)備對(duì)象、量測(cè)對(duì)象等，這些模型對(duì)象通過(guò)關(guān)鍵字ObjectID與上述CIM文件中描述數(shù)據(jù)模型的關(guān)鍵字rdf：ID建立關(guān)聯(lián)和映射（如圖2中所示的關(guān)鍵字ObjectID和rdf：ID之間的虛線連接）。因此，SVG文件必須與CIM文件配套使用，主站端只有同時(shí)導(dǎo)入變電站端上送的SVG文件和CIM文件，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的正確顯示和操作[4]。變電站端的圖形文件很多，一般僅將一次主接線圖的SVG文件通過(guò)IEC104規(guī)約文件傳輸服務(wù)或FTP文件傳輸協(xié)議上送至主站端。主站端使用圖形工具導(dǎo)入該文件后自動(dòng)生成該變電站的一次主接線圖，并解析獲得一次設(shè)備之間的電氣拓?fù)溥B接關(guān)系供主站系統(tǒng)使用，從而實(shí)現(xiàn)主站端圖形的免維護(hù)。同樣需要注意的是，實(shí)現(xiàn)圖形源端維護(hù)并不要求主站系統(tǒng)也必須采用SVG，主站端的圖形工具需要負(fù)責(zé)將導(dǎo)入的SVG轉(zhuǎn)換為主站系統(tǒng)使用的私有圖形，從而不會(huì)影響主站系統(tǒng)的私有實(shí)現(xiàn)。

在通信方面，目前變電站與主站之間普遍采用IEC101／104規(guī)約進(jìn)行通信，通信雙方通過(guò)事先約定好的一張通信點(diǎn)表將發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)一一順序?qū)?yīng)，這就要求通信雙方的通信點(diǎn)表必須保持完全一致。一旦通信點(diǎn)表出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失、順序顛倒等錯(cuò)誤，就會(huì)造成通信雙方對(duì)通信內(nèi)容理解的不一致，引起通信錯(cuò)誤。因此，雖然IEC101／104規(guī)約簡(jiǎn)單高效，但因其不能傳輸數(shù)據(jù)模型，不能自描述語(yǔ)義，只能按通信點(diǎn)表對(duì)點(diǎn)通信。如果完全依靠手工維護(hù)這張通信點(diǎn)表很容易出錯(cuò)而造成通信問(wèn)題。主站端基于變電站端上送的數(shù)據(jù)模型直接挑點(diǎn)，自動(dòng)生成通信雙方使用的通信點(diǎn)表可以避免因二次制作及手工維護(hù)通信點(diǎn)表帶來(lái)的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。變電站端的遠(yuǎn)動(dòng)裝置導(dǎo)入變電站的SCL模型和通信點(diǎn)表，建立SCL模型與通信點(diǎn)表之間的映射關(guān)系（如圖2中所示的關(guān)鍵字SCL：ref和index之間的虛線連接）。主站端的前置模塊導(dǎo)入變電站的CIM和通信點(diǎn)表，建立CIM與通信點(diǎn)表之間的映射關(guān)系（如圖2中所示的關(guān)鍵字rdf：ID和index之間的虛線連接）。這樣，通過(guò)自動(dòng)生成的統(tǒng)一的通信點(diǎn)表，在通信層面建立起變電站端SCL模型和主站端CIM之間的通信映射。數(shù)據(jù)源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)源端維護(hù)實(shí)現(xiàn)圖Fig.2 Implementation of data source maintenance

下面以浙江金華500 kV芝堰變的一個(gè)斷路器設(shè)備對(duì)象為例，詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。芝堰變集成商提供的SCD文件中的SCL模型的片段描述如下：

SCL 模型中的 Substation、VoltageLevel、Bay、ConductingEquipment元素構(gòu)成一個(gè)嵌套的層次關(guān)系，清晰地描述了一個(gè)斷路器設(shè)備對(duì)象。通過(guò)集成商提供的模型工具（如SCD配置工具）將變電站的SCL模型轉(zhuǎn)換生成用于主站端導(dǎo)入使用的CIM，所生成CIM文件中的CIM的片段描述如下：

