劉海峰，朱維鈞，陳宏

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

智能變電站配置文件一體化管控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

劉海峰，朱維鈞，陳宏

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

分析當(dāng)前智能變電站配置文件管控的工程現(xiàn)狀，結(jié)合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)及智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)對當(dāng)前配置文件管控存在的問題進(jìn)行深入的剖析，對一體化管控體系的建設(shè)和配置文件管控版本控制原則進(jìn)行詳細(xì)的闡述。一體化管控系統(tǒng)基于 B/S體系結(jié)構(gòu)和Struts開發(fā)框架，采用JDBC數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)和Tomcat應(yīng)用服務(wù)器等關(guān)鍵技術(shù)，提出了智能變電站配置文件一體化管控的技術(shù)解決方案，并基于JSP.技術(shù)與JAVA對系統(tǒng)功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，最后針對性地提出了系統(tǒng)硬件部署方案。

智能變電站；Struts框架；SCD文件；一體化管控

與常規(guī)變電站相比，智能變電站因采樣數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)使其二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生了革命性的變化。這種變化給智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)及擴(kuò)建等工作帶來了新的挑戰(zhàn)。尤其是符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的建模技術(shù)，使得全站二次設(shè)備基于全站信息配置文件 (Substation Configuration Description，SCD)運(yùn)行，現(xiàn)場需要將SCD文件導(dǎo)出的IED實(shí)例配置文件 (Configured IED Description， CID)下裝到裝置來完成配置。智能變電站的SCD文件相當(dāng)于常規(guī)變電站的設(shè)計(jì)圖紙，且重要性要高于圖紙。與常規(guī)站的圖紙相比，SCD文件是機(jī)器語言，需要用專用的軟件工具才能查看、修改。而且二次設(shè)備之間基于二次回路構(gòu)成的邏輯鏈接關(guān)系變成了不可見的虛回路。因此，SCD文件配置的正確性，尤其是虛端子及虛回路所涉及到的跳合閘、采樣回路，對智能變電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要〔1－5〕。

目前SCD文件管控缺乏有效的技術(shù)手段，其版本的唯一性得不到保障，再加之IEC61850標(biāo)準(zhǔn)本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)維、檢修及改擴(kuò)建等環(huán)節(jié)處理配置文件存在很多困難〔6－10〕，非常不利于智能變電站的運(yùn)維及后期改擴(kuò)建工作。為此，國網(wǎng)公司制定了 《國家電網(wǎng)公司智能變電站配置文件運(yùn)行管理規(guī)定》，要求其管理應(yīng)遵循 “源端修改，過程受控”的原則，以運(yùn)維單位為主體，建立智能變電站配置文件管理系統(tǒng)，對配置文件實(shí)施統(tǒng)一管理。文中首先分析了智能變電站SCD文件管控方面存在的問題，然后提出了一種智能變電站SCD文件管控系統(tǒng)的架構(gòu)，并進(jìn)行了實(shí)施。

1 工程現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)大部分智能變電站工程配置文件的管控存在如下問題:

1)由于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)最早在國內(nèi)試點(diǎn)和實(shí)踐時(shí)各大保護(hù)設(shè)備廠家率先掌握了核心技術(shù)，導(dǎo)致智能變電站建設(shè)過程中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成過度依賴系統(tǒng)集成商及設(shè)備廠家。

2)設(shè)備入網(wǎng)檢測執(zhí)行力度不夠，導(dǎo)致IED能力描述文件 (IED Capability Description，ICD)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，工程現(xiàn)場對ICD的修改非常普遍。

3)SCD文件雖然相當(dāng)于設(shè)計(jì)圖紙，但是大部分變電二次設(shè)計(jì)人員不具備SCD的集成和配置能力，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程與SCD文件集成工作脫節(jié)，設(shè)計(jì)圖紙與SCD文件不是一體化完成的，難以避免兩者的不一致。

4)工程調(diào)試現(xiàn)場的設(shè)計(jì)變更，尤其是SCD的變更沒有任何管控和支撐手段，SCD版本的唯一性不可控；工程驗(yàn)收資料移交時(shí)對配置文件的正確性、完整性、一致性的驗(yàn)收缺乏技術(shù)手段。

5)變電站技改、大修、改擴(kuò)建過程中配置文件的流轉(zhuǎn)、修改無完善的管控機(jī)制和技術(shù)手段保障。

總之，目前智能變電站的配置文件管控粗放，過程不受控，這種現(xiàn)狀難以適應(yīng)智能站大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和安全運(yùn)行的需要。

