林 波，李 凱，楊 康，劉明忠，童曉陽，鄭永康

(1.四川通源電力科技有限公司，四川 成都 610072；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031)

智能變電站SCD文件管控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

林 波1，李 凱2，楊 康1，劉明忠2，童曉陽3，鄭永康2

(1.四川通源電力科技有限公司，四川 成都 610072；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031)

SCD配置文件在智能變電站調(diào)試、運行、維護等環(huán)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。通過分析SCD文件在系統(tǒng)集成技術(shù)方面和管理方面的現(xiàn)狀，提出了對SCD文件的全過程控制管理流程，研究了智能變電SCD文件管控系統(tǒng)及其實現(xiàn)。該管控系統(tǒng)通過對智能變電站二次系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)進行深度分析，針對智能變電站的技術(shù)形態(tài)，遵循全過程管理思路，提供智能變電站二次系統(tǒng)集成過程的業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)共享的支持平臺，通過管控系統(tǒng)對SCD文件語法和語義校驗、SCD文件過程層CRC計算、SCD文件對比、SCD文件的虛端子圖形化展示等多個模塊加以集成，提供了專業(yè)的管控支持工具。

智能變電站；SCD配置文件；管控流程；SCD文件管控系統(tǒng)

0 引 言

智能變電站系統(tǒng)配置描述文件簡稱為SCD (system configured description)文件，該文件描述了智能變電站全部智能電子設(shè)備IED(intelligent electronic device)的實例配置和通信參數(shù)信息、IED之間的聯(lián)系信息及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等配置信息。智能變電站SCD文件配置正確與否、有無變動直接影響繼電保護功能的正確性、IED之間信息通信正確性、監(jiān)控信息正確性等，因此SCD文件是智能變電站實現(xiàn)順利投運、可靠穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。由于各個廠家模型文件不一致，設(shè)計能力不一致，設(shè)計虛端子沒有統(tǒng)一規(guī)范，IED設(shè)備廠家的私有協(xié)議等原因?qū)е屡渲梦募枰磸?fù)的修改驗證，對形成的SCD離散管理，版本眾多，當(dāng)運維和改擴建需要更改SCD文件時，不知在哪一個SCD文件進行更新更改，對其他沒有更改更新的SCD內(nèi)容存在很大的安全隱患，同時也影響智能變電站的可靠、穩(wěn)定運行[1]。

下面對配置文件管理現(xiàn)狀進行分析，提出配置文件全過程管理流程，對配置文件管控系統(tǒng)進行研究并得以運用，有效實現(xiàn)了配置文件的全過程管控，保證了配置文件的安全性、完整性、一致性、唯一性。

1 配置文件管理現(xiàn)狀

配置文件是指描述通信相關(guān)的智能電子設(shè)備(IED)配置和參數(shù)、通信系統(tǒng)配置、開關(guān)場(功能)結(jié)構(gòu)及它們之間關(guān)系的文件。規(guī)定文件格式的主要目的是：以兼容的方式，在不同廠家提供的IED配置工具和系統(tǒng)配置工具間，交換智能電子設(shè)備能力描述和變電站自動化系統(tǒng)描述[2]。

1.1 配置文件分類

系統(tǒng)應(yīng)具備的配置文件包括ICD、SCD、CID、SSD 4類。

ICD文件：IED能力描述文件。由裝置廠商提供給系統(tǒng)集成廠商，該文件描述了IED提供的基本數(shù)據(jù)模型及服務(wù)，但不包含IED實例名稱和通信參數(shù)。

SCD文件：全站系統(tǒng)配置文件，全站唯一。該文件描述了所有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)，由系統(tǒng)集成廠商完成。

CID文件：IED實例配置文件，每個裝置一個。由裝置廠商根據(jù)SCD文件中與特定的IED的相關(guān)配置生成。

SSD文件：系統(tǒng)規(guī)范定義文件，全站唯一。該文件描述了變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)聯(lián)的邏輯節(jié)點，最終包含在SCD文件中。