CIM中的cim：Breaker元素同樣用于描述斷路器設(shè)備對(duì)象，嵌套包含了對(duì)象名稱（cim：Naming.name）等屬性，其關(guān)鍵字 rdf：ID=“芝堰變 ／220000／bay2208／2208”實(shí)際上是由SCL模型中各級(jí)嵌套結(jié)構(gòu) Substation／VoltageLevel／Bay／ConductingEquipment中屬性name的值拼成的，唯一標(biāo)識(shí)了2208斷路器對(duì)象。

從芝堰變監(jiān)控系統(tǒng)獲得的圖形文件采用監(jiān)控廠家的私有圖形格式，不能被主站系統(tǒng)所識(shí)別和導(dǎo)入。通過(guò)監(jiān)控廠家提供的圖形工具將該圖形文件轉(zhuǎn)換生成用于主站端導(dǎo)入使用的SVG文件。SVG文件中同樣是以“芝堰變 ／220000／bay2208／2208”作為關(guān)鍵字描述同一個(gè)2208斷路器對(duì)象，只不過(guò)關(guān)鍵字換成了ObjectID。所生成SVG文件中的圖形對(duì)象的片段描述如下：

因此，主站端導(dǎo)入變電站端生成的CIM文件和SVG文件后，可以通過(guò)CIM文件中的關(guān)鍵字rdf：ID和SVG文件中的關(guān)鍵字ObjectID自動(dòng)建立起模型對(duì)象和圖形對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，避免了二次手工關(guān)聯(lián)模型和圖形，從而實(shí)現(xiàn)了主站端模型和圖形的免維護(hù)。

在上述SCL模型中，描述2208斷路器對(duì)象的ConductingEquipment元素中同時(shí)還嵌套包含了一個(gè)對(duì)LNode元素（邏輯節(jié)點(diǎn)）的引用，描述如下：

SCL模型以邏輯節(jié)點(diǎn)為載體，對(duì)變電站的各類功能對(duì)象進(jìn)行建模，如例子中給出的邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI所描述的斷路器分合狀態(tài)模型如下：

如上所示，在邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI所描述的斷路器分合狀態(tài)模型中包含了4個(gè)狀態(tài)量，分別是2208開關(guān)位置總、2208開關(guān)A相位置、2208開關(guān)B相位置和2208開關(guān)C相位置。這些狀態(tài)量在SCL模型中通過(guò) IEC61850 索引名（SCL：ref）進(jìn)行標(biāo)記，形如。IEC61850索引名通過(guò)分段式描述清晰標(biāo)記了該狀態(tài)量在IEC61850層次模型中的位置。ConductingEquipment元素通過(guò)包含對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI的引用，實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備對(duì)象與二次狀態(tài)量對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)。

這些狀態(tài)量在變電站端遠(yuǎn)動(dòng)裝置所用通信點(diǎn)表中的描述如表1所示。

③在膨化機(jī)中由于螺桿剪切帶來(lái)的大量機(jī)械能輸入，導(dǎo)致淀粉糊化度會(huì)達(dá)到最高。但是淀粉糊化度和產(chǎn)品水中穩(wěn)定性并不一定完全呈線性關(guān)系。產(chǎn)品水中穩(wěn)定性會(huì)隨著機(jī)械能輸入的增加而增加，但是當(dāng)機(jī)械能輸入達(dá)到某一特定區(qū)間后，產(chǎn)品的水中穩(wěn)定性則會(huì)出現(xiàn)下降；

表1 遠(yuǎn)動(dòng)通信點(diǎn)表Table 1 Point table of telecontrol communication

而在主站端的CIM中，這些狀態(tài)量對(duì)應(yīng)的量測(cè)模型描述如下：

當(dāng)變電站端遠(yuǎn)動(dòng)裝置上送狀態(tài)量（如2208開關(guān)位置總）到主站端，主站端通過(guò)IEC61850索引名（如，可以定位到狀態(tài)量所描述的2208斷路器對(duì)象（“芝堰變／220000／bay2208／2208”），狀態(tài)量的值用于描述 2208斷路器對(duì)象的分合狀態(tài)。這樣從數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收再到數(shù)據(jù)定位，就自動(dòng)建立起了變電站端SCL模型和主站端CIM之間的通信映射，有效保證了主站端與變電站端通信模型的一致性。