2 SCD文件管控體系構(gòu)建

2.1 管控體系的組成

針對目前智能變電站配置文件管控的現(xiàn)狀，需要統(tǒng)籌考慮建立完整的管控體系，覆蓋設(shè)備入網(wǎng)、調(diào)試、工程驗(yàn)收和后期的運(yùn)維及改擴(kuò)建的智能變電站全生命周期，如圖1所示。

圖1 管控體系

2.1.1 入網(wǎng)管理

對設(shè)備供應(yīng)商提供的ICD模型文件檢測入庫，從中國電科院的入網(wǎng)合格信息庫中直接導(dǎo)入，作為工程現(xiàn)場集成SCD文件用的ICD文件的唯一源頭。

2.1.2 設(shè)計(jì)管理

負(fù)責(zé)智能變電站SV及GOOSE虛回路表的設(shè)計(jì)工作；參與聯(lián)調(diào)、現(xiàn)場安裝調(diào)試，確認(rèn)虛回路表變更和設(shè)計(jì)變更，提交工程配置SCD文件。設(shè)計(jì)管理的關(guān)鍵點(diǎn)是設(shè)計(jì)應(yīng)用的ICD應(yīng)該是入網(wǎng)統(tǒng)一發(fā)布的版本，設(shè)計(jì)圖紙 (表)要與SCD集成一致。

2.1.3 調(diào)試管理

在調(diào)試過程中，對SCD修改是難免的，調(diào)試管理的關(guān)鍵是做好SCD的變更管理。各設(shè)備供應(yīng)商基于SCD文件生成自己裝置的CID和IED回路實(shí)例配置文件 (Configured IED Circuit Description，CCD)并完成下裝。

2.1.4 竣工驗(yàn)收管理

工程驗(yàn)收過程中的資料移交是配置文件管控的重要節(jié)點(diǎn)，在驗(yàn)收階段要通過一定的技術(shù)手段或管理手段保證移交的資料與現(xiàn)場裝置的一致性。

2.1.5 運(yùn)維及改擴(kuò)建管理

投入運(yùn)行的變電站日常運(yùn)維過程中消缺、擴(kuò)建時(shí)會(huì)對SCD文件進(jìn)行修改，所以運(yùn)維過程中嚴(yán)格保證SCD文件版本在控，通過相關(guān)的簽入簽出流程保證SCD文件的唯一性和一致性。

2.1.6 技術(shù)監(jiān)督管理

技術(shù)監(jiān)督是配置文件管控體系的技術(shù)保障，組織對各類配置文件的檢測及其他技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的管理，并作為整個(gè)管控體系實(shí)施的技術(shù)支撐。

2.2 配置文件的版本管控原則

配置文件的版本管控分系統(tǒng)層面和裝置層面2個(gè)部分。其中系統(tǒng)層面的配置文件管控即SCD文件的版本和全站信息CRC校驗(yàn)碼。裝置層面的配置文件管控依據(jù)功能版本、ICD配置版本、CID和CCD實(shí)例配置版本3種版本標(biāo)識(shí)對智能裝置中的程序及配置文件進(jìn)行版本管控。

1)功能版本:代表智能裝置核心功能模塊的軟件版本，通過該標(biāo)識(shí)可唯一確定保護(hù)軟件的功能和邏輯，包含功能版本號(hào)、生成時(shí)間和校驗(yàn)碼。

2)ICD配置版本:代表智能裝置通信能力描述文件的版本。ICD文件中含有過程層輸入輸出和站控層信息服務(wù)描述，包含 ICD配置版本號(hào)、配置生成時(shí)間、裝置型號(hào)、裝置的功能版本。

3)實(shí)例配置版本:代表智能裝置實(shí)例化配置文件 (CID和CCD)版本。裝置所下裝的CID和CCD文件版本應(yīng)與所依據(jù)的SCD版本相同，包含實(shí)例配置版本號(hào)和生成時(shí)間，便于核對。

3 SCD文件管控系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 系統(tǒng)功能

結(jié)合管控體系及配置文件版本管控原則的分析，開展智能變電站配置文件一體化管控系統(tǒng)的建設(shè)，分為主站和站端，主站圍繞管控體系，主要實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)、數(shù)據(jù)、調(diào)試、驗(yàn)收、運(yùn)維改擴(kuò)建等過程的管理功能，站端作為主站在站內(nèi)的功能補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)SCD配置、文件的收集與分發(fā)、CCD及CID下裝、文檔版本比較、語法語義檢測、配置信息在線獲取等功能，整個(gè)系統(tǒng)的功能框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能框架

3.2 技術(shù)架構(gòu)

