智能變電站一體化配置工具的研究

周奕帆 葉翔 葛立青

摘要：為了提高智能變電站工程實施效率，改進配置方法，保證配置數(shù)據(jù)的準確性、完整性、同源性，在分析變電站各專業(yè)配置需求和流程的基礎上，提出了以SCD模型為核心的、基于插件式軟件架構的一體化配置工具。通過對站內(nèi)完整的一、二次模型和其他業(yè)務應用模型的一體化配置，優(yōu)化了配置流程，提升了軟件集成度，提高了操作可靠性，降低了傳統(tǒng)分散化配置方式導致的配置錯誤風險。

關鍵詞：SCD模型;插件式架構;一體化配置

0 引言

隨著IEC 61850標準的推廣和普及，智能變電站得到了飛速發(fā)展和推廣應用。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站站內(nèi)二次系統(tǒng)的設計、實施、調(diào)試、驗收等各環(huán)節(jié)有了很大的不同，表現(xiàn)出越來越多的信息技術特征。在配置方面，變電站配置描述文件（Substation Configuration Description，SCD）的重要性日益顯現(xiàn)。SCD文件作為站內(nèi)配置工作的核心，包含了全站二次系統(tǒng)的大部分重要配置信息。一方面，SCD文件結(jié)構上的特征——模型結(jié)構層次多、智能電子設備（IED）的配置內(nèi)容分散、可讀性差，提高了配置的復雜度。另一方面，站內(nèi)間隔層通信設備所采集的測點越來越多，相關配置工作量也隨之快速增長。同時，隨著自動化系統(tǒng)的應用功能不斷豐富，工程配置的工作量、維護的復雜度和系統(tǒng)集成的成本也大大增加。

由于智能變電站系統(tǒng)配置環(huán)節(jié)多、流程復雜，甚至存在大量重復配置的信息，學習成本高;個別配置錯誤調(diào)試時不易暴露，系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時定位困難，甚至會使系統(tǒng)帶病運行，增加了檢修人員排查問題的成本。因此，簡化配置，降低對相關人員的技術要求，規(guī)范配置方法，標準化配置流程成為智能變電站越來越迫切的現(xiàn)實需求。

在智能變電站體系架構之下，配置流程、配置工具、配置文件管理等方面的課題研究均獲得了良好的進展，但目前的研究主要集中在SCD文件上，對整個自動化系統(tǒng)的配置考慮不多。本文基于上述問題，研究了具有針對性的解決方法，提出了智能變電站一體化配置工具，基于裝置模型，進行一體化配置，實現(xiàn)包括智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)、遠動和測控裝置等系統(tǒng)的一體化配置。

1 智能變電站配置需求及流程分析

1.1 ? ?SCD文件配置

智能變電站的系統(tǒng)配置，根據(jù)IEC 61850標準的理念是以SCD文件為基礎，SCD文件的內(nèi)容根據(jù)業(yè)務歸屬主要分為：

（1）保護業(yè)務：保護事件、保護量測、定值、壓板、保護錄波、二次虛回路，過程層GOOSE和SV，站控層通信模型（MMS通信設置）。

（2）自動化業(yè)務：相關數(shù)據(jù)集（包括遙信、遙測、參數(shù)、告警）、通信網(wǎng)絡信息、測控二次虛回路，過程層GOOSE和SV，站控層通信MMS。

（3）一次設備拓撲，一次設備與二次裝置的邏輯或功能關聯(lián)關系，保存在變電站規(guī)范模型文件（System Specification Description，SSD）中。

