馮義，張承模，劉宏君，楊慶偉

（1. 貴陽供電局，貴州 貴陽 550081；2. 長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057）

從2011年迎來了智能變電站的大規(guī)模的建設(shè)時期，“十二五”期間智能變電站的數(shù)量將突破6 000座。智能變電站采用三層兩網(wǎng)的架構(gòu)體系，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化作為基本要求。變電站的過程層以網(wǎng)絡(luò)通信方式替代大量的二次回路電纜，常規(guī)變電站的二次硬回路轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茏冸娬镜亩翁摶芈?。這種轉(zhuǎn)變方式表現(xiàn)為原來以電纜傳輸單一信號構(gòu)成的純電路結(jié)構(gòu)，變成以光纜傳輸多路信號，再也無法從外部的物理連線分析整個回路[1]。這些回路配置信息都保存在智能變電站的唯一配置源文件SCD文件中。除此之外該文件還描述智能變電站內(nèi)所有IED的實例配置和通信參數(shù)、IED之間的通信配置以及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在智能變電站的運(yùn)行維護(hù)過程中，導(dǎo)致SCD文件版本升級的原因有多種，SCD文件雖有歷史記錄供參考來了解SCD升級的大致變動情況，但是這些歷史記錄都是依賴操作人員個人素質(zhì)，甚至修改過的SCD文件也無歷史記錄，導(dǎo)致完全失去對SCD文件的管理控制能力。同時這些歷史記錄無法精確定位SCD變動的具體內(nèi)容，也無法定位到升級所影響的范圍，以及對應(yīng)的安措方案。

基于上述問題，本文認(rèn)真分析了智能變電站的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2-3]，在CRC碼的基礎(chǔ)上提出了一種SCD版本差異化的比較方案，方便智能變電站的設(shè)計人員、運(yùn)行維護(hù)人員使用。

1 SCD文件研究

SCD即智能變電站配置描述文件（substation configuration description）是IEC61850定義的描述智能變電站一次設(shè)備、二次設(shè)備配置的文件，詳細(xì)定義了一二次設(shè)備的功能映射關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系；描述了二次設(shè)備的通訊參數(shù)、邏輯聯(lián)系等信息，完整地描述了各孤立的設(shè)備如何連接在一塊組成了智能變電站系統(tǒng)，是智能變電站運(yùn)行的重要配置源。雖然規(guī)范中指出SCD文件由Header、Substation、Communication、IED、DataTypeTemplate 等5 部 分 組成，但受限國內(nèi)實際情況，智能變電站目前僅使用了Header、Communication、IED、DataTypeTemplate 四部分，未使用描述一二次設(shè)備的功能映射關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系的Substation部分[4-8]。

SCD文件中重要的配置信息如圖1綠色部分所示，在Communication部分，MMS部分描述了裝置的IP、子網(wǎng)掩碼等配置，GOOSE、SV部分分別描述了Gocb、Svcb的組播地址等。在IED部分，S訪問點下的DataSet描述了裝置上送給監(jiān)控后臺的信息。G訪問點下的DataSet描述了裝置的GOOSE開出信息，GOIN是LN的前綴信息，表示是GOOSE的開入信息。M訪問點下的DataSet描述了裝置的SV開出信息，SVIN是LN的前綴信息，表示是SV的開入信息[4-8]。

圖1 SCD文件結(jié)構(gòu)Fig. 1 The structure of the SCD file

2 CRC校驗原理

CRC（cyclic redundancy check，循環(huán)冗余校驗碼）是應(yīng)用廣泛的校驗碼。早期應(yīng)用于通信領(lǐng)域，用于校驗報文序列有沒有被丟失（如無線電波通信受雷電影響）或惡意修改。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，CRC校驗也常用于文件完整性的校驗。簡單來說，CRC校驗原理就是在一個P位的二進(jìn)制序列上添加一個S位的二進(jìn)制序列（校驗碼），從而構(gòu)成一個總長為L=P+S的二進(jìn)制序列。數(shù)據(jù)序列和校驗碼形成了一定關(guān)系，若數(shù)據(jù)遭到破壞或篡改，就會破壞該關(guān)系，從而就能得知數(shù)據(jù)是否正確[9]。