1.2 配置文件管理現(xiàn)狀分析

目前，SCD文件在調(diào)試階段形成的版本眾多，在很多不知情的情況下集成廠家進行隨意修改，導(dǎo)致運行、維護環(huán)節(jié)的SCD并不是最終提交的SCD。調(diào)試完成后各智能變電站的SCD文件單獨分散管理，且離線管理SCD版本眾多，很難確保檢修時運用的SCD文件的正確性。SCD文件的變動主要依靠人工修改管理，文件正確性和唯一性很難得到保證。由于設(shè)計單位、系統(tǒng)集成商、各IED廠家工具不統(tǒng)一，有關(guān)配置文件的提交和信息修改需要反復(fù)比較多次后方趨于穩(wěn)定，問題定位和修正較為困難，且由于裝置的虛回路配置信息包含了廠家部分私有信息，因此系統(tǒng)集成商在完成SCD組態(tài)配置后，由各設(shè)備廠家利用自身系統(tǒng)配置工具對自身裝置插件、端口進行單獨配置，私有信息配置處于SCD文件之外[3]。

1.3 配置文件管理難點

1.3.1 設(shè)計階段

設(shè)計單位對智能變電站的認知程度不同，設(shè)計能力不同以及圖紙設(shè)計模式無法實現(xiàn)二次虛擬回路的設(shè)計和配置的有機結(jié)合；設(shè)計和配置工作重復(fù)且無法自動關(guān)聯(lián)，需要大量人力驗證配置文件的正確。

1.3.2 調(diào)試階段

智能變電站調(diào)試期間二次調(diào)試范圍廣，涉及的二次設(shè)備眾多，且設(shè)計過程缺乏統(tǒng)一管理手段；基建環(huán)節(jié)和設(shè)計之間配置描述信息溝通不順暢；二次系統(tǒng)集成廠家主導(dǎo)配置，維護混亂，導(dǎo)致SCD配置繁瑣、管理難度大；集成商與各分系統(tǒng)廠家配置工具及配置方法不統(tǒng)一，SCD文件隨調(diào)試過程改動頻繁。

1.3.3 驗收階段

光纖數(shù)字量二次回路驗收檢查無法直觀可視，驗收時通過大量試驗驗證虛回路的正確性；驗收發(fā)現(xiàn)問題及整改需要依靠配置文件檢查，問題定位難度大；驗收新發(fā)現(xiàn)問題需通過SCD配置文件改動實現(xiàn)，無法保證全站功能不受影響。

1.3.4 運維階段

繼電保護二次回路關(guān)鍵信息分散在全站SCD文件內(nèi)，這對SCD文件的正確性有極高的要求，按回路檢查配置正確性缺乏有效手段，發(fā)現(xiàn)寄生回路的難度大大增加；虛擬二次回路使得傳統(tǒng)繼電保護管理模式難以適應(yīng)智能變電站技術(shù)需求；各專業(yè)單位較難獨立開展專業(yè)工作，需要集成廠家支持。

1.3.5 改、擴建階段

由于SCD文件離散，在改、擴建時無法準(zhǔn)確定位運行版本SCD文件，在修改SCD文件上有很大的風(fēng)險；同時SCD文件至裝置配置參數(shù)生成過程不直觀可視，難以判斷全站配置變更影響到的IED設(shè)備范圍；配置文件改動有效性的驗證涉及全部關(guān)聯(lián)運行設(shè)備停役，對系統(tǒng)持續(xù)供電影響大。

2 配置文件全過程管控

2.1 配置文件管控流程

集成廠家收集變電站各廠家IED裝置ICD模型文件，根據(jù)設(shè)計的圖紙及虛端子表進行系統(tǒng)組態(tài)集成，形成配置調(diào)試期SCD文件。調(diào)試中更改更新，形成竣工板SCD文件，投運前用戶上傳至配置文件管控系統(tǒng)，管控系統(tǒng)在線校驗初步審核，審核不通過時，形成不通過事件原因文件返回至調(diào)試期并繼續(xù)修改，修改后再次上傳。

在線審核通過的SCD文件視為上傳成功，上傳成功后用戶登錄管控系統(tǒng)可進行SCD文件功能查詢及應(yīng)用，運用管控系統(tǒng)的在線技術(shù)工具，分析確認SCD文件中的配置信息與設(shè)計圖紙設(shè)計虛端子表一致，現(xiàn)場IED裝置配置文件信息與管控系統(tǒng)生成的配置信息一致，程序版本及CRC效驗一致等，形成運行版SCD并帶版本號并將SCD文件及相關(guān)數(shù)據(jù)壓縮存儲存檔。

