基于系統(tǒng)描述自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的方法

舒 鵬，王 松

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

基于系統(tǒng)描述自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的方法

舒 鵬，王 松

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

針對現(xiàn)有智能變電站二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置方法，提出了一種基于系統(tǒng)描述自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的方法。在智能變電站系統(tǒng)描述文件信息完整規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過解析全站配置文件得到變電站一次設(shè)備與邏輯節(jié)點的關(guān)聯(lián)庫，并結(jié)合二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫，實現(xiàn)了自動得出智能變電站二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的目標(biāo)。

智能變電站；二次設(shè)備關(guān)聯(lián)；系統(tǒng)描述

0 引言

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為智能變電站的重要標(biāo)準(zhǔn)在我國得到了大規(guī)模的研究與應(yīng)用。為了盡量不改變傳統(tǒng)變電站的設(shè)計模式，減小智能變電站的應(yīng)用難度，國內(nèi)目前采用了“虛端子”的設(shè)計模式，即在配置中將相關(guān)IED（智能電子設(shè)備）的輸出與輸入對應(yīng)起來，虛擬傳統(tǒng)端子的概念。這種做法相比傳統(tǒng)變電站并沒有體現(xiàn)出智能變電站的優(yōu)勢，在實際工程中仍舊需要人工對所有的“虛端子”進行配置，工作量巨大且容易出錯。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的面向功能建模的優(yōu)勢沒有得到體現(xiàn)，只是當(dāng)作一種通信規(guī)約來使用。

本文提出了基于系統(tǒng)描述自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的方法，采用標(biāo)準(zhǔn)化的IEC 61850模型及系統(tǒng)描述來確定物理裝置之間的聯(lián)系，充分利用標(biāo)準(zhǔn)模型的優(yōu)勢，減少系統(tǒng)配置的工作量，自動形成二次設(shè)備之間的通信連接配置，徹底改變采用端子一一對應(yīng)的傳統(tǒng)二次設(shè)備關(guān)聯(lián)方式。

1 現(xiàn)有的二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置方法

在IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)第一版中，針對工程中不同裝置的邏輯節(jié)點如何關(guān)聯(lián)輸入，標(biāo)準(zhǔn)在第6部分對邏輯節(jié)點實例定義了inputs元素，即數(shù)據(jù)信息輸入。inputs元素中包含外部信號的引用路徑和內(nèi)部地址intAddr，我國在此引入了“虛端子”概念，規(guī)定廠家事先定義好內(nèi)部輸入模型，即“虛端子”，由設(shè)計單位對不同裝置進行關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)集成商按設(shè)計意圖將各裝置的虛端子按inputs元素的語法進行關(guān)聯(lián)，然后由IED配置工具導(dǎo)出，并下裝到裝置中。

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)第二版中除了保留第一版第6部分基于SCL語言的工程配置定義，還對邏輯節(jié)點增加了InRef和BlkRef 2個可整定的數(shù)據(jù)對象對輸入信號進行“在線”關(guān)聯(lián)。然而，裝置可整定的輸入模式與傳統(tǒng)設(shè)計差異更大，需要對來源、內(nèi)部地址與目的進行分別整定，比采用“虛端子”的方法更加繁瑣與復(fù)雜。另外，通過InRef和BlkRef 2個整定值從通信層面自動關(guān)聯(lián)相關(guān)的信息排序需要采用復(fù)雜的GetGoReference或Get-GOOSEElementNumber通信服務(wù)來實現(xiàn)，這也是目前幾乎所有廠家都不支持的，同時也將帶來GOOSE（面向通用對象的變電站事件）通信關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性，降低通信可靠性。另外，標(biāo)準(zhǔn)沒有定義SV（采樣值）的相關(guān)服務(wù)，SV輸入不可能通過這種方式實現(xiàn)信號關(guān)聯(lián)。因此，該方案無法在我國應(yīng)用。

2 基于系統(tǒng)描述自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的方法

鑒于“虛端子”配置法和邏輯節(jié)點連接配置法的復(fù)雜與易出錯性，本文在現(xiàn)有二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置方法的基礎(chǔ)上提出了基于變電站系統(tǒng)描述自動進行二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置的方法。