目前站內(nèi)SCD的配置通常是通過專用的SCD工具完成。

1.2 ? ?監(jiān)控系統(tǒng)配置

智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，通過解析SCD文件形成初步的二次設備數(shù)據(jù)庫，并在此基礎上對四遙數(shù)據(jù)的其他應用屬性（取反、偏移量、系數(shù)、告警方案、鈴聲、統(tǒng)計功能等）進行設置，根據(jù)應用需求進行復合信號的編輯;繪制主接線圖，對一次設備拓撲進行層次建模（變電站、電壓等級、間隔、設備），建立監(jiān)控畫面的圖元和二次測點的關聯(lián)關系;最后對高級應用進行設置。監(jiān)控系統(tǒng)的配置通常也依賴于專用工具。

1.3 ? ?遠動系統(tǒng)配置

智能變電站的遠動機，首先也應導入SCD文件，形成二次設備數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)需求對四遙點的屬性進行設置;接下來配置信道的通信參數(shù)，設置規(guī)約參數(shù);根據(jù)主站需求生成復合邏輯信號（比如事故總信號）;最后配置遠傳的四遙點表。

1.4 ? ?其他配置

測控裝置在SCD文件的基礎上進行聯(lián)閉鎖邏輯的配置。

保信子站等保護管理系統(tǒng)先導入SCD文件，再完成與保護功能相關的配置。

1.5 ? ?配置流程

智能變電站配置流程如圖1所示。

（1）智能變電站的配置流程從SCD配置開始，SCD配置通常由系統(tǒng)配置工具和IED配置工具構成。系統(tǒng)配置工具導入二次設備的ICD文件，完成通信配置、過程層/站控層配置后，生成CID和CCD文件，通過裝置配置工具下裝到具體的裝置中。同時，系統(tǒng)配置工具可以導入一次設備拓撲并進行一、二次功能的關聯(lián)（SSD文件），最終生成全站SCD文件。

（2）生成的全站SCD文件，依次導入監(jiān)控后臺、遠動機、保信子站等其他系統(tǒng)的配置工具，進行再配置。

（3）若某IED設備模型發(fā)生變化，需通過系統(tǒng)配置工具更新ICD模型，生成CID或CCD文件下裝到對應的IED設備，導出更新后的SCD文件;最后依次更新監(jiān)控后臺、遠動機、保信子站等系統(tǒng)。

1.6 ? ?主要問題

智能變電站的配置方式主要存在以下問題：

（1）整個配置過程依賴一系列獨立的工具完成，配置過程零散、煩瑣，更新過程自動化程度不高、需要人工干預，易導致配置信息不完整或錯誤。若SCD文件改變，但未正確地更新到后續(xù)系統(tǒng)（或只更新部分系統(tǒng)，譬如只更新監(jiān)控后臺，未更新遠動機），將導致整個智能站的數(shù)據(jù)斷面不一致。

（2）存在大量冗余配置和重復配置。譬如，監(jiān)控后臺、遠動機、保信子站等系統(tǒng)都需要導入SCD文件，生成二次設備數(shù)據(jù)庫（包含四遙測點庫）;監(jiān)控后臺和遠動機都有復合邏輯的組態(tài)的需求（其中大部分邏輯是相同的）;防誤邏輯需要在后臺和測控分別配置;最后SCD文件和后臺都需要進行主接線圖配置，一次設備建模和功能關聯(lián)。這些大量的重復配置不僅易出錯，而且嚴重降低了智能變電站的實施效率，延長了調(diào)試周期。

