智能變電站虛擬回路自動(dòng)化校核技術(shù)的研究

侯亮，馮亮，楊慶偉（長園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司，廣東深圳518057）

智能變電站虛擬回路自動(dòng)化校核技術(shù)的研究

侯亮，馮亮，楊慶偉
（長園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司，廣東深圳518057）

隨著智能變電站的大規(guī)模建設(shè)，變電站配置描述文件中虛回路配置的正確性及其與現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的一致性，對(duì)智能變電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為此認(rèn)真研究了SCD文件的配置信息，在總結(jié)大量工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上歸納提出了對(duì)虛擬回路亦靜亦動(dòng)的自動(dòng)校核方法：靜態(tài)校核依次分別進(jìn)行SCD文件的schema、虛回路語義校驗(yàn)和配置校驗(yàn)，而動(dòng)態(tài)校核則利用故障模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)虛回路的閉環(huán)測(cè)試。所提出的校核方法采用動(dòng)靜結(jié)合，可有效保障虛回路的正確性和一致性，快速提高智能變電站的調(diào)試效率和運(yùn)維便利性。

智能變電站；二次虛擬回路；靜態(tài)自動(dòng)校核；動(dòng)態(tài)自動(dòng)校核

智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度、通信信息各個(gè)環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，智能變電站無疑是最核心的一環(huán)。與常規(guī)變電站不同，智能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?，虛擬回路配置的正確性和與現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的一致性[1]，對(duì)智能變電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

目前，關(guān)于虛擬回路配置自動(dòng)化校核的研究較少，且現(xiàn)階段智能變電站SCD設(shè)計(jì)和配置脫節(jié)導(dǎo)致無法根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配置，更無法保證虛回路配置的完全正確，二次設(shè)備投運(yùn)前必須進(jìn)行大量的人工校核和手動(dòng)調(diào)試來驗(yàn)證，但校核和調(diào)試的工作量大且容易出錯(cuò)，且對(duì)調(diào)試人員的專業(yè)水平和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的要求較高，缺乏自動(dòng)調(diào)試工具將嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)維的效率和進(jìn)度，甚至危及繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

本文通過分析虛回路配置信息，提出采用基于關(guān)聯(lián)知識(shí)庫的虛回路靜態(tài)自動(dòng)校核方法，驗(yàn)證虛回路設(shè)計(jì)配置的正確性；并結(jié)合故障模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬回路的動(dòng)態(tài)自動(dòng)校核，確保虛回路配置與現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的一致性，快速提高智能變電站的調(diào)試效率和運(yùn)維便利性。

1　虛回路研究

智能變電站中，一、二次設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)配置等重要配置信息都保存在SCD（Substation Configuration Description，智能變電站配置描述文件），它包含了全站的IED設(shè)備、通信參數(shù)、參數(shù)集、各類控制塊、CF及描述（DC）屬性值等，還包含了裝置虛回路配置等[1]。文獻(xiàn)[]分析了SCD文件結(jié)構(gòu)，本節(jié)重點(diǎn)研究SCD文件中的虛回路配置。

在SCD文件中從根結(jié)點(diǎn)進(jìn)入IED結(jié)點(diǎn)，再進(jìn)入G或M訪問點(diǎn)（G代表GOOSE訪問點(diǎn)，M代表SV訪問點(diǎn)），再進(jìn)入LD結(jié)點(diǎn)的LLN0結(jié)點(diǎn)，繼續(xù)往下查找到inputs結(jié)點(diǎn)，inputs結(jié)點(diǎn)信息即是存在SCD文件虛回路配置信息。