3 方案設(shè)計

3.1 裝置計算信息

為了能得到升級前和升級后兩版本的SCD文件的差異性，不僅需要對SCD文件計算CRC檢驗碼，還需要對內(nèi)容信息計算。為了快速得知用戶關(guān)心的變化部分，將SCD中裝置的信息分為5部分：MMS發(fā)送相關(guān)參數(shù)、GOOSE發(fā)送相關(guān)參數(shù)、GOOSE接收相關(guān)參數(shù)、SV發(fā)送相關(guān)參數(shù)、SV接收相關(guān)參數(shù)，分別使用MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 代表如圖2所示。其中Pub、Sub為public、subscribe的縮寫。

圖2 裝置核心信息分類Fig. 2 The core information classification of devices

MMS發(fā)送相關(guān)參數(shù)（MMSPub）:

LLN0下的DataSet的元素參數(shù)（含Private元素）：

Data1Ref:相關(guān)DAI元素、bType；

GOOSE發(fā)送相關(guān)參數(shù)（GOOSEPub）:

GOCB1路徑名（GOCBRef）：

GSEControl元素參數(shù)（含Private元素）；

Communication中與GOCB1相關(guān)的GSE元素參數(shù)（含Private元素）；

GOCB1引用的DataSet元素參數(shù)（含Private元素）：

Data1Ref:相關(guān)DAI元素、bType；

……

DatanRef:相關(guān)DAI元素、bType。

GOCB2路徑名（GOCBRef）：同上

……

GOCBn路徑名（GOCBRef）：同上

GOOSE接收相關(guān)參數(shù)（GOOSESub）:

外部GOCB1路徑名（GOCBRef）：

GSEControl元素參數(shù)（不含Private元素）；

Communication中與GOCB1相關(guān)的GSE元素參數(shù)（不含Private元素）；

外部GOCB1引用的DataSet 元素參數(shù)（不含Private元素）：

Data1Ref: bType、intAddr 及 相 關(guān)DAI 元 素 或NULL；

Data2Ref: bType、intAddr 及 相 關(guān)DAI 元 素 或NULL；

……

DatanRef: bType、intAddr 及 相 關(guān)DAI 元 素 或NULL。

外部GOCB2路徑名（GOCBRef）：同上

……

外部GOCBn路徑名（GOCBRef）：同上

SV發(fā)送相關(guān)參數(shù)（SVPub）:

MSVCB1路徑名（MSVCBRef）：

SampledValueControl元素參數(shù)（含Private元素）；

Communication中與MSVCB1相關(guān)SMV元素參數(shù)（含Private元素）；

MSVCB1引用的DataSet元素參數(shù)（含Private元素）：

Data1Ref:相關(guān)DOI元素；

Data2Ref:相關(guān)DOI元素；

……

DatanRef:相關(guān)DOI元素。

MSVCB2路徑名（MSVCBRef）：同上

……

MSVCBn路徑名（MSVCBRef）：同上

SV接收相關(guān)參數(shù)（SVSub）:

外部MSVCB1路徑名（MSVCBRef）：

SampledValueControl元素參數(shù)（不含Private元素）；

Communication中與MSVCB1相關(guān)SMV元素參數(shù)（不含Private元素）；

該MSVCB引用的DataSet元素參數(shù)（不含Private元素）：

Data1Ref: intAddr及相關(guān)DOI元素或NULL；

Data2Ref: intAddr及相關(guān)DOI元素或NULL；

……

DatanRef: intAddr及相關(guān)DOI元素或NULL。

外部MSVCB2路徑名（MSVCBRef）：同上

……

外部MSVCBn路徑名（MSVCBRef）：同上

3.2 CRC校驗碼比較原則

為保證針對同一版本的SCD文件，一臺裝置從SCD中提取來信息形成的XML文件計算出來的CRC校驗碼一致。所有提取元素的子元素應(yīng)與SCD文件中的順序一致；所有提取元素的屬性按字母順序從a-z的順序排列；沒有子元素和賦值的元素應(yīng)采用“/>”結(jié)尾。

同時需要剔除元素間及屬性間的空格、換行符、回車符、列表符后轉(zhuǎn)換成ASCII碼序列。

采用的CRC校驗參數(shù)為[2]

?