3 數(shù)據(jù)源端維護(hù)存在的問(wèn)題及解決

上述數(shù)據(jù)源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)從一次設(shè)備對(duì)象的角度描述了模型、圖形、通信之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及變電站與主站之間數(shù)據(jù)的交互過(guò)程，主站采用的CIM規(guī)范和SVG規(guī)范很好地描述了電網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足了電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)對(duì)模型和數(shù)據(jù)的需求。但是，電網(wǎng)中除了包含大量的一次設(shè)備以外，還存在大量的繼電保護(hù)裝置，這些裝置的模型和數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行同樣重要。主站繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的諸多高級(jí)應(yīng)用如保護(hù)信息管理、保護(hù)故障分析、保護(hù)定值校核等都離不開對(duì)繼電保護(hù)裝置模型的解析及數(shù)據(jù)的應(yīng)用[5]。只有將一次設(shè)備模型和繼電保護(hù)裝置模型相結(jié)合，才能完整地構(gòu)建出整個(gè)電網(wǎng)的全景模型。基于電網(wǎng)全景模型，既可以獲得一次設(shè)備的類型、屬性及相互之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，又可以獲得與一次設(shè)備相關(guān)聯(lián)的繼電保護(hù)裝置中所包含的豐富的關(guān)于定值、測(cè)量、控制、故障等專業(yè)數(shù)據(jù)，可以為主站繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的開發(fā)提供更為有力的支撐。目前，主站普遍采用的IEC61970規(guī)范已經(jīng)為一次設(shè)備提供了一套完整的建模規(guī)范，但在繼電保護(hù)裝置建模方面，IEC61970規(guī)范尚不能滿足需求。雖然IEC61970規(guī)范也提供了繼電保護(hù)模型包用于描述繼電保護(hù)功能模型，但該模型過(guò)于簡(jiǎn)單、不夠全面，難以應(yīng)用于實(shí)際的繼電保護(hù)裝置建模，更難以應(yīng)用于對(duì)繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐[6]。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入開展，無(wú)論是國(guó)家電網(wǎng)提出的一體化信息平臺(tái)架構(gòu)還是南方電網(wǎng)提出的二次一體化框架，都提出了電網(wǎng)數(shù)據(jù)縱向貫通和電網(wǎng)業(yè)務(wù)橫向融合的建設(shè)目標(biāo)[7]，這對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模及源端維護(hù)提出了更高的要求。繼電保護(hù)信息系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)貫通、專業(yè)融合的典型應(yīng)用，如何應(yīng)用數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模與源端維護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐是亟待解決的問(wèn)題。

針對(duì)統(tǒng)一建模問(wèn)題，不少文獻(xiàn)已經(jīng)提出了一些實(shí)現(xiàn)方案，其共同的思路都是通過(guò)擴(kuò)充IEC61970規(guī)范，在CIM中引入描述繼電保護(hù)裝置模型的類以達(dá)到統(tǒng)一建模的目的，只不過(guò)創(chuàng)建類的方法不一樣。如文獻(xiàn)[8]提出的在國(guó)家電網(wǎng)CIM／E模型的基礎(chǔ)上擴(kuò)充有關(guān)繼電保護(hù)裝置的模型，描述如表2所示。

表2 基于CIM／E模型擴(kuò)展的保護(hù)信息類Table 2 Protection information classes based on CIM／E model

以典型的保護(hù)定值類為例，文獻(xiàn)[8]擴(kuò)充定義的保護(hù)定值類ProtSettingValue模型描述，如表3所示。該模型基本繼承了IEC103規(guī)約描述繼電保護(hù)裝置模型的思想，比較直觀，簡(jiǎn)單易懂。然而，由于該建模過(guò)程借鑒了IEC103規(guī)約中“組／條目”的概念，對(duì)繼電保護(hù)裝置的建模僅停留在信息分類的層次，如表2中把保護(hù)信息分為保護(hù)狀態(tài)量類、保護(hù)定值類、保護(hù)壓板類等，并未充分利用變電站提供的SCL模型中所包含的豐富的語(yǔ)義信息，對(duì)繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的模型支撐作用有限。舉一個(gè)典型的應(yīng)用例子：按上述方式建模，對(duì)于保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，從模型層面而言，應(yīng)用僅知道該信號(hào)屬于保護(hù)狀態(tài)量，至于該信號(hào)具體是保護(hù)I段動(dòng)作還是保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作或是保護(hù)Ⅲ段動(dòng)作，應(yīng)用就無(wú)法得知。而且與該保護(hù)動(dòng)作信號(hào)密切相關(guān)的定值、壓板數(shù)據(jù)分屬于保護(hù)定值類和保護(hù)壓板類，相互之間無(wú)法關(guān)聯(lián)。對(duì)于像保護(hù)故障分析這一類需要明確理解保護(hù)信息語(yǔ)義的高級(jí)應(yīng)用而言，這樣的模型無(wú)法起到充分的模型支撐作用。