圖1　SCD文件虛回路配置結(jié)點(diǎn)Fig.1The virtual circuit node of SCD file

iedName="IL2205A"ldInst="RPIT2"lnClass="GGIO"

lnInst="1"prefix="Mst"

intAddr="TRIP/GOINGGIO7.SPCSO1.stVal"/>

iedName="IL2205A"ldInst="RPIT2"lnClass="GGIO"

lnInst="1"prefix="Mst"

intAddr="TRIP/GOINGGIO8.SPCSO1.stVal"/>

iedName="PM2211A"ldInst="PI"lnClass="PTRC"

lnInst="4"prefix="Bus"

intAddr="TRIP/GOINGGIO11.SPCSO1.stVal"/>

在inputs結(jié)點(diǎn)中，每個(gè)ExtRef即表示一條虛回路連接信息。以為例，它的含義為本裝置的“TRIP/GOINGGIO7.SPCSO1.stVal”的開入虛端子，連接了裝置IL2205A的LD為RPIT2，LN的lnClass為GGIO，實(shí)例號(hào)為1，前綴為Mst，DO為Ind12，DA為stVal的開出虛端子。

由于變電站虛回路配置信息被平面化地保存在單一文件中，而這些文件的體量都非常大，一般可達(dá)20~100 MB，現(xiàn)階段虛回路配置的校核一般采用人工比對(duì)二次回路設(shè)計(jì)圖紙或虛端子聯(lián)系表和SCD配置文件中SV和GOOSE虛回路配置參數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)，校核的工作量大且容易出錯(cuò)，缺乏自動(dòng)校核工具將嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)、調(diào)試的效率和進(jìn)度。

2　基于關(guān)聯(lián)知識(shí)庫的虛回路靜態(tài)自動(dòng)校核方法

靜態(tài)校核主要從離線的角度通過檢查SCD文件配置信息達(dá)到檢查虛回路正確性的目的，靜態(tài)校核從3個(gè)角度校驗(yàn)：1）schema校驗(yàn)；2）虛回路語義校驗(yàn)；3）虛回路配置信息校核。

Schema校驗(yàn)主要是依據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的SCL.xsd、SCL_BaseSimpleTypes.xsd、SCL_BaseTypes.xsd、SCL_Communication.xsd、SCL_DataTypeTemplates.xsd、SCL_Enums、SCL_IED.xsd、SCL_SubStation.xsd等文件shema驗(yàn)證SCD內(nèi)部數(shù)據(jù)的有效性。如何利用xsd文件展開schema驗(yàn)證，文獻(xiàn)[3-6]有詳盡的描述，本文不在贅述。

虛回路語議校驗(yàn)主要校驗(yàn)虛回路的通信參數(shù)和命名的一致性檢查、虛端子連線配置檢查、工程配置規(guī)范化檢查、數(shù)據(jù)類型模板重復(fù)定義檢查等，具體的檢查方法參照《QGWD 11156-2014智能變電站二次系統(tǒng)信息模型校驗(yàn)規(guī)范》[7]進(jìn)行語義校核，本文不再贅述。本節(jié)在歸類整理靜態(tài)校驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，提出利用關(guān)聯(lián)知識(shí)庫校驗(yàn)虛回路的靜態(tài)技術(shù)手段。

2.1概念裝置建立

隨著智能變電站的發(fā)展，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)完善了智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)。本節(jié)以國網(wǎng)公司進(jìn)六統(tǒng)一裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，利用其對(duì)裝置功能配置、ICD文件中的發(fā)送端子、接收端子對(duì)應(yīng)的描述都做了明確的規(guī)定，提取概念裝置。

概念裝置屬性由電壓等級(jí)、所屬間隔類型、設(shè)備類型。裝置虛端子信息由輸入輸出虛端子中文描述、虛端子引用路徑、軟壓板組成，如表1所示。

利用規(guī)范構(gòu)建完成概念裝置，需要從概念裝置從提取能準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)裝置虛端子的關(guān)鍵字。關(guān)鍵字的提取是根據(jù)概念裝置中的標(biāo)準(zhǔn)中文描述或引用路徑，以語義為拆分單位組成關(guān)鍵字，最終關(guān)鍵字的組合要能準(zhǔn)確表達(dá)虛端子含義，為精簡關(guān)鍵字?jǐn)?shù)量，提高程序運(yùn)行效率，可以刪除無用、重復(fù)字。表2即是根據(jù)表1利用語義拆分形成的關(guān)鍵字表。