使用該方法的前提是變電站系統(tǒng)描述文件對變電站的一次系統(tǒng)及相關(guān)關(guān)鍵邏輯接點的配置描述完整、準(zhǔn)確，然后根據(jù)繼電保護標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建立二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫，使用遍歷算法對系統(tǒng)描述文件進行關(guān)鍵信息的提取并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫最終得出智能變電站的二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置。

2.1 變電站系統(tǒng)描述文件

根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，SCD（變電站配置描述）文件是由各裝置廠商提供的ICD（IED能力描述）文件與設(shè)計部門提供的SSD（系統(tǒng)規(guī)范描述）文件配置生成。

完整、準(zhǔn)確的SSD文件應(yīng)該包括變電站一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)和拓?fù)?，并將一次設(shè)備和邏輯節(jié)點按照面向?qū)ο蟮姆▌t聯(lián)系起來（如圖1所示）。

按照面向?qū)ο蟮姆▌t建模的一個完整的LNode（邏輯節(jié)點）在具備AccessPoint（接入點）、LDevice（邏輯設(shè)備）、Data（數(shù)據(jù)）等二次功能信息的同時，也應(yīng)該擁有Substation（變電站）、VoltageLevel（電壓等級）、Bay（所屬間隔）、ConnectivityNode（連接節(jié)點）等一次設(shè)備信息，如圖1所示。

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變電站內(nèi)一、二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)是通過LN（功能邏輯節(jié)點）進行有效的連接，通過遍歷，在一次設(shè)備對象模型中能找到二次功能關(guān)鍵LN配置屬性。

圖1 SCL對象模型關(guān)系示意

2.2 二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫

在傳統(tǒng)變電站二次設(shè)計以及引入IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)之后的智能變電站時期，國家電網(wǎng)公司頒布了多個標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范，變電站二次設(shè)備的設(shè)計有了明確的規(guī)定。從這些標(biāo)準(zhǔn)中提取出相關(guān)電壓等級的二次設(shè)備間的信息交互知識標(biāo)準(zhǔn)形成標(biāo)準(zhǔn)知識庫。圖2為一個典型線路間隔的二次設(shè)備信息聯(lián)系，從圖上可以得出該間隔內(nèi)智能終端與線路保護、母線保護之間的標(biāo)準(zhǔn)信息交互內(nèi)容。

對于二次設(shè)備名稱的識別，要求在系統(tǒng)配置時采用“二次設(shè)備類型碼+功能碼”的方式，構(gòu)建通用二次設(shè)備類型二維命名原則，如保護裝置類型碼為“P”，合并單元類型碼為“M”，線路對應(yīng)二次設(shè)備功能碼為“L”，母線對應(yīng)功能碼為“M”，則線路保護的類型標(biāo)示為“PL”、母線保護的類型標(biāo)示為“PM”，線路合并單元的類型標(biāo)示為“ML”，母線合并單元的類型標(biāo)示為“MM”。依據(jù)此命名規(guī)則，可以方便地得出相關(guān)二次設(shè)備的類型。二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫以設(shè)備1-設(shè)備2（信號傳輸名稱）為規(guī)則從標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范中汲取二次設(shè)備間的傳輸信號，規(guī)定設(shè)備1為信號發(fā)出方，設(shè)備2為信號接收方。從圖2可以得出PL1-ML1（啟動失靈）、ML1-PL1（啟動遠跳，閉鎖重合閘）的線路保護與母線保護間的二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫。

2.3 基于系統(tǒng)描述自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置

在前文提到的SSD信息文件的基礎(chǔ)上，采用以下算法可以自動得出相關(guān)二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)信息：

（1）首先分析遍歷SSD元素，基于標(biāo)準(zhǔn)化命名原則找到指定元素。

（2）基于一次設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系獲得連接節(jié)點和端點信息，導(dǎo)出連接信息表。

（3）基于SSD中一次設(shè)備所對應(yīng)的二次設(shè)備的功能配置獲得二次設(shè)備信息，并存儲到二次設(shè)備關(guān)聯(lián)表的二次設(shè)備信息部分。