2 技術方案

2.1 ? ?方案說明

針對上述問題，可以采用包含SCL配置、監(jiān)控后臺配置、遠動配置、保信子站配置、測控配置的一體化解決方案，即智能變電站一體化配置工具。

一體化配置工具依然以SCD配置為前端和核心，充分采納源端配置的理念，凡SCD模型中可配置的內(nèi)容均不在后續(xù)模塊中重復配置，并納入SSD的配置。充分發(fā)揮SSD在全站一次設備（包括設備拓撲關系，一、二次功能關聯(lián)）建模方面的重要作用，將監(jiān)控后臺、保護管理系統(tǒng)等后續(xù)系統(tǒng)的主接線圖繪制、拓撲設置、圖元關聯(lián)等功能前移到SSD配置中。一體化配置工具根據(jù)SSD的配置信息，自動生成全站一次設備模型。再對SCD的IED信息進行集成配置，根據(jù)配置結(jié)果自動更新二次設備模型。在此基礎上進一步開展對監(jiān)控系統(tǒng)、遠動機、保信子站、測控聯(lián)鎖等業(yè)務功能的配置。由于全站各系統(tǒng)共用同一份數(shù)據(jù)模型，并通過程序化的方式強制保證了模型的一致性，減少了配置環(huán)節(jié)的信息交換。利用這種方式可以有效保證變電站各子系統(tǒng)模型的一致性和正確性。一體化配置工具配置流程如圖2所示。

2.2 ? ?工具框架設計

工具框架采用開放式插件架構，每個配置功能都以獨立插件的形式存在。工具通過加載各功能插件，并管理其交互關系，以累積的方式建構一體化配置工具的系統(tǒng)功能。插件框架的工作流程如圖3所示。

工具包含的功能插件如表1所示。

2.3 ? ?數(shù)據(jù)模塊設計

數(shù)據(jù)管理模塊管理全站數(shù)據(jù)結(jié)構，對下與數(shù)據(jù)庫接口模塊連接，實現(xiàn)應用數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)庫的存儲和訪問;對上作為工具各應用功能模塊的數(shù)據(jù)支撐，向各應用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。

數(shù)據(jù)庫管理模塊以單例模式，向處于active狀態(tài)的應用模塊提供數(shù)據(jù)訪問服務，非active狀態(tài)應用模塊切換到active模塊時，要進行界面數(shù)據(jù)的刷新;向下與數(shù)據(jù)庫訪問接口保持單連接。

模塊內(nèi)部由多個動態(tài)庫構成，如圖4所示。模塊功能概述如表2所示。

2.4 ? ?工具對外接口

一體化配置工具完成配置工作后，需要與各業(yè)務系統(tǒng)建立通信聯(lián)系，將當前最新的配置信息發(fā)布給業(yè)務系統(tǒng)（監(jiān)控后臺、遠動機等），業(yè)務系統(tǒng)導入配置信息，并將導入的過程和結(jié)果反饋給配置工具。配置信息的更新為單向過程。

該工具具體的交互流程如圖5所示。

3 結(jié)語

本文介紹了一種基于統(tǒng)一框架設計的、集成化的智能變電站配置工具，在實踐過程中，其能夠嚴格保證各功能模塊數(shù)據(jù)的同源性、唯一性，可以有效提高配置的集成化水平，提高配置的正確性，降低配置難度。

[參考文獻]

[1] 篤峻，葉翔，王長瑞，等.智能變電站設計配置一體化功能規(guī)范研究及工具開發(fā)[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（20）：85-89.

[2] 王文龍，胡榮，張喜銘，等.二次一體化框架下變電站站控層體系架構探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（14）：113-116.

[3] 黃巍，黃春紅，張桂陽，等.繼電保護信息與遠動系統(tǒng)的集成[J].電力自動化設備，2009，29（6）：134-136.

[4] 葉翔，劉輝，周永忠.智能變電站圖模一體化設計軟件實現(xiàn)方案[J].江蘇電機工程，2014，33（3）：41-43.

[5] 祁忠，篤竣，張志學，等.IEC 61850 SCL配置工具的研究與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（7）：76-81.

[6] 胡紹謙，胡榮，張喜銘，等.智能遠動機的研制[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（9）：119-124.

[7] 胡紹謙，李力，朱曉彤，等.提高智能變電站自動化系統(tǒng)工程實施效率的思路與實踐[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（11）：173-180.

收稿日期：2021-04-06

作者簡介：周奕帆（1984—），男，安徽蕪湖人，工程師，主要從事智能變電站綜合自動化、保護信息系統(tǒng)、SCD配置工具方面的研究工作。