SCD 升級對二次回路影響范圍定位的研究

徐 鵬，張 哲，丁曉兵，紀(jì) 陵，張 弛,檀庭方，劉之堯

(1.中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510623；2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153)

SCD 升級對二次回路影響范圍定位的研究

徐 鵬1，張 哲2，丁曉兵1，紀(jì) 陵2，張 弛1,檀庭方2，劉之堯1

(1.中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510623；2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153)

為進(jìn)一步實現(xiàn)對智能變電站改擴建工程的運維管控，提出了一種基于SCD比較的二次系統(tǒng)回路變更影響范圍定位方法。通過比較改擴建前后SCD文件中一次系統(tǒng)描述部分，實現(xiàn)受影響的間隔區(qū)域定位。比較受影響間隔內(nèi)二次裝置CRC碼，判別該二次裝置是否受到波及。進(jìn)一步比較受波及裝置通信描述及關(guān)聯(lián)信息描述部分，分別實現(xiàn)對改擴建工程前后二次系統(tǒng)實際物理鏈路及邏輯虛擬鏈路受波及部分的快速定位。最終以圖形化建模的實現(xiàn)方式為基于SCD比較的二次系統(tǒng)回路變更影響范圍定位方法的具體應(yīng)用提供了有效手段。

智能變電站；運維；SCD；二次回路；影響范圍

0 引言

智能變電站依據(jù) IEC61850 協(xié)議采用了基于對象的建模技術(shù)，將底層不應(yīng)觸及或無需觸及的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行了封裝，使得整個變電站二次系統(tǒng)部分成為了“黑箱”[1]，運維人員難以得知改擴建會對“黑箱”產(chǎn)生怎樣的影響。

在這種情況下，全站唯一的描述文件 SCD 理所當(dāng)然成為了這一“黑箱”的對外接口。由于 SCD 包含了全站 IED 的實例配置和通信參數(shù)、IED 間通信配置及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因而借助對比升級前后的 SCD 能夠一定程度的定位到變電站改擴建影響范圍,為智能變電站改擴建的運維管控提供一種有效手段[2-4]。

文獻(xiàn)[5-6]分別通過 CRC 或自定義二維碼作為SCD 比對方案特征模式，實現(xiàn)了 SCD 文件的管控策略，然而管控尺度僅能到達(dá)裝置層面，無法更為精確定位，文獻(xiàn)[7]通過對 SCD 通信描述特征的分析，提出了一種故障點的概率統(tǒng)計算法，實現(xiàn)了故障點的定位方法，然而僅能作為輔助定位手段。因此亟需一種能夠?qū)崿F(xiàn)改擴建工程對原回路影響范圍更為精確且有效的定位方案。

1 總體方案設(shè)計

SCD 描述了整個智能變電站結(jié)構(gòu)，依據(jù)該模型結(jié)構(gòu)，變電站元素內(nèi)包含多個電壓等級元素，各間隔被劃分在各電壓等級中；間隔元素內(nèi)描述了該間隔所屬的一次帶電設(shè)備、端子及連接點信息；IED的功能邏輯節(jié)點需掛載至對應(yīng)的一次設(shè)備表示其關(guān)聯(lián)關(guān)系，IED 間邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系通過虛端子配置描述，物理關(guān)聯(lián)關(guān)系通過通訊配置及接收虛端子配置描述。

因此通過對比升級前后 SCD 不同層次的關(guān)鍵元素增刪改信息，可快速定位原回路受改擴建影響波及的范圍，總體設(shè)計方案示意圖如圖1所示。

圖1 總體方案設(shè)計示意圖Fig. 1 Diagram of overall scheme design

2 獲取站內(nèi)設(shè)備間關(guān)聯(lián)分析

2.1 智能變電站 SCL 對象模型分析

基于 SCL 描述方式將智能變電站大致劃分為三個基本類：變電站、設(shè)備以及通信，側(cè)重考慮三類關(guān)聯(lián)關(guān)系，則智能變電站 SCL 模型結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 SCL 對象模型Fig. 2 SCL object model

由圖2可知，邏輯節(jié)點是交換對象，用于連接不同的結(jié)構(gòu)。這意味著：邏輯節(jié)點實例作為產(chǎn)品，具有開關(guān)場功能中的一個功能，以及變電站自動化系統(tǒng)客戶或服務(wù)器通信功能，換而言之，通過邏輯節(jié)點可對站內(nèi)與 IED 所關(guān)聯(lián)的一次設(shè)備、鄰接 IED裝置及二次回路進(jìn)行橋接[8]。