（4）SSD元素解析完畢，遍歷連接信息表ConnectObjectList，得出端點間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并將關(guān)聯(lián)關(guān)系填入iedRelateList的對應(yīng)對象中，根據(jù)連接信息表和二次設(shè)備關(guān)聯(lián)表的二次設(shè)備信息部分，最終生成完整的二次設(shè)備關(guān)聯(lián)表，并導(dǎo)出二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中包含了二次設(shè)備的信息和與其他設(shè)備關(guān)聯(lián)的信息。

（5）根據(jù)二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化模型導(dǎo)入裝置ICD文件，完成SCD文件中IED裝置的導(dǎo)入。

（6）根據(jù)二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫，結(jié)合解析出來生成的本站二次設(shè)備的二次回路功能邏輯關(guān)系，自動完成二次設(shè)備二次回路的虛端子自動關(guān)聯(lián)配置，并自動寫入SCD文件中IED部分所對應(yīng)的虛端子關(guān)聯(lián)配置部分。

對SSD解析生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系的具體實現(xiàn)流程如圖3所示，其中對SSD中關(guān)鍵元素的解析包括：

（1）解析Voltagelevel元素，獲得母線設(shè)備的信息，將母線設(shè)備映射為母線保護裝置，并根據(jù)母線設(shè)備中對邏輯節(jié)點的實例化信息，即LNode元素，獲得對應(yīng)母線保護裝置的邏輯功能信息，母線測控裝置的邏輯功能信息。

圖2 二次裝置之間標(biāo)準(zhǔn)化連接

圖3 二次設(shè)備關(guān)聯(lián)流程

（2）解析Voltagelevel元素下的Bay元素，獲得間隔內(nèi)的二次設(shè)備信息，包括二次設(shè)備所屬的間隔名稱、電壓等級，該二次設(shè)備涉及的邏輯功能。

（3）解析PowerTransformer元素，獲得變壓器設(shè)備的信息，并根據(jù)變壓器設(shè)備中對邏輯功能的描述，即LNode元素，獲得對應(yīng)變壓器保護裝置的相關(guān)信息，變壓器測控裝置的相關(guān)信息。

（4）解析ConnectivityNode和Terminal元素，獲得二次設(shè)備間的關(guān)聯(lián)關(guān)系：將ConnectivityNode元素的pathName屬性存儲到ConnectObject連接對象的ConnectNodePath屬性中，更新連接信息表ConnectObjectList；解析獲得Terminal元素時，遍歷ConnectObject連接信息表，根據(jù) Terminal元素的ConnectivityNode屬性，查詢對應(yīng)的ConnectObject連接對象，將端點信息放到連接對象中，更新連接信息表ConnectObjectList。

得到二次設(shè)備關(guān)聯(lián)列表后，依據(jù)前文提到的二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫進行相關(guān)二次設(shè)備的信息關(guān)聯(lián)，最后得到一個關(guān)聯(lián)配置后的全站配置文件，從而實現(xiàn)智能變電站二次設(shè)備的自動關(guān)聯(lián)配置。

2.4 配置實例

圖4為一個變電站的系統(tǒng)描述實例，圖中變壓器T1有2個繞組W1和W2分別連接到110 kV和35 kV兩個電壓等級，變壓器差動保護PROT1配置了差動功能模型PDIF1與變壓器關(guān)聯(lián)，高低壓側(cè)跳閘邏輯模型PTRC1和PTRC2與兩側(cè)斷路器關(guān)聯(lián)。變壓器高壓側(cè)智能終端RPIT1配置了斷路器功能模型XCBR1與高壓側(cè)斷路器關(guān)聯(lián)，中壓側(cè)智能終端RPIT2配置了斷路器功能模型XCBR1與中壓側(cè)斷路器關(guān)聯(lián)。變壓器兩側(cè)電流合并單元MU1和MU2各配置了TCTR1與兩側(cè)電流互感器關(guān)聯(lián)，兩側(cè)電壓合并單元MU3和MU4各配置了TVTR1與兩側(cè)電壓互感器關(guān)聯(lián)。