表3 擴(kuò)展定義的保護(hù)定值類模型Table 3 Protection setting models by extended definition

文獻(xiàn)[9]提出了另一種在CIM中引入繼電保護(hù)裝置模型的思路，創(chuàng)建邏輯節(jié)點(diǎn)類來(lái)封裝SCL模型中繼電保護(hù)相關(guān)邏輯節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，如圖3所示。

圖3 引入SCL模型擴(kuò)展CIMFig.3 CIM expansion by introducing SLC model

如圖3所示，文獻(xiàn)[9]在CIM中新增IEC61850-ProtectionLN類用于引入SCL模型中與繼電保護(hù)相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)，常見的如保護(hù)類邏輯節(jié)點(diǎn)、測(cè)量類邏輯節(jié)點(diǎn)、保護(hù)相關(guān)類邏輯節(jié)點(diǎn)等，可相應(yīng)地?cái)U(kuò)展出PXXX（如 PTOC）、MXXX（如 MMXU）、RXXX（如 RDRE）等邏輯節(jié)點(diǎn)類作為IEC61850ProtectionLN類的子類，用于封裝對(duì)應(yīng)邏輯節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容。與文獻(xiàn)[8]相比，擴(kuò)展的邏輯節(jié)點(diǎn)類能夠充分利用SCL模型中豐富的語(yǔ)義信息，對(duì)繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的模型支撐作用顯著。同樣以上述的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)為例，SCL模型可以通過(guò)邏輯節(jié)點(diǎn)的命名規(guī)則來(lái)描述保護(hù)分段動(dòng)作的信息，具體如下：

在上述模型中，可以通過(guò)屬性inst或prefix來(lái)標(biāo)識(shí)保護(hù)分段動(dòng)作的信息，具體可以通過(guò)協(xié)商來(lái)約定。另外，通過(guò)邏輯節(jié)點(diǎn)可以封裝與該保護(hù)動(dòng)作信號(hào)相關(guān)的定值、壓板數(shù)據(jù)，具體如下：

模型、圖形數(shù)據(jù)的源端維護(hù)可以參照上述方法實(shí)現(xiàn)，但通信數(shù)據(jù)的源端維護(hù)還需進(jìn)一步探討。

上文介紹的變電站與主站之間采用傳統(tǒng)的IEC101／104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約進(jìn)行通信的方式，最大的問(wèn)題是仍需維護(hù)一張通信點(diǎn)表。雖然通過(guò)數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)可以建立變電站端SCL模型和主站端CIM之間的通信映射，但因通信點(diǎn)表無(wú)法實(shí)現(xiàn)模型的自描述，造成通過(guò)通信點(diǎn)表建立的通信映射無(wú)法直接傳輸模型，使得模型所承載的語(yǔ)義信息完全丟失，不能滿足繼電保護(hù)信息系統(tǒng)應(yīng)用的需求。如果變電站與主站之間采用IEC61850規(guī)范進(jìn)行通信，則可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。按照IEC61850規(guī)范通信，主站端可以直接讀取變電站端的SCL模型并轉(zhuǎn)換為CIM，變電站端可以直接按模型方式上送數(shù)據(jù)，不再需要中間的通信點(diǎn)表，從而實(shí)現(xiàn)變電站SCL模型與主站CIM之間的無(wú)縫銜接，有效保證了主站模型和變電站模型的一致性，更重要的是完整保留了變電站模型的語(yǔ)義信息，為主站繼電保護(hù)信息系統(tǒng)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。目前國(guó)際標(biāo)委會(huì)組織正在積極制定將IEC61850擴(kuò)展應(yīng)用于變電站與主站之間通信的相關(guān)規(guī)范（如 IEC61850-90-2）。 文獻(xiàn)[10]也探討了將IEC61850擴(kuò)展應(yīng)用于變電站與主站之間通信的技術(shù)可行性，但同時(shí)也指出：采用IEC61850規(guī)范傳輸數(shù)據(jù)的效率較低，需要較大的通信帶寬。同時(shí)，相比于目前廣泛使用的IEC101／104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約，該方案的安全可靠性還有待大量工程實(shí)踐的充分驗(yàn)證。