后期變電站運行維護及改、擴建時，首先獲得管控系統(tǒng)登錄權(quán)限，下載相關(guān)智能變電站運行版本SCD文件，按照改、擴建圖紙設(shè)計及虛端子表更改后形成新版本SCD上傳至管控系統(tǒng)，根據(jù)SCD比對等功能，確認更改后SCD比對結(jié)果與改、擴建變更的圖紙?zhí)摱俗拥纫恢拢纬尚乱话鍿CD運行文件進行存儲歸檔。

通過對智能變電站集中管控，按地區(qū)、電壓等級等方式形成樹狀管理對象，用戶可追溯各個地區(qū)某一智能站的任意版本的SCD文件，有效保證SCD文件的安全性、完整性、一致性、唯一性[4-5]。

圖1 配置文件管控流程圖

2.2 配置文件管控系統(tǒng)功能

2.2.1 對SCD及其相關(guān)文件進行數(shù)據(jù)庫管理

1)新增、刪除、修改SCD記錄。

2)以某SCD為中心，將SCD、與該SCD相關(guān)的SCD有效性校驗結(jié)果文件、虛端子表文件、2個SCD比較結(jié)果文件，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫。

3)從數(shù)據(jù)庫中解壓后導(dǎo)出SCD、SCD有效性校驗結(jié)果、虛端子表、2個SCD比較結(jié)果等文件；

4)對存入數(shù)據(jù)庫的各類文件進行壓縮存儲，壓縮率達到90%～95%。

5)瀏覽與顯示某變電站的各SCD記錄的相關(guān)信息。

6)直接打開查看SCD有效性校驗結(jié)果、虛端子表、2個SCD比較結(jié)果等文件。

2.2.2 集成多個工具

采用SCD有效性校驗、SCD圖形化查看、SCD比較等工具，分別完成單個SCD有效性校驗、SCD圖形化查看、2個SCD比較等處理，形成對應(yīng)的SCD有效性校驗結(jié)果、2個SCD比較結(jié)果等文件，將這些處理結(jié)果文件與原SCD掛鉤，一起存入SCD記錄[6-7]。

1)采用SCD圖形化查看工具，以圖形化多視角展示某SCD的虛端子信息。

2)采用SCD有效性校驗工具，對某SCD的有效性進行檢驗。

3)采用SCD比較工具，對2個SCD進行差異性比較。

2.2.3 瀏覽各級電力公司基本信息

采用樹與表格相結(jié)合方式，瀏覽共用電壓等級、省級電力公司、市級電力公司、變電站等各類基本信息。

2.2.4 維護各級電力公司基本信息

對共用電壓等級、省級電力公司、市級電力公司、變電站進行信息維護，輔助SCD文檔的管理。

1)對共用電壓等級進行新增、刪除、修改等操作。

2)對省級電力公司進行新增、刪除、修改等操作。

3)對市級電力公司進行新增、刪除、修改等操作。

4)對市級電力公司下變電站進行新增、刪除、修改等操作。

3 配置文件管控系統(tǒng)模塊組成

配置文件管控系統(tǒng)的內(nèi)核包括4個模塊：SCD文件語法和語義校驗、SCD文件過程層CRC計算、SCD文件對比、SCD文件的虛端子圖形化展示。

3.1 SCD文件語法和語義校驗

本模塊的目的是只有正確的SCD文件才能進入配置文件管控系統(tǒng)。存在錯誤的SCD文件，可參考返回的結(jié)果報告，繼續(xù)完善修訂才能提交到配置文件管控系統(tǒng)。

語法和語義校驗?zāi)K主要是對輸入的SCD文件，做Schema語法校驗，依據(jù)IEC 61850-6和Q/GDW 396進行語義校驗。輸入的SCD通過校驗或者沒有通過校驗，本模塊都會輸出一個檢測的結(jié)果報告。

