謝 民，王同文，周立軍，趙曉東，張 倩

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230022;2.國(guó)網(wǎng)宿州供電公司，安徽 宿州 234000;3.安徽大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，安徽 合肥 230601)

智能變電站[1-3]中的變電站配置 (substation configuration description，簡(jiǎn)稱(chēng)SCD) 文件描述了智能電子設(shè)備(intelligent electronic devices，簡(jiǎn)稱(chēng)IED)及其通信的配置及變電站一次系統(tǒng)架構(gòu)等信息.智能變電站有一體化、互動(dòng)化優(yōu)點(diǎn).智能變電站二次回路[4-8]的非可視化,增加了變電站運(yùn)行的不可控性.由于缺少對(duì)智能二次設(shè)備、SCD文件、軟壓板及虛回路有效管控的技術(shù)平臺(tái)，檢修過(guò)程中，很難避免誤操作[9-10].當(dāng)前需要研究智能變電站二次設(shè)備，使虛擬二次回路和光纖回路可視化[11-15]，達(dá)到在線監(jiān)測(cè)及智能診斷[6,16-18]的目的，降低智能變電站檢修難度.

筆者提出智能變電站虛擬二次回路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)診斷、缺陷輔助隔離及安全預(yù)警，檢修人員可實(shí)時(shí)觀察到變電站虛擬二次回路的變化及SCD文件的變化，對(duì)檢修人員的工作有很大幫助，也利于變電站穩(wěn)定運(yùn)行.

1 智能變電站SCD概述

SCD文件描述了變電站一次系統(tǒng)架構(gòu)、IED配置信息、IED間信號(hào)聯(lián)系信息、通信訪問(wèn)點(diǎn)的位置及地址等[14-15].SCD文件由信息頭(header)、變電站(substation)描述、IED描述、通信(communication)系統(tǒng)描述、數(shù)據(jù)類(lèi)型模板(data type templates)5個(gè)部分組成.header包含了SCD文件的版本、名稱(chēng)和規(guī)定等；substation描述變電站的功能結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備及一次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；IED描述IED配置及其功能；communication描述二次設(shè)備通信信息；data type templates描述數(shù)據(jù)類(lèi)型模板信息.

目前SCD存在的問(wèn)題如下：SCD文件管理缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家提供的設(shè)備種類(lèi)、配置工具等存在差異，導(dǎo)致二次系統(tǒng)更加復(fù)雜；用光纜取代電纜進(jìn)行整體連接，使二次回路不能可視化，給檢修工作增加了難度；采用SCD離線管理模式之后， SCD文件變動(dòng)缺少跟蹤和記錄，且SCD文件的變動(dòng)依靠人工管理，不得不全站停電檢查，影響電網(wǎng)運(yùn)行.

2 SCD虛回路及光纖回路可視化

從管理人員的角度出發(fā)，將SCD配置信息分為單裝置、單裝置虛回路、單裝置邏輯鏈路，如表1所示.

表1 SCD配置信息分解表

2.1 GOOSE與SV

面向通用對(duì)象事件(generic object oriented substation event, 簡(jiǎn)稱(chēng)GOOSE)是IEC 61850中用于傳輸IED間重要實(shí)時(shí)信號(hào)的快速報(bào)文機(jī)制，采樣值(sampled value,簡(jiǎn)稱(chēng) SV)是用于實(shí)時(shí)傳輸數(shù)字采樣信息的機(jī)制.

2.1.1 GOOSE傳輸機(jī)制

GOOSE信息傳輸過(guò)程如圖1所示，發(fā)送控制塊與發(fā)送數(shù)據(jù)信息一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)發(fā)送控制塊滿(mǎn)足特定的觸發(fā)條件時(shí)，該發(fā)送控制塊就發(fā)送GOOSE報(bào)文，發(fā)布者先將數(shù)據(jù)信息輸入發(fā)送緩沖區(qū)，訂閱者從接受緩沖區(qū)讀取接收的數(shù)據(jù).由于沒(méi)有特定的接收方，多個(gè)邏輯裝置會(huì)接收?qǐng)?bào)文，但每個(gè)邏輯裝置僅按規(guī)則解析接收的相關(guān)數(shù)據(jù)，忽略無(wú)關(guān)的報(bào)文.

圖1 GOOSE信息傳輸過(guò)程

2.1.2 SV傳輸機(jī)制

SV信息傳輸過(guò)程如圖2所示，發(fā)布者按規(guī)定的采樣率采樣輸入信息，將采樣的輸入信息存入發(fā)送側(cè)的緩沖區(qū)，訂閱者從接受側(cè)的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù).接收到新的采樣值時(shí)，接收緩沖區(qū)就啟動(dòng)相關(guān)功能.