3.3 報告輸出

3.3.1 配置升級報告

配置升級報告見圖3。配置升級報告是描述升級前后SCD文件比對后配置發(fā)生變化的裝置、新增裝置以及停用刪除的裝置。天藍(lán)色的裝置表示升級前后沒有變化。

圖3 配置升級報告Fig. 3 The configuration upgrading report

3.3.2 細(xì)節(jié)比對報告

細(xì)節(jié)比對報告是以裝置為中心，針對其CRC校驗碼的變化，展開3部分的內(nèi)容分析，報告如圖4所示。

圖4 細(xì)節(jié)升級報告Fig. 4 The detailed upgrading report

1）裝置自身接收虛端子信息差異比對（包括連接變化、位置變化、數(shù)量變化、中文描述變化）；

2）裝置自身發(fā)送控制塊描述比對、通訊參數(shù)比對、發(fā)送端子信息差異比對（包括連接變化、位置變化、數(shù)量變化、中文描述變化）；

3）對端裝置發(fā)送控制塊描述比對、通訊參數(shù)比對、發(fā)送端子信息差異比對（包括連接變化、位置變化、數(shù)量變化、中文描述變化）；

3.3.3 母線保護(hù)升級報告

母線保護(hù)升級報告描述的是在比較了升級前后SCD版本后，再以母線保護(hù)裝置為核心，和其相關(guān)的發(fā)送裝置和接收裝置的通訊參數(shù)的變化情況、虛回路的變化，該報告主要在母線間隔擴(kuò)建的時候使用。如果該報告為空就說明原先的裝置與母線之間的虛回路沒有發(fā)生變化，那么在做擴(kuò)建實驗的時候就只需要對新增裝置做實驗了，這里以CYSR_BP_01的SUB配置升級報告為例，如圖3所示。

3.4 試驗智能分析

3.4.1 裝置MMS數(shù)據(jù)變化

MMS數(shù)據(jù)變化，主要是裝置通過MMS報告發(fā)給監(jiān)控后臺的信息，根據(jù)規(guī)范[2-3]，裝置站控層的數(shù)據(jù)信息變化，可以得到表1所示的站控層數(shù)據(jù)集變化分析。

3.4.2 過程層信息變化

裝置過程層信息變化主要是通過GOOSE、SV連接的裝置，若裝置自身或連接裝置的GOOSE、SV的配置有變化，提示需要重新做裝置間的互操作實驗。

表1 MMS數(shù)據(jù)集變化分析Tab. 1 The analysis of the MMS data set changes

4 方案實現(xiàn)

4.1 軟件架構(gòu)

本文提出的SCD版本差異化比較方案基于Qt4.6開發(fā)，便于集成到Linux、Windows等平臺上。如圖5所示，SCD版本差異化比較方案包含6個模塊：解析模塊、SCD內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、信息提取模塊、CRC計算模塊、差異分析模塊、報告輸出模塊。該方案的輸入是升級前后的兩個版本的SCD文件，輸出是配置升級報告、細(xì)節(jié)比對升級報告、母線保護(hù)升級報告。

4.2 流程實現(xiàn)

