智能變電站SCD配置文件圖形化展示的探索

劉一民，王 寧，王 帆，王永山，孫玉楊

（1.國(guó)家電網(wǎng)公司華北分部，北京 100000；2.山東容弗新信息科技有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，其配置文件（SCD）能夠反映全站系統(tǒng)配置信息。隨著智能變電站的投運(yùn)，在建設(shè)和改擴(kuò)建智能站時(shí)，同樣需要修改變更SCD文件，其描述IED的實(shí)例配置和通信參數(shù)以及IED之間的通信配置的等也會(huì)受到相應(yīng)影響。由于SCD文件信息高度集成，工程維護(hù)人員很難看懂，需要對(duì)其進(jìn)行解析。從SCD文件中可以解析出CID文件，即是IED的實(shí)例化配置文件，通常全站只有一個(gè)。ICD文件禁止手動(dòng)修改每一個(gè)IED裝置，可下載到裝置中使用[1]，且其文件必須滿足配置文件的校驗(yàn)和約束。

在實(shí)際過(guò)程中，調(diào)試和維護(hù)人員需要準(zhǔn)確獲取所需信息。基于變電站配置語(yǔ)言（SCL）的SCD文件極大，人工的記憶和查詢較為困難。當(dāng)前，一般采取人工手動(dòng)逐行查找方法，或先用專業(yè)軟件（XMLSpy）打開(kāi)SCD文件，運(yùn)用SCL模型樹(shù)劃分SCD文件結(jié)構(gòu)[2]，稍微節(jié)省一些人力資源。這些方法皆費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易出錯(cuò)，導(dǎo)致在查找信息和核對(duì)信息環(huán)節(jié)消耗大量的人力物力，并沒(méi)有真正解決問(wèn)題。

1 SCD可視化管理

實(shí)施SCD可視化管理可以提高用戶效率，降低運(yùn)維調(diào)試難度，并通過(guò)對(duì)SCD文件解析與運(yùn)行設(shè)備配置文件的圖形化展示提高文件的可讀性。從SCD文件設(shè)計(jì)、集成、校驗(yàn)、存儲(chǔ)、管理到檢查裝置圖紙，根據(jù)SCD文件開(kāi)展的一系列操作優(yōu)化都可視為可視化操作。

在具體實(shí)施時(shí)，先獲取IED裝置信息，判斷其他裝置是否有該裝置信息，進(jìn)而確定裝置輸入輸出關(guān)系，并將其以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形式分層次展示，同時(shí)可運(yùn)用autoCAD畫(huà)圖軟件的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)生成IED裝置的虛端子連接圖?？梢暬笇淖冸娬竞笈_(tái)獲取的SCD配置文件中的信息圖形化展示出來(lái)，使用戶可以直觀獲取所需信息，極大提高調(diào)試和運(yùn)維效率。降低傳統(tǒng)人工手動(dòng)查找?guī)?lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

2 SCD文件的可視化

SCD文件是以變電站配置語(yǔ)言描述的，皆為.XML格式，可以用文本編輯器、Notepad++打開(kāi)。SCD文件形式如圖1所示。

即便.XML格式文件比較規(guī)范，層次結(jié)構(gòu)也較為清晰。但SCD文件屬于大容量文件，大概有數(shù)十萬(wàn)乃至上百萬(wàn)行文字，瀏覽需花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，且文件內(nèi)部有大量的標(biāo)簽、字母和數(shù)字，要求人員詳細(xì)了解SCD的約束規(guī)范。此外，此種文件即使用XMLSpy軟件打開(kāi)查看，效率依然較低。因此，需要能夠以圖形化方式直觀展示信息的軟件。

首先應(yīng)解析SCD文件，以圖表等圖形化形式展示SCD信息，并通過(guò)二次設(shè)備表、IED的實(shí)例化配置、通訊配置信息、GOOSE/SV控制塊以及虛端子的連接，將其展現(xiàn)給用戶[3]。同時(shí)，可利用autoCAD畫(huà)圖軟件的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)自動(dòng)生成各類竣工圖紙。SCD文件和可視化工具的應(yīng)用代替了大量工程圖紙，促使現(xiàn)場(chǎng)的工作人員調(diào)試、運(yùn)維效率提高，且大大降低設(shè)備故障率。

SCD可視化系統(tǒng)主要是為了更簡(jiǎn)便查看各裝置信息流設(shè)計(jì)的，可以直觀展現(xiàn)一次設(shè)備及其拓?fù)潢P(guān)系、IED之間的物理連接，并將SCD的信息逐層提取、分類與圖形化展示，使相關(guān)人員不必查看復(fù)雜的.XML格式文件，大大節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率。智能變電站SCD配置文件圖形化展示包括如下步驟：（1）獲取SCD文件，可視化工具可利用智能變電站服務(wù)器將SCD文件下載至定義的文件存儲(chǔ)位置，以獲取SCD配置文件；（2）解析SCD配置文件，即從SCD文件中提取IED列表信息，并以表格樹(shù)形式展示，便于人員查看各IED裝置的型號(hào)、類別和數(shù)量等。

圖1 SCD文件.XML格式

可視化工具采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的形式分層次展示IED輸入輸出連接關(guān)系，具體步驟如下：（1）從IED列表中選定某一IED，運(yùn)用該IED裝置圖形化展示輸入輸出的連接關(guān)系；（2）從所述IED裝置列表中某一個(gè)選定IED出發(fā)，掃描其余的IED的輸入信息源端是否有該IED裝置的信息，若有，則顯示兩IED裝置具備輸出連接關(guān)系；（3）在選定的IED的輸入信息和輸出連接中過(guò)濾掉重復(fù)出現(xiàn)的IED，保證連接每一個(gè)虛端子，形成完備的連接關(guān)系。相應(yīng)地，分層次圖形化展示包括三層結(jié)構(gòu)；第一層為獲取的所有IED列表信息；第二層為以某IED為中心，展示與該選定IED具有連接關(guān)系的IED的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟晥D；第三層為被選定IED與對(duì)端IED的虛端子連接圖。功能框架如圖2所示。