3.2 SCD文件過程層CRC計算

本模塊的目的是進入管控系統(tǒng)的SCD文件，獲得CRC校驗碼。用戶依據(jù)此校驗碼，可快速管理影響保護跳合閘和采樣的關(guān)鍵過程層信息。

過程層CRC計算模塊主要是對輸入的SCD文件(不論解耦的過程層SCD還是完整的SCD都可輸入)，依據(jù)Q/GDW 396-2012計算出全站的CRC和各個IED的CRC。本模塊會輸出一個CRC計算結(jié)果的列表，通過Web Service技術(shù)返回給外部應(yīng)用。

3.3 SCD文件對比

本模塊的目的是進入管控系統(tǒng)的SCD文件，可與任意一個版本的SCD文件作對比，快速定位改變的裝置列表。

SCD文件對比模塊主要是對輸入的兩個版本SCD文件作內(nèi)容比對，重點關(guān)注的是Inputs部分的改動。本模塊會輸出一個站控層配置改變的裝置列表和過程層配置改變的裝置列表，通過Web Service技術(shù)返回給外部應(yīng)用。

圖2 SCD比較分析圖

3.4 SCD文件的虛端子圖形化展示

本模塊的目的是進入管控系統(tǒng)的SCD文件，在職能部門例如設(shè)計的審核階段，將設(shè)計圖紙與本模塊的輸出圖紙作對比，校核虛端子的連接正確性。

虛端子圖形化模塊主要是對輸入的SCD文件，依據(jù)Inputs部分的信息以及輸入和輸出虛端子模型信息，以圖形化多視角展示出各裝置之間的虛端子連接關(guān)系。本模塊會為每個IED輸出一個虛回路端子圖，通過Web Service技術(shù)返回給外部應(yīng)用。

圖3 SCD圖形化查看圖

4 配置文件管控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 對SCD及其相關(guān)文件的管控與多個工具的處理

對SCD及其相關(guān)文件如SCD有效性校驗結(jié)果、虛端子表、2個SCD比較結(jié)果等文件進行新增、刪除、修改、壓縮等處理的數(shù)據(jù)庫管理。

1)新增、刪除、修改SCD記錄。

新增1個SCD記錄，首先選擇1個SCD文件對話框界面如4所示。

圖4 新增SCD圖

導(dǎo)入某SCD后的SCD記錄查看界面如圖5所示。中間的表格為安寧110 kV變電站擁有的各SCD的列表。

2)針對某SCD，將SCD、與該SCD相關(guān)的SCD有效性校驗結(jié)果文件、虛端子表文件、2個SCD比較結(jié)果文件，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫。

圖5界面中上方為SCD記錄列表，下方為某SCD記錄對應(yīng)的詳細信息。

點擊圖5界面下方的“導(dǎo)入SCD有效性校驗結(jié)果”、“導(dǎo)入SCD比較結(jié)果”、“導(dǎo)入虛端子表”3個按鈕，可分別導(dǎo)入SCD有效性校驗結(jié)果文件(Excel)、SCD比較結(jié)果文件(Excel)、虛端子表文件(Excel)到數(shù)據(jù)庫。

圖5 SCD記錄查看圖

3)能夠從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出SCD、SCD有效性校驗結(jié)果、虛端子表、2個SCD比較結(jié)果等文件。

點擊圖5界面下方的“導(dǎo)出SCD有效性校驗結(jié)果”、“導(dǎo)出SCD比較結(jié)果”、“導(dǎo)出虛端子表”3個按鈕，可分別導(dǎo)出SCD有效性校驗結(jié)果文件(Excel)、SCD比較結(jié)果文件(Excel)、虛端子表文件(Excel)到本地文件夾中，在導(dǎo)出時會提示用戶輸入導(dǎo)出后的文件名。

4)瀏覽與顯示某變電站的各SCD記錄。

用戶可點擊界面左邊的樹，選擇不同變電站瀏覽與顯示某變電站的各SCD記錄，如圖5所示。并能夠?qū)CD記錄的SCD修改說明、備注、錄入人等信息進行修改。

5)直接打開查看SCD有效性校驗結(jié)果、虛端子表、2個SCD比較結(jié)果等文件。

當(dāng)用戶點擊圖5界面下方的SCD有效性校驗結(jié)果文件、SCD比較結(jié)果文件、虛端子表文件3個文本框右邊的3個打開按鈕，可用Excel軟件打開SCD有效性校驗結(jié)果、虛端子表、2個SCD比較結(jié)果等文件，直接查看這些文件的內(nèi)容。