4.2.1 裝置信息提取流程

1）導(dǎo)入SCD，利用tinyXML解析SCD文件。

2）以裝置為單位，獲取裝置的通訊參數(shù)信息。

3）以裝置為單位，獲取裝置的虛端子信息。

4）以裝置為單位，根據(jù)裝置數(shù)據(jù)集的FCDA，獲取裝置的DO、DA信息。

5）根據(jù)裝置接收虛端子信息分析發(fā)送裝置的發(fā)送控制塊、通訊參數(shù)以及數(shù)據(jù)集等信息。

6）按MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 5部分。

4.2.2 配置升級報告

配置升級報告是整個SCD版本比對的開始，依次導(dǎo)入升級前后的SCD版本，提取裝置信息，生成CRC校驗碼。具體的配置升級報告流程如圖6所示。

圖6 配置升級報告流程Fig. 6 The design flow diagram of the configuration upgrading report

4.2.3 母線保護(hù)升級報告

1）用戶選中母線保護(hù)裝置；

2）以母線保護(hù)裝置為中心，獲取所有和它有關(guān)聯(lián)的裝置；

3）判斷母線保護(hù)裝置及其相關(guān)的裝置是否升級，輸出母線升級報告。

4.2.4 細(xì)節(jié)升級報告

細(xì)節(jié)升級報告是SCD版本比較的核心部分，它的輸出流程如圖7所示。

4.3 報告輸出

所有報告的輸出采用jit開源庫，它是基于javascript編寫，可以利用自行構(gòu)建的json數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后調(diào)用對應(yīng)接構(gòu)傳遞該數(shù)據(jù)，就可以快速生成樹形結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

圖7 細(xì)節(jié)升級報告流程Fig. 7 The design flow diagram of the detailed upgrading report

本文所提出的基于CRC的SCD文件版本差異化比較方案，來源于標(biāo)準(zhǔn)，又在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了MMS部分，利用CRC校驗輸出智能變電站的配置升級報告、細(xì)節(jié)升級報告、母線保護(hù)裝置報告，從而實現(xiàn)了SCD文件版本比較，方便智能變電站的調(diào)試單位、運(yùn)行維護(hù)單位對SCD文件的版本差異化的查看掌握、清楚了解內(nèi)部升級結(jié)構(gòu)，方便測試實驗的展開。

[1] 劉彬，林俊. 數(shù)字化變電站虛回路智能檢測軟件開發(fā)與應(yīng)用[J]. 廣西電力，2011，2（34）: 9-11，33.LIU Bin，LIN Jun. Development and application of intelligent software for virtual circuit test in digital substation[J]. Guangxi Electric Power，2011，2（34）: 9-11，33（in Chinese）.

[2] Q/GDW 1396-2012 IEC61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型[S].北京: 國家電網(wǎng)公司，2012.

[3] QGDW695-2011智能變電站信息模型及通信接口技術(shù)規(guī)范[S]. 北京: 國家電網(wǎng)公司，2011.

[4] IEC 61850-6 Edition 2.0 Communication networks and systems for power utility automation Part 6: configuration description language for communication in electrical substations rela ted to IEDs[S]. 2009.

[5] 祁忠，篤竣. IEC61850 SCL配置工具的研究與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（7）: 76-81.QI Zhong，DU Jun. Research and implementation of IEC61850 SCL configuration tool[J]. Power System Protection and Control，2009，37（7）: 76-81（in Chinese）.

[6] 朱二中，傅軍棟. 變電站配置語言SCL的分析與研究[J].電力學(xué)報，2013，28（4）: 328-331.ZHU Erzhong，F(xiàn)U Jundong. Analysis and research of substation configuration language（SCL）[J]. Journal of Electric Power，2013，28（4）: 328-331（in Chinese）.

[7] 郭健生，吳文宣. 基于TinyXML的智能變電站SCD文件的解析[J]. 電力與電工，2011，31（3）: 7-10.GUO Jiansheng，WU Wenxuan. Parse for SCD file of smart substations based on TinyXML[J]. Electric Power and Electrical Engineering，2011，31（3）: 7-10（in Chinese）.

[8] 高磊. IEC 61850 SCL配置文件比對工具的研究與實現(xiàn)[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2013，37（20）: 88-91.GAO Lei. Research and implementation of comparison tool for IEC 61850 SCL configuration file[J]. Automation of Electric Power Systems，2013，37（20）:88-91（in Chinese）.

[9] 王根義. CRC校驗碼算法的研究與實現(xiàn)[J]. 電子工程設(shè)計，2012，20（9）: 38-40.WANG Genyi. Study and implementation of the algorithm of CRC-tested code[J]. Electronic Design Engineering，2012，20（9）: 38-40（in Chinese）.