2.2 獲取一二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系

通過對變電站描述部分，即 SSD 部分的解析可推導(dǎo)以下三點結(jié)論：

1) 各間隔(包括變壓器間隔、母線間隔、母聯(lián)及線路間隔等)通過內(nèi)部的連接點connectivityNode進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即可通過檢索兩間隔內(nèi)是否存在相同連接點用以判斷兩間隔間是否存在直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2) 通過參與變電站描述部分對象下所掛載的邏輯節(jié)點LNode可以獲得其所屬的二次智能電子裝置IED，即獲取二次設(shè)備與一次系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3) 因與某一次系統(tǒng)對象(包括變電站功能對象、變壓器對象、間隔對象、一次帶電設(shè)備對象等)相關(guān)的邏輯節(jié)點LNode均需掛載至該對象描述段落范圍。

以線路間隔為例：一次線路與智能二次裝置邏輯關(guān)聯(lián)示意圖如圖3所示，由于僅為了描述以上結(jié)論故一次系統(tǒng)部分僅展現(xiàn)了必要電氣設(shè)備及連接點，且并未展現(xiàn)二次智能電子設(shè)備間關(guān)聯(lián)。

圖3 一次線路與二次 IED 邏輯關(guān)聯(lián)示意圖Fig. 3 Sketch map of logical relations between primary system and IED

3 虛擬鏈路映射分析

3.1 二次智能電子裝置間虛回路

3.1.1 接收側(cè)虛鏈路關(guān)聯(lián)

依據(jù) IEC-61850-6 中 SCD 智能電子設(shè)備模型可知，IED 部分自描述定義了外部智能電子設(shè)備信號與本裝置內(nèi)部信號的綁定情況，即虛端子關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過對該部分內(nèi)容的解析可實現(xiàn)IED接收端二次虛回路部分的還原[9]。

表1 智能變電站 IED 關(guān)聯(lián)關(guān)系Table 1 Incidence relations between different types of IEDs

3.1.2 發(fā)送側(cè)虛鏈路關(guān)聯(lián)

由于 GOOSE 和 SV 采用訂閱/發(fā)布機制，IED并不關(guān)心內(nèi)部數(shù)據(jù)集所發(fā)送的對象，故無法直接在IED 描述段落中獲取具體的發(fā)布信息，需要進(jìn)行信息反推，具體過程如下：

1) 通過上章節(jié)所獲取的全站IED二次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲取所有本裝置發(fā)送側(cè)關(guān)聯(lián)的IED；

2) 遍歷發(fā)送側(cè)IED發(fā)送數(shù)據(jù)集內(nèi)信號，挑選出與本裝置外部信號引用部分數(shù)據(jù)屬性值一致的信號，即為本裝置發(fā)送側(cè)虛鏈路關(guān)聯(lián)。

3.1.3 二次智能電子設(shè)備虛鏈路拓?fù)潢P(guān)系

不同類型間隔不同類型IED裝置間虛鏈路拓?fù)潢P(guān)系如圖4所示。

圖4 不同類型 IED 間邏輯關(guān)聯(lián)圖Fig. 4 Map of logical relations between different types of IEDs

3.2 關(guān)聯(lián)虛端子分類

虛端子是對智能電子設(shè)備邏輯連線起點或終點的虛擬描述，由序號、中文描述及內(nèi)部數(shù)據(jù)屬性組成，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)屬性即為所屬邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點及該邏輯節(jié)點下具體的數(shù)據(jù)對象及數(shù)據(jù)描述，以此保證其全站唯一性。僅考慮 SCD 升級波及分析中，結(jié)合 2.2 章節(jié)結(jié)論 3 即可將 IED 間虛端子關(guān)聯(lián)關(guān)系分為IED內(nèi)部告警關(guān)聯(lián)與聯(lián)合管控對象關(guān)聯(lián)兩類，具體過程如下：

1) 通過比較變電站描述部分LNode元素屬性值與對應(yīng)的智能電子設(shè)備IED內(nèi)部邏輯節(jié)點LN元素屬性值，挑選出IED支持一次設(shè)備部分功能邏輯節(jié)點。

2) 由以上邏輯節(jié)點描述的虛端子關(guān)聯(lián)視為聯(lián)合管控對象關(guān)聯(lián)，否則視為二次裝置內(nèi)部告警關(guān)聯(lián)。

圖5 IED 關(guān)聯(lián)間虛端子分類Fig. 5 Classified virtual terminals between IEDs

以典型功能的邏輯節(jié)點及其虛端子為例，分類方式如圖5所示，實現(xiàn)繼電保護(hù)邏輯功能的斷路器或開關(guān)位置信息邏輯節(jié)點 XCBR、XSWI通過 SSD描述與實際一次帶電設(shè)備斷路器或刀閘相關(guān)聯(lián)，視為聯(lián)合管控對象，智能終端裝置本身告警信息 Alm (邏輯節(jié)點類 GGIO)與一次設(shè)備無直接關(guān)聯(lián)，視為內(nèi)部告警類別。