4.2 對SCD有效性校驗并形成記錄文件

1)采用SCD圖形化查看工具，該工具以圖形化查看某SCD的虛端子信息。

當(dāng)用戶點擊圖5上方的“圖形化查看SCD”按鈕，本系統(tǒng)將帶著當(dāng)前SCD記錄的SCD文檔名，調(diào)用SCD圖形化查看工具，查看該SCD中各設(shè)備虛端子信息。

2)采用SCD有效性校驗工具，對某SCD的有效性進行檢驗，包括：Schema檢查、語義檢查、虛端子檢查。

當(dāng)用戶點擊圖5上方的“SCD有效性校驗”按鈕，本系統(tǒng)將帶著當(dāng)前SCD記錄的SCD文檔名，調(diào)用SCD有效性校驗工具，對該SCD進行有效性校驗。如圖6所示。

圖6 效驗工具圖

該軟件的運行界面中，在校驗之后分別給出了Schema檢查、語義檢查、虛端子檢查等校驗工作，并把校驗結(jié)果保存到Excel文件中。

3)采用SCD比較工具，對2個SCD進行差異性比較。

當(dāng)用戶選中2個SCD，點擊圖5上方的“SCD比較”按鈕，本系統(tǒng)將帶著當(dāng)前SCD記錄的SCD文檔名，調(diào)用SCD有效性校驗工具，對該SCD進行有效性校驗。

該軟件的運行界面中，在校驗之后分別給出了2個SCD的比較結(jié)果，并把比較結(jié)果保存到Excel文件中。

4.3 瀏覽基本信息

采用樹與表格相結(jié)合方式，瀏覽省級電力公司、市級電力公司、變電站等各類基本信息。

4.4 信息維護及輔助SCD文檔的管理

1)對共用電壓等級進行新增、刪除、修改等維護操作。

2)對省級電力公司進行新增、刪除、修改等維護操作。

5 結(jié) 語

從SCD配置文件在智能變電站配置管理中的重要地位出發(fā)，分析了SCD文件管控在技術(shù)方面、管理方面的現(xiàn)狀和存在困難，提出了配置文件的全過程管控流程，研究了以SCD文件語法和語義校驗、SCD文件過程層CRC計算、SCD文件對比、SCD文件的虛端子圖形化展示4個方面為核心的配置文件管控系統(tǒng)。實現(xiàn)了配置文件的全過程管控，保證了配置文件的安全性、完整性、一致性、唯一性。

其成果已經(jīng)運用在實際工程調(diào)試中。此應(yīng)用縮短了實際智能變電站工程投運周期，增加了SCD文件的正確率和時效性，從而提升了SCD文件的規(guī)范度。

[1] 國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 383-2009，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2] 陳安偉.IEC 61850在變電站中的工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2012.

[3] 胡道徐,沃建棟.基于IEC 61850的智能變電站虛回路體系[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(17):78-82.

[4] 王松,宣曉華,陸承宇.智能變電站配置文件版本管理方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(17):1-4.

[5] 張沛超,姜健寧,楊漪俊,等.智能變電站配置信息的全生命周期管理[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,38(10):85-89.

[6] 劉明忠,童曉陽,鄭永康,等.智能變電站配置描述虛端子多視角圖形化查看系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,39(22):104-109.

[7] 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.

SCD configuration files play an important role in the commissioning, operation and maintenance of smart substations. The situation of SCD files in terms of integration technology and control is analyzed, the control and management of the whole process of SCD files are put forward, and the management control system of SCD files and its implementation in smart substation are studied. The depth analysis for management control system based on secondary system integration business of smart substation is done. Aiming at the technical forms of smart substation and following the ideas of whole process management, the support platform for business collaboration and data sharing in the process of secondary system integration is provided. Through the integration of several modules by the management control system, such as SCD file syntax and semantic checking, CRC calculation for process layer of SCD file, SCD file comparison and the subgraph display of virtual terminal of SCD file, the professional management control support tools are provided.

smart substation;SCD configuration file;management control process;management control system of SCD files

TM63

A

1003-6954(2017)03-0073-05

林 波(1987)，助理工程師，主要研究方向為智能電網(wǎng)技術(shù)、繼電保護及自動化技術(shù)。

2017-01-13)