圖2 SCD可視化原理圖

SCD可視化工具提供一種智能變電站SCD配置文件圖形化展示方法，可以查看IED的信息圖、SV接收、GOOSE接收、GOOSE發(fā)送、信息點(diǎn)圖、定值條目以及.XML文件[4]，展現(xiàn)全站每一臺(tái)IED具備的數(shù)據(jù)流關(guān)系，便于用戶查看IED裝置之間信息交互的具體內(nèi)容，提高調(diào)試和維護(hù)效率[5]。

3 虛端子的應(yīng)用

為完成SCD圖形化展示，引用虛端子概念。GOOSE/SV的信號(hào)是一個(gè)個(gè)孤立的點(diǎn)，需要利用虛擬線條將IED裝置連接在一起，這些信息的邏輯連接點(diǎn)便稱為虛端子[6]。GOOSE相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站中的二次直流電纜，SV則相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站中的二次交流電纜。在二次回路中，合并單元開(kāi)展采樣值服務(wù)將采樣存入輸入緩沖區(qū)，并利用網(wǎng)絡(luò)將采樣同步到智能保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)[7]。

首先，將二次回路的數(shù)字量輸入智能終端，智能終端進(jìn)而應(yīng)用GOOSE將數(shù)據(jù)存入當(dāng)?shù)鼐彌_區(qū)，GOOSE主要通過(guò)交換機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，可將數(shù)字量信息同步到智能保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)[8]。智能主變保護(hù)裝置[PT7502A]2號(hào)主變保護(hù)A屏CRC326CE的可視化界面如圖3所示。每一個(gè)信號(hào)圖都是從一個(gè)IED裝置出發(fā)，可以展示此裝置的輸入輸出信息、合并單元、智能終端及其他IED設(shè)備的接收與發(fā)出信息，模擬量輸入信息主要通過(guò)合并單元接收，數(shù)字量信息則通過(guò)智能終端GOOSE完成接收和發(fā)送，且GOOSE提供的服務(wù)信息流是雙向的[4]，工程人員很容易查找IED裝置及其信息流向。

4 SCD文件圖形化展示

SCD配置文件的圖形化展示，還包括SCD文件差異化對(duì)比、SCL檢查、CRC校驗(yàn)、ICD/CID與SCD文件一致性校驗(yàn)等[6]。

（1）SCD文件差異化對(duì)比，內(nèi)容主要包括IED的增加和刪除、GOOSE控制塊的增加和刪除、SV控制塊的增加和刪除、數(shù)據(jù)集條目的增減和序號(hào)的變化以及外部引用的外部地址等[9]，便于設(shè)計(jì)人員、工程人員清晰展現(xiàn)SCD文件的變動(dòng)，提高工作效率；

（2）CRC校驗(yàn)，即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，主要功能是根據(jù)《Q/GDW1396-2012 IEC_61850 工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》生成相應(yīng)的CRC碼，并與SCD文件中提取的CRC校驗(yàn)碼進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)SCD生成的校驗(yàn)碼是否正確，每個(gè)SCD/ICD/CID配置文件都有唯一的CRC校驗(yàn)碼，可用此校驗(yàn)碼區(qū)分配置文件，在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)區(qū)別管理；

（3）SCL檢查，主要功能是根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)當(dāng)前選中的SCD文件、ICD文件等進(jìn)行語(yǔ)法和語(yǔ)義的檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容按照警告信息、錯(cuò)誤信息與提示信息分類展示，展示項(xiàng)則包括當(dāng)前檢測(cè)的位置、檢測(cè)結(jié)果與校驗(yàn)類型等；

（4）ICD/CID與SCD文件一致性校驗(yàn)，ICD/CID文件是由SCD文件生成，具備單一的關(guān)系，當(dāng)不能確定ICD/CID文件是否由SCD文件生成時(shí)，需要開(kāi)展校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果包括IED信息、子網(wǎng)信息與模板信息。

5 結(jié) 論

SCD文件是變電站運(yùn)行的重要文件，包含變電站所有信息。利用SCD文件可以導(dǎo)出IED裝置配置文件，并將其下裝到IED裝置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互操作。當(dāng)前，全站的SCD文件已代替設(shè)計(jì)圖紙成為調(diào)試、運(yùn)維及改擴(kuò)建的直接依據(jù)，是智能變電站的理論依據(jù)。然而SCD文件可讀性差，需要SCD可視化工具支撐服務(wù)。SCD可視化工具的應(yīng)用提高了設(shè)計(jì)廠商、集成廠家、設(shè)計(jì)院以及國(guó)家電網(wǎng)公司的工作效率，促使工程人員的工作簡(jiǎn)單易行。因此，SCD文件正確與否至關(guān)重要，SCD文件管控系統(tǒng)與SCD文件可視化工具的合理使用直接決定著智能變電站的建設(shè)和推廣。

圖3 [PT7502A]2號(hào)主變保護(hù)A屏CRC326CE

此外，SCD文件與智能變電站的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的聯(lián)系，可通過(guò)SCD可視化工具查看各裝置的虛端子連接情況，便于工程人員開(kāi)展運(yùn)維和檢修工作，使其不用依賴大量的圖紙操作設(shè)備，節(jié)省工作時(shí)間，大大提高工作效率。