上述配置通過變電站系統(tǒng)描述部分在SCD文件中進行了準(zhǔn)確、完整的描述。通過遍歷算法得出一次設(shè)備與邏輯節(jié)點之間的關(guān)系并結(jié)合相應(yīng)的二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信息知識庫得出：PROT1/PDIF1是配置給變壓器T1的差動保護，從MU1/TCTR1和MU2/TCTR2中獲取變壓器兩側(cè)的采樣值電流；PROT1/PTRC1和PROT1/PTRC2是主變保護PROT1高低壓側(cè)的跳閘出口邏輯，發(fā)跳閘GOOSE命令給兩側(cè)的智能終端RPIT1和PRIT2。

圖4 變電站系統(tǒng)描述實例

可以看出，如果SCD文件中變電站系統(tǒng)描述的一次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述正確，功能模型關(guān)聯(lián)清晰，就可以采用本方法自動得到各物理設(shè)備之間的實際關(guān)聯(lián)。

與傳統(tǒng)配置方法相比，本方法省去了工作量最大的虛端子人工配置（如圖5所示），大大減小配置出錯的可能，縮短了配置SCD所需時間。

圖5 傳統(tǒng)配置方法流程

3 結(jié)論

現(xiàn)有智能變電站采用的虛端子連接方式完全依賴人工逐條配置，工作量巨大且容易出錯，安全運行風(fēng)險也較大，工程建設(shè)效率低下?；谙到y(tǒng)描述的二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置方法只需要關(guān)聯(lián)一次設(shè)備關(guān)鍵邏輯接點，工作量小、不容易出錯，并且該方法利用了標(biāo)準(zhǔn)化的IEC 61850模型及系統(tǒng)描述來確定物理裝置之間的聯(lián)系，充分借用標(biāo)準(zhǔn)模型所帶來的優(yōu)勢，而不必為繁瑣的端子連接困擾，簡化智能變電站工程集成配置工作，減少系統(tǒng)配置的工作量。具備系統(tǒng)描述配置的全模型系統(tǒng)配置才是完整意義上的IEC 61850模型配置，可以為電力系統(tǒng)高級應(yīng)用提供基礎(chǔ)信息，而自動生成二次設(shè)備關(guān)聯(lián)只是其中一個典型應(yīng)用。然而，基于全模型的應(yīng)用對系統(tǒng)描述、二次設(shè)備模型的準(zhǔn)確性、全面性和標(biāo)準(zhǔn)化要求較高，相關(guān)二次設(shè)備的模型及關(guān)聯(lián)連接要嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)的定義來配置，可以進一步制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)基于全模型的信息化、自動化和互動化智能變電站。

[1]候偉宏，徐丹露，裘愉濤，等.智能變電站SCD文件可視化研究[J].浙江電力，2016，35（1）:10-14.

[2]劉筱萍，楊冰，王浩.變電站配置工具中SCL文件解析的分析與實現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（S2）:463-466.

[3]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程繼電保護應(yīng)用模型[S].北京：中國電力出版社，2009.

[4]Q/GDW 1161-2014線路保護及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2014.

[5]趙涵，常弘，劉曉暉，等.基于IEC 61850的系統(tǒng)描述工具中的SSD文件生成算法[J].電工電能新技術(shù)，2010（1）:67-70.

（本文編輯：趙曉明）

An Automatic Generation Method of Secondary Equipment Association Based on System Description

SHU Peng，WANG Song
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces a method of the secondary equipment association which is automatically generated based on system description in accordance with secondary equipment association in existing intelligent substations.On the basis of complete and standard system description file of intelligent substation，an association base of the substation primary equipment and logic nodes is concluded by substation configuration description files analysis；besides，in combination with standard information knowledge base of the secondary equipment，the automatic secondary equipment association of intelligent substation is implemented.

intelligent substation；secondary equipment association；system description

TM76

：B

：1007-1881（2016）07-0012-04

2016-03-14

舒 鵬（1985），男，主要從事智能電網(wǎng)、電力系統(tǒng)自動化和繼電保護技術(shù)研究。