4 物理鏈路映射分析

在實際實現(xiàn)上，智能電子設(shè)備 IED 間 GSE 或SV信號經(jīng)由光纖作為傳輸載體，換而言之，虛實鏈路間存在一定的映射關(guān)系[10]，因此 SCD 升級對物理鏈路的影響范圍同樣需要進(jìn)行定位。由于交換機作為數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點[11]，并不對數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容上的修改，因此當(dāng)前僅對數(shù)據(jù)起始裝置進(jìn)行探討。

4.1 發(fā)送物理端口

SCD 通信部分 Communication 描述了智能電子裝置IED 內(nèi)GSE/SMV控制塊發(fā)布可選的物理端口。濾去無關(guān)信息，文獻(xiàn) [12]中對通信元素屬性進(jìn)行了規(guī)范如表2 所示，其中 PhysConn 元素的”type”屬性值為”Connection”時，定義第一個物理連接，“RedConn”為其他冗余物理連接口定義，端口元素 Port描述為“板卡號-端口號”。

GSE/SMV 控制塊描述與該 IED 下邏輯設(shè)備 LD內(nèi)部某一 GOOSE/SV 發(fā)送數(shù)據(jù)集相對應(yīng)，換而言之，可以定位可供某一信號發(fā)布的光纖通道。

表2 PhysConn 類型定義Table 2 PhysConn type definition

4.2 接收物理端口

接收端物理端口描述于IED外部信號引用部分元素內(nèi)“intAddr”屬性中增加了接收物理端口的描述，端口號描述與上節(jié) Port描述一致且與原內(nèi)部地址采用“：”分離。

4.3 智能電子設(shè)備物理端口連接關(guān)系

在實際工程中，兩 IED 裝置間同類型信號(GOOSE 或 SV)僅采用一對光纖連線進(jìn)行收發(fā)，在模型描述中，收發(fā)口視為同一 Port口。不同類型裝置間物理端口關(guān)聯(lián)示意圖如圖6所示。

圖6 IED 間物理端口連接示意圖Fig. 6 Sketch map of physical connection port between IEDs

由上文分析可知，由于發(fā)送端口可選，接收端口可定，因此當(dāng)裝置間存在同類型信號(GSE/SV)互發(fā)情況下，能夠依據(jù)虛端子解讀定位唯一的光纖鏈路；若裝置間信號為單向流通，則定位接收端口，并在可選范圍內(nèi)進(jìn)一步定位發(fā)送端口。理論上，GOOSE 和 SV 信號可選同一光纖鏈路，考慮到信息傳輸效率上，可能分為多端口傳輸，此時合并單元與測控 GOOSE 互發(fā)，且合并單元將采樣 SV 單向傳遞至測控裝置CE。

5 影響范圍定位

影響范圍定位過程如下所示：

1) 比較升級前后的SCD，提取間隔Bay增刪信息，其影響與之有連接點對象實例connectivityNode相等的間隔部分。

2) 比較未增刪的間隔內(nèi)IED，提取IED增刪信息，其直接影響與之有關(guān)聯(lián)的一次設(shè)備(見圖3)及對側(cè)接收方IED裝置(見表1)。

3) 通過比較未增刪地IED部分CRC碼，快速判斷IED部分是否發(fā)生更改。

4) 提取更改IED的虛端子關(guān)聯(lián)部分，聯(lián)合管控類虛端子的更改影響與之關(guān)聯(lián)的IED及對應(yīng)的一次設(shè)備的管控，自身狀態(tài)告警類虛端子的更改僅影響發(fā)送側(cè)IED裝置(見圖4，圖5)。

5) 比較升級前后SCD的通訊部分結(jié)合4)中虛端子關(guān)聯(lián)部分比較，定位智能電子裝置間實鏈路受影響范圍(見圖6)。

6 結(jié)論

SCD 作為智能變電站全站唯一的描述文件，可夠透過該文件“觀測”智能變電站核心構(gòu)架。本文通過對 SCD 模型的解析，并結(jié)合智能變電站相關(guān)專業(yè)知識，提出了一種二次回路影響范圍定位的方法，該方法針對“封裝化”的智能變電站為相關(guān)運維人員提供了“觀測窗口”，從而為二次虛實回路的管控提供了有效的手段。

然而，當(dāng)前 SCD 仍存在一些亟待改進(jìn)的地方，不僅變電站基礎(chǔ)框架的完整“重構(gòu)化”，在工程實現(xiàn)上，也會出現(xiàn)與常規(guī)專業(yè)知識“不符”的特例，因此，仍需對 IEC61850 模型的規(guī)范化進(jìn)行進(jìn)一步研究與探索。

[1]楊毅, 高翔, 朱海兵, 等. 智能變電站 SCD 應(yīng)用模型實例化研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(22): 107-113. YANG Yi, GAO Xiang, ZHU Haibing, et al. Case study on SCD application based on demo smart substation[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(22): 107-113.