上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模和源端維護(hù)的實(shí)現(xiàn)思路可以為繼電保護(hù)信息系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用提供有力的數(shù)據(jù)支撐。以保護(hù)故障分析應(yīng)用為例，對(duì)保護(hù)的故障分析及診斷需要對(duì)保護(hù)模型的語(yǔ)義有非常深入的理解和運(yùn)用。保護(hù)故障分析應(yīng)用需要根據(jù)斷路器變位信息，按照保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行推理和遍歷，計(jì)算各種故障情況的可信度，分析保護(hù)動(dòng)作的特性，從而判斷出保護(hù)裝置是否正確動(dòng)作。同時(shí)，結(jié)合故障錄波文件的波形數(shù)據(jù)，通過(guò)連續(xù)考察從故障發(fā)生到切除的整個(gè)過(guò)程中電流或電壓的變化水平和變化時(shí)序，結(jié)合特定保護(hù)元件故障切除的原理，判斷出故障的性質(zhì)[11]。這種對(duì)故障過(guò)程和保護(hù)原理的仿真和分析，需要充分理解和運(yùn)用保護(hù)模型的語(yǔ)義，具體的語(yǔ)義信息包括：保護(hù)裝置與一次設(shè)備的配置關(guān)系，了解保護(hù)裝置的保護(hù)范圍；保護(hù)元件的類型，了解保護(hù)元件的動(dòng)作原理，如差動(dòng)、距離、方向、過(guò)流等；保護(hù)元件之間的關(guān)聯(lián)順序，了解保護(hù)元件之間的配合關(guān)系，如Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段；保護(hù)功能相關(guān)的數(shù)據(jù)，了解保護(hù)功能相關(guān)的定值、壓板、閉鎖等數(shù)據(jù)；保護(hù)測(cè)量相關(guān)的數(shù)據(jù)，了解保護(hù)測(cè)量值的相別，如A相、B相、C相；保護(hù)信息的分類，了解保護(hù)信息的類型，如保護(hù)動(dòng)作、保護(hù)測(cè)量、保護(hù)壓板、保護(hù)定值等。主站端通過(guò)IEC61850通信，可以從變電站端上送的SCL模型中獲取這些模型信息[12]。主站端通過(guò)軟件導(dǎo)入這些模型信息可以自動(dòng)擴(kuò)展生成IEC61850ProtectionLN子類。以過(guò)流保護(hù)類PTOC為例，其擴(kuò)展生成的CIM類定義可以描述如下：

可見，主站擴(kuò)展生成的CIM完整保留了變電站SCL模型的豐富語(yǔ)義信息，這將極大方便主站繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)一步提高主站繼電保護(hù)信息系統(tǒng)對(duì)模型應(yīng)用的深度和廣度[13]。

筆者參與研發(fā)實(shí)施的某省調(diào)繼電保護(hù)故障信息智能分析系統(tǒng)采用上述數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)方案，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電保護(hù)故障分析應(yīng)用的支持。該系統(tǒng)可以從變電站讀取SCL模型，并能直接和變電站進(jìn)行IEC61850通信，獲取繼電保護(hù)故障分析應(yīng)用所需要的諸如保護(hù)配置、保護(hù)元件類型、保護(hù)元件配合關(guān)系，以及保護(hù)功能相關(guān)的定值、壓板、閉鎖、測(cè)量等數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了兼容已有的常規(guī)變電站，系統(tǒng)也可以接入常規(guī)變電站已有的規(guī)約[14]。系統(tǒng)可以從變電站獲取SVG文件并導(dǎo)入使用，同時(shí)為了工程實(shí)施方便也支持從省調(diào)能量管理系統(tǒng)（EMS）導(dǎo)入圖形文件。通過(guò)開發(fā)配套的配置工具，系統(tǒng)已基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)信息模型的少維護(hù)甚至免維護(hù)。更為重要的是，基于這些豐富的模型信息，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如下功能：在海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中快速有效地甄別和捕獲重要信息并及時(shí)展現(xiàn)給用戶[15]；結(jié)合繼電保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作情況，分析電網(wǎng)故障時(shí)的故障范圍、故障點(diǎn)及故障性質(zhì)，形成故障報(bào)告[16]；與保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)交互[17]，導(dǎo)入定值單并下裝定值，自動(dòng)校驗(yàn)和保證運(yùn)行定值和定值單的一致性等。以上功能的實(shí)現(xiàn)都離不開上述繼電保護(hù)模型語(yǔ)義的支撐。