表1　線路保護(hù)虛端子Tab.1The virtual terminals of the line protection equipment

表2　概念裝置虛端子關(guān)鍵字符Tab.2The key-character of the concept equipment

2.2關(guān)聯(lián)知識(shí)庫的構(gòu)建

隨在相同電壓等級(jí)下，保護(hù)裝置與智能終端、保護(hù)裝置與合并單元、合并單元與智能終端、合并單元與測(cè)控裝置、智能終端與測(cè)控裝置之間的虛擬二次回路連接關(guān)系是固定的，因此可以整理不同電壓等級(jí)下某兩種類型裝置之間的虛擬二次回路連接關(guān)系模板，如表3所示，根據(jù)虛回路連接關(guān)系模板自動(dòng)校驗(yàn)裝置之間的虛回路的正確性。

表3　虛端子關(guān)聯(lián)知識(shí)庫Tab.3 The virtual terminals of the associated knowledge base

2.3靜態(tài)校驗(yàn)應(yīng)用

再對(duì)SCD文件校驗(yàn)完schema、虛回路語義校驗(yàn)后，利用概念裝置構(gòu)建的關(guān)聯(lián)知識(shí)庫，展開虛回路配置信息校驗(yàn)，校驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2　關(guān)聯(lián)知識(shí)庫校核流程圖Fig.2The check design flow diagram of the associated knowledge base

1）從SCD文件中依次解析出虛端子連接信息，包含開入開出裝置名字類型、間隔信息等，還包含虛端子的開入開出中文描述和引用路徑。

2）利用開入裝置信息和開入虛端子信息在關(guān)聯(lián)知識(shí)庫中檢索，主要匹配中文描述關(guān)鍵字和引用路徑的關(guān)鍵詞。若能查找到轉(zhuǎn)至3，查找不到直接進(jìn)行下一條虛端子分析。

3）再利用關(guān)聯(lián)知識(shí)庫中的對(duì)應(yīng)開出關(guān)鍵字，匹配開出虛端子信息，若能匹配上，表示虛端子連接完全正確，若匹配不上則提示告警信息，提示用戶檢查。

3　基于故障模擬系統(tǒng)的虛回路動(dòng)態(tài)自動(dòng)校核方法

由于基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的二次虛回路連接關(guān)系模板來驗(yàn)證虛擬回路配置正確性屬于靜態(tài)可視化管理，只能驗(yàn)證虛回路配置的一致性和正確性，無法實(shí)現(xiàn)缺陷的定位和虛擬回路完整性的驗(yàn)證，仍然需要人工測(cè)試查找缺陷，因此，輔之以大容量虛回路配置動(dòng)態(tài)校核和過程層數(shù)據(jù)校核技術(shù)的研究變得尤為必要。

3.1理論實(shí)踐依據(jù)

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為不同生產(chǎn)廠商的智能電子設(shè)備（IED）之間法實(shí)現(xiàn)互操作性和系統(tǒng)無縫集成提供了途徑[8]。近年來，國網(wǎng)公司進(jìn)行了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化的工作，各廠家二次裝置對(duì)外接口已實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一規(guī)范，為實(shí)現(xiàn)虛回路動(dòng)態(tài)自動(dòng)校核提供了基礎(chǔ)。

可基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)及模型，利用專家知識(shí)，研究需測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理，分析測(cè)試裝置虛回路信號(hào)輸入、輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定測(cè)試信號(hào)的測(cè)試方法，并總結(jié)出可重用性的測(cè)試用例。

一個(gè)完整的典型間隔虛回路測(cè)試用例包括故障量輸入和預(yù)期結(jié)果輸出兩部分。故障量輸入包括裝置和故障參數(shù)的設(shè)定，如定值、壓板、故障類型、虛回路配置文件等；預(yù)期結(jié)果輸出包括動(dòng)作信號(hào)、遙信變位、保護(hù)出口等；利用動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，通過檢測(cè)被校驗(yàn)間隔的輸出與預(yù)期結(jié)果是否一致，實(shí)現(xiàn)單、多間隔虛回路的動(dòng)態(tài)校核和閉環(huán)測(cè)試，其動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　虛回路動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3Structure of the automatic test system