[2]高翔, 楊漪俊, 姜健寧, 等. 基于 SCD 的二次回路監(jiān)測主要技術(shù)方案介紹與分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(15): 149-154. GAO Xiang, YANG Yijun, JIANG Jianning, et al. Analysis of secondary circuit monitoring methods based on SCD[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(15): 149-154.

[3]馬杰, 李磊, 黃德斌. 智能變電站二次系統(tǒng)全過程管控平臺研究與實踐 [J]. 電力系統(tǒng)保護(hù) 與控制, 2013, 41(2): 77-90. MA Jie, LI Lei, HUANG Debin. Research and practice on the whole process management platform of the secondary system in smart substation[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(2): 77-90.

[4]孫一民, 劉宏君, 姜健寧, 等. 智能變電站 SCD 文件管 控 策 略 完 備 性 分 析 [J]. 電 力 系 統(tǒng) 自 動 化 , 2014, 38(16): 105-109. SUN Yimin, LIU Hongjun, JIANG Jianning, et al. Analysis on completeness of substation configuration description file control strategy for smart substation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(16): 105-109.

[5]伊洋, 胡蘇凱, 周宇, 等. 智能變電站 SCD 文件二維校驗碼校驗方法研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(2): 113-118. YI Yang, HU Sukai, ZHOU Yu, et al. Research of smart substation SCD file check based on two-dimensional check code[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(2): 113-118.

[6]葛立青, 趙光元, 楊凡, 等. 智能變電站二次回路故障診斷方法研究[J]. 智能電網(wǎng), 2014, 2(6): 28-31. GE Liqing, ZHAO Guangyuan, YANG Fan, et al. Research on the secondary circuit fault diagnosis methods[J]. Smart Grid, 2014, 2(6): 28-31.

[7]Communication networks and systems for power utility automation part6: configuration description language for communication in electrical substation related to IEDs[S].

[8]胡道徐, 沃建棟. 基于 IEC61850 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. HU Daoxu, WO Jiandong. Virtual circuit system of smart substations based on IEC 61850[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(17): 78-82.

[9]高亞棟, 朱炳銓, 李慧. 數(shù)字化變電站的“虛端子”設(shè)計方法應(yīng)用研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2011, 39(5): 124-127. GAO Yadong, ZHU Bingquan, LI Hui. Application research on design method for "virtual terminal" of digital substation[J]. Power System Protection and Control, 2011, 39(5): 124-127.

[10]秦國強, 段振坤, 任俊, 等. 一種面向智能變電站過程層光纜的智能標(biāo)簽技術(shù)研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(21): 143-147. QIN Guoqiang, DUAN Zhenkun, REN Jun, et al. Research on a kind of smart tag’s technology with smart substation process layer fiber[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(21): 143-147.

[11]Q/CSG 1204005.34-2014 南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 第 3-4 部分: 數(shù)據(jù) IEC61850 實施規(guī)范[S]. Technical specifications of operation smart system in China Southern Power Grid - part 3-4: data specification of IEC61850 implementation[S].

[12]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. WANG Song, XUAN Xiaohua, LU Chengyu. Version management method of smart substation configuration file[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(17): 1-4.

(編輯 張愛琴)

Research on positioning the influence scope in secondary circuit by upgrading SCD

XU Peng1, ZHANG Zhe2, DING Xiaobing1, JI Ling2, ZHANG Chi1, SHAN Tingfang2, LIU Zhiyao1
(1. Power Dispatching and Control Center of China Southern Power Grid, Guangzhou 510623, China; 2. Nanjing Guodian Nanzi Power Automation Co., Ltd., Nanjing 211153, China)

In order to achieve the management and control of smart substation operations, this paper proposes an impact range positioning method based on upgrading SCD in modification or extension project. According to comparing primary system specification description part in SCD file, the scope of influenced bays can be located. Then, it is judged whether the secondary device is affected or not by comparing IED’s CRC. To compare the affected IEDs’ communication description part and input description part, the influence scope of secondary system of physical link circuit and logical link circuit before and after modification and extension can be located respectively fast. At last, it provides the graphically modeling tools to realize this effective means of positioning the influence scope in secondary circuit by upgrading SCD.

smart substation; operation; SCD; secondary circuit; influence scope

10.7667/PSPC151590

：2016-04-12

徐 鵬(1983-)，男，通信作者，博士，高級工程師，主要從事繼電保護(hù)專業(yè)管理、智能變電站管理工作；E-mail: 63667814@qq.com

張 哲(1988-)，男，碩士，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化；E-mail: zhe-zhang@ sac-china.com

丁曉兵(1979-)，男，碩士，高級工程師，主要從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。