在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，也碰到并解決了如下一些問(wèn)題。

a.對(duì)于一些設(shè)備較多的變電站，其SCL模型非常龐大，從變電站在線讀取模型花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。為此采用文件服務(wù)直接從變電站召喚和裝載SCD文件可以大幅提高效率。

b.變電站的SCL模型詳盡描述了整個(gè)變電站的完整模型，而作為省調(diào)只關(guān)心220 kV以上的模型和數(shù)據(jù)，多余的模型增加了系統(tǒng)的額外開銷和復(fù)雜程度，降低了用戶體驗(yàn)。為此系統(tǒng)專門開發(fā)了模型過(guò)濾和篩選功能，根據(jù)預(yù)先配置的220 kV、調(diào)度編號(hào)等關(guān)鍵字，系統(tǒng)自動(dòng)提取出省調(diào)所關(guān)心的部分模型，并可以存為形如XXX變電站_220 kV.scd的文件供后續(xù)使用。

c.在當(dāng)前普遍采用2 M帶寬的通信條件下，除了上述召喚模型的效率問(wèn)題，還存在IEC61850通信的效率問(wèn)題，因?yàn)镮EC61850規(guī)約不分一級(jí)數(shù)據(jù)和二級(jí)數(shù)據(jù)，在大數(shù)據(jù)量的情況下難以保證重要數(shù)據(jù)的快速上送，如正在周期上送大量遙測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，此時(shí)很可能因?yàn)橥ㄐ艓捲蛟撔盘?hào)不能快速上送至調(diào)度主站。為此該項(xiàng)目要求變電站保信子站承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)篩選和重組的職能，根據(jù)不同調(diào)度主站的要求，將轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)重新過(guò)濾、篩選和分組，形成滿足要求的上送數(shù)據(jù)集，如對(duì)于省調(diào)形成220 kV數(shù)據(jù)集并僅上送該數(shù)據(jù)集，從而大幅降低上送省調(diào)的數(shù)據(jù)量，有效降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。另外，針對(duì)通信優(yōu)先級(jí)控制的問(wèn)題，修改目前制造報(bào)文規(guī)范（MMS）服務(wù)的交互機(jī)制，實(shí)現(xiàn)可以打斷正在傳輸?shù)牡蛢?yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)，插入高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)。

通過(guò)解決上述工程實(shí)施中碰到的問(wèn)題，進(jìn)一步驗(yàn)證了源端維護(hù)技術(shù)的可行性，并推動(dòng)其實(shí)際工程應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)網(wǎng)一體化信息平臺(tái)建設(shè)的不斷推進(jìn)，數(shù)據(jù)源端維護(hù)已經(jīng)在多個(gè)工程中得到了應(yīng)用和推廣。同時(shí)，作為南方電網(wǎng)二次一體化框架的關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)據(jù)源端維護(hù)也已經(jīng)進(jìn)行了多次入網(wǎng)測(cè)試。電網(wǎng)用戶越來(lái)越關(guān)注和重視數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)在數(shù)據(jù)貫通、專業(yè)融合上的應(yīng)用。采用上述的整合電網(wǎng)一次設(shè)備模型和繼電保護(hù)裝置模型的數(shù)據(jù)源端維護(hù)方案，主站可以充分利用變電站提供的完整模型和豐富語(yǔ)義，為繼電保護(hù)信息系統(tǒng)的開發(fā)提供有力的數(shù)據(jù)支撐，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。