3.2系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

基于故障模擬系統(tǒng)的虛回路動(dòng)態(tài)自動(dòng)校核測(cè)試可分為準(zhǔn)備和執(zhí)行兩部分工作。

準(zhǔn)備階段：在間隔網(wǎng)絡(luò)搭建和裝置配置文件下裝完畢的條件下，調(diào)取相似間隔測(cè)試用例，根據(jù)被測(cè)試間隔的虛回路連接情況，使用IED配置工具從SCD文件中導(dǎo)出測(cè)試用例所需的虛回路配置文件，實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例的再編輯，并錄入至動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)中，即可完成所有測(cè)試準(zhǔn)備工作，如圖4所示。

執(zhí)行階段：首先，在測(cè)試開始前，需核對(duì)測(cè)試用例的規(guī)范性和測(cè)試條件的完整性，在通過檢查后，利用測(cè)試儀客戶端控制測(cè)試儀模擬故障量輸入，并且檢測(cè)被校驗(yàn)設(shè)備輸出與預(yù)期結(jié)果是否一致，當(dāng)自動(dòng)測(cè)試完畢后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告，輔助判斷虛回路配置和網(wǎng)絡(luò)搭建的正確性，大大提高了智能變電站二次設(shè)備安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的工作效率。其動(dòng)態(tài)測(cè)試流程情況如圖5所示。

圖4　動(dòng)態(tài)測(cè)試前準(zhǔn)備Fig.4Preparation for the dynamic test

圖5　動(dòng)態(tài)測(cè)試流程Fig.5The dynamic testing process

4　結(jié)論

文中分析了現(xiàn)階段智能變電站工程實(shí)踐過程中二次虛擬回路調(diào)試所反映的問題，提出了基于關(guān)聯(lián)知識(shí)庫的虛擬回路靜態(tài)自動(dòng)校核和基于故障模擬系統(tǒng)的虛擬回路動(dòng)態(tài)自動(dòng)校核方法，可廣泛地應(yīng)用在廠內(nèi)調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試中，可以減少調(diào)試過程中因人員因素造成的遺漏或錯(cuò)誤，有效保障了智能變電站二次虛擬回路的配置的正確性和與現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的一致性，可快速提高變電站的建設(shè)效率和運(yùn)維便利性。

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[8]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.

（編輯徐花榮）

Research of Smart Substation Virtual Circuit Automatic Checking

HOU Liang，F(xiàn)ENG Liang，YANG Qingwei
（CYG SUNRI Co.，Ltd.，Shenzhen 518057，Guangdong，China）

With the large-scale construction of smart substations，correctness of the substation specification description（SCD）file and its consistency with the on-site equipment operation become crucial to the safe operation of the smart substation，especially to the virtual circuit between intelligent electronic devices in the SCD file.Based on a large number of engineering experience and research on SCD file configuration information，this paper puts forward a virtual circuit automatic checking method.The method includes both static verification and dynamic verification.The static verification is completed by the SCD file schema，virtual circuit verification and semantic configuration check.The dynamic verification is based on the fault simulation system，and the automatic test system can realize the closed-loop test virtual circuit.The method can effectively guarantee the correctness and consistency of the virtual circuit，and rapidly improve debugging efficiency and operation convenience of smart substations.

smart substation；virtual secondary circuit；static automatic checking；dynamic automatic checking

1674-3814（2015）06-0044-05

TM411

A

2015-02-17。

侯亮（1982—），男，工程師，研究方向電力系統(tǒng)自動(dòng)化；

馮亮（1985—），男，工程師，研究方向電力系統(tǒng)自動(dòng)化；

楊慶偉（1985—），男，碩士，研究方向電力系統(tǒng)自動(dòng)化。