圖2 SV信息傳輸過(guò)程

2.2 虛回路可視化

根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，與ICD相關(guān)的信息通過(guò)ICD文件工具解析，按照IED、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)對(duì)象等順序形成樹(shù)形結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3).

圖3 與IED相關(guān)信息的樹(shù)形結(jié)構(gòu)

虛回路可視化步驟如下：(1)選擇中心IED，按照虛端子表選擇外部IED，選擇數(shù)據(jù)集中心IED的外部信號(hào)，將該信號(hào)置于虛回路配置表中.(2)在中心IED數(shù)據(jù)對(duì)象中，找出以“GOIN”或“SVIN”為前綴的數(shù)據(jù)集；再在其中找出與中心IED相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部信號(hào)；將這些內(nèi)部信號(hào)置于配置表對(duì)應(yīng)的位置.

中心IED的外部信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，就形成了中心IED與外部IED間的虛回路.虛回路可圖像化展示，如圖4所示.

圖4 可視化的虛回路

2.3 光纖回路可視化

傳統(tǒng)變電站的二次電纜回路被光纖回路替代后，智能變電站的裝置上出現(xiàn)很多光纖端口，每個(gè)光纖端口接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)均不相同.當(dāng)光纖端口信息缺失時(shí)，需檢查每個(gè)端口接收或發(fā)送的信息，找到信息缺失的端口，這嚴(yán)重降低了檢修人員的工作效率.將虛端子信息與二次設(shè)備的起始端口信息綁定，使虛回路信息與光纖回路信息關(guān)聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)光纖回路的可視化，可視化的光纖回路如圖5所示.

圖5 可視化的光纖回路

3 智能變電站SCD文件比對(duì)

變電站在運(yùn)行中產(chǎn)生多種不同版本的SCD文件，這不利于檢修人員的工作.針對(duì)該問(wèn)題，提出對(duì)不同版本SCD文件進(jìn)行比對(duì)的方法，快捷確定不同版本SCD文件的差異.

SCD文件比對(duì)流程如圖6所示.

圖6 SCD文件比對(duì)流程

比對(duì)的具體步驟如下：

(1) 第一層次比對(duì)：找出與虛回路有關(guān)的全部信息，將其生成XML文件，進(jìn)一步生成唯一的CRC校驗(yàn)碼；然后對(duì)比所有IED的CRC校驗(yàn)碼，確定虛回路配置信息發(fā)生變化的裝置.

(2) 第二層次比對(duì)：針對(duì)發(fā)生變化的IED，進(jìn)行鏈路信息比對(duì)，進(jìn)一步確定有差別的鏈路.將IED與外接裝置間的鏈路關(guān)系用可視化方式展示.

(3) 第三層次比對(duì)：比對(duì)鏈路信息變化的數(shù)據(jù)鏈路參數(shù)，得到鏈路參數(shù)的變化情況；比對(duì)虛回路變化的鏈路虛回路，得到虛回路的變化情況.展示發(fā)生變化的IED鏈路參數(shù)和虛回路.

4 SCD工程應(yīng)用

智能變電站虛擬二次回路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已在試點(diǎn)電站穩(wěn)定安全運(yùn)行近兩年，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖7所示.

圖7 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對(duì)虛擬二次回路進(jìn)行監(jiān)視.將虛擬二次回路所有信息融合優(yōu)化，通過(guò)相關(guān)實(shí)時(shí)信息關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視.檢修人員可直觀了解整個(gè)變電站的二次信息、虛擬二次回路狀態(tài)，可提高診斷和處理故障的能力，虛擬二次回路實(shí)時(shí)監(jiān)視如圖8所示.

圖8 虛擬二次回路實(shí)時(shí)監(jiān)視圖

在工程管理中，為了使檢修人員更快捷解決變電站存在的問(wèn)題，需要了解各個(gè)版本的SCD文件的差異.SCD文件比對(duì)中的鏈路對(duì)比如圖9所示，其中 “+”符號(hào)表示增加的鏈路，“×”符號(hào)表示減少的鏈路，“！”符號(hào)表示數(shù)據(jù)發(fā)生變化的鏈路.

圖9 鏈路比對(duì)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者提出了智能變電站虛擬二次回路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使現(xiàn)場(chǎng)工作內(nèi)容可視化和實(shí)時(shí)化，滿(mǎn)足不同組網(wǎng)方式智能變電站的檢修需求，顯著提高了工作效率.該系統(tǒng)已應(yīng)用于多個(gè)智能變電站，運(yùn)行結(jié)果表明該系統(tǒng)安全有效，值得大規(guī)模推廣.