為適應(yīng)智能變電站配置文件管控體系的要求，主站和站端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都采用局域網(wǎng)環(huán)境下的B/S結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)只需要維護(hù)一個(gè)服務(wù)器，客戶端采用瀏覽器運(yùn)行軟件。軟件應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯完全在應(yīng)用服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，用戶表現(xiàn)完全在Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，客戶端只需要瀏覽器即可進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。

對B/S結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)，Struts框架比較適合，尤其是對于開發(fā)比較大型復(fù)雜的Web應(yīng)用系統(tǒng)。Struts是基于MVC模式應(yīng)用架構(gòu)的開源框架，是利用Java Servlet和JSP、XML等方面的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)構(gòu)建Web應(yīng)用的一項(xiàng)非常有用的技術(shù)，也是基于MVC模式的Web應(yīng)用最經(jīng)典框架。

Struts把Servlet，JSP，自定義標(biāo)簽和信息資源整合到一個(gè)統(tǒng)一的框架中，主要由一系列的框架類、輔助類和定制的JSP標(biāo)記庫構(gòu)成。開發(fā)人員利用其進(jìn)行開發(fā)時(shí)不用再自己編碼實(shí)現(xiàn)全套MVC模式，極大地節(jié)省了時(shí)間〔11－13〕。Struts的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是可擴(kuò)展的應(yīng)用框架，即允許開發(fā)人員根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展框架，定制客戶化的功能。圖3所示的是Struts框架圖。

圖3 Struts框架

基于Struts框架，系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)訪問層和數(shù)據(jù)層，業(yè)務(wù)訪問層負(fù)責(zé)各個(gè)環(huán)節(jié)的各類配置文件的提交、檢測、下載、查詢服務(wù)、流程管理等業(yè)務(wù)，采用Tomcat應(yīng)用服務(wù)器中間件將每個(gè)業(yè)務(wù)封裝為獨(dú)立的EJB組件，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和業(yè)務(wù)的分離，使系統(tǒng)具有開放體系結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)層管理系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，包括變電站信息、人員組織機(jī)構(gòu)信息、配置文件版本信息、配置文件檢測信息、站內(nèi)裝置在線信息等。數(shù)據(jù)層采用Java數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)，是一種執(zhí)行SQL語句的Java API的技術(shù)，可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪問，由一組用Java語言編寫的類和接口組成〔14－15〕。系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.3 系統(tǒng)部署

主站端系統(tǒng)部署在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全Ⅲ區(qū)，見圖5，由3臺(tái)服務(wù)器組成，分別是Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和備份服務(wù)器。

站內(nèi)部署在一體化信息平臺(tái)的Ⅱ區(qū)綜合應(yīng)用服務(wù)器，經(jīng)過Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、Ⅱ區(qū)縱向加密認(rèn)證裝置、Ⅱ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間的正反向隔離裝置實(shí)現(xiàn)與主站通信。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、地市公司可選配子站系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)用戶通過內(nèi)網(wǎng)可直接通過Web瀏覽器直接訪問。

圖5 系統(tǒng)部署

4 結(jié)語

基于配置文件為主線的智能變電站配置文件一體化管控的研究和應(yīng)用，明確了智能變電站全生命周期各環(huán)節(jié)工作深度，實(shí)現(xiàn)了各工作環(huán)節(jié)間的無縫交互，規(guī)范了智能變電站二次系統(tǒng)集成的管控，實(shí)現(xiàn)配置文件的全過程管理，提高了智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)維的工作效率，充分發(fā)揮智能變電站的技術(shù)優(yōu)勢，提升了全過程風(fēng)險(xiǎn)管控水平，為智能變電站的改擴(kuò)建、調(diào)度運(yùn)行以及檢修維護(hù)提供安全保障，滿足智能站大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化、高效率的建設(shè)和運(yùn)行需求。

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Research and implementation of smart substation configuration file integration management system

LIU Haifeng，ZHU Weijun，CHEN Hong

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The current situation of smart substation configuration file management is analyzed，combined with the characteristics of IEC61850 standard and smart substation technology.The construction of integrated management system and the control principle of the configuration file management are introduced in detail.The integration management system is based on B/S system structure and Struts development framework，using JDBC database access technology and Tomcat application server key technology.The idea of smart substation configuration file management integration system construction is proposed，and the system function is designed and realized based on JSP technology and Java.At last the system hardware deployment is suggested.The smart substation configuration file integration control system is the guarantee of construction，operation and maintenance managements.

smart substation；Struts frame；SCD file；integration management

TM63，TM76

B

1008－0198(2016)06－0033－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.009

劉海峰(1980)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)及管理等工作。

2016－04－19 改回日期:2016－09－23

朱維鈞(1982)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、智能變電站方面的研究。

陳宏(1974)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)及管理等工作。