智能變電站配置文件管控技術(shù)研究

洪梅子，吳 迪，文 博，李 鵬，宿 磊，雷 楊

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

智能變電站配置文件管控技術(shù)研究

洪梅子1，吳 迪2，文 博1，李 鵬1，宿 磊1，雷 楊1

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

從智能變電站SCD文件管控現(xiàn)狀出發(fā)，介紹了智能變電站SCD文件管控系統(tǒng)這一目前有效的管控手段，梳理并總結(jié)了配置文件系統(tǒng)功能組成、管控流程等內(nèi)容，提出了管控策略。

智能變電站；配置文件；SCD文件管控；管控策略

0 引言

隨著智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展，智能變電站建設(shè)大力推進。與常規(guī)變電站相比，智能變電站二次回路由電纜連接變成了光纖的連接，二次電纜回路變成“虛回路”，智能變電站的設(shè)計、調(diào)試及運維方式等均發(fā)生了較大變化。作為智能變電站核心配置文件（Substation Configuration Description，SCD），SCD文件中的虛回路包括采樣回路和斷路器的跳合閘回路，SCD文件是否正確直接影響繼電保護功能是否能正確實現(xiàn)，所以SCD文件配置的正確性對于變電站的安全運行十分重要。智能變電站SCD文件取代二次回路設(shè)計圖紙成為調(diào)試、運維及改擴建的直接依據(jù)[1-8]。

目前，大部分地區(qū)智能變電站各生產(chǎn)環(huán)節(jié)缺乏SCD文件流轉(zhuǎn)管控，包括建設(shè)單位、電科院、運維單位、調(diào)控部門等部門之間配置文件流轉(zhuǎn)、缺陷的處理、缺陷評估等流程管控，配置文件采用個人存儲、集成商管理等方式，無法保證智能變電站配置文件的規(guī)范、正確和唯一性。針對該問題，智能變電站配置文件管控系統(tǒng)[9-14]通過實現(xiàn)SCD文件的簽入簽出、校核、審核、歸檔流程管理，利用差異化比較工具及各廠家配置工具實現(xiàn)CRC校驗、SCD標準化檢查、SCD差異化比較，查看SCD文件、CID文件修改內(nèi)容等方式，保證SCD文件的安全性、完整性和一致性，從而保障和提升智能變電站安全運行水平。

文章分析了目前SCD文件管控現(xiàn)狀，針對該現(xiàn)狀介紹現(xiàn)有的智能變電站SCD管控系統(tǒng)，概述了SCD文件管控流程、管控策略等方面內(nèi)容，幫助提高智能變電站現(xiàn)場基建、運維管理。

1 SCD文件管控現(xiàn)狀

1.1 存在的問題

目前，智能變電站的建設(shè)和運維環(huán)節(jié)都存在著大量的問題：

(1)智能變電站二次系統(tǒng)普遍使用IEC61850標準，國內(nèi)各廠家水平參差不齊，在消化、理解IEC61850標準和國家電網(wǎng)公司相關(guān)規(guī)范要求時存在差異，造成配置文件不能夠完全符合國家電網(wǎng)公司要求，具備一定的“隱蔽性”，難以通過現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)，給智能變電站運行維護帶來隱患。

(2)虛端子之間的連接取代了傳統(tǒng)的二次回路，二次回路不如常規(guī)變電站那樣直觀可見，運維檢修人員需根據(jù)智能變電站配置文件進行調(diào)試和檢修，智能變電站配置文件可讀性差，調(diào)控及運維部門未具備和掌握查閱、修改SCD文件的技術(shù)手段，造成現(xiàn)場人員作業(yè)困難，運維工作（例如，更換個別保護裝置、插件或變更虛回路等）過分依賴廠家實施。

(3)智能變電站投運后，隨著電網(wǎng)建設(shè)的推進，出現(xiàn)的大修、技改、檢修等工程涉及圖紙及配置文件的修改，造成圖檔版本過多、現(xiàn)場修改混亂、與設(shè)計不一致等問題，給現(xiàn)場工作帶來很大困難和困擾。智能變電站配置文件在運維階段可能發(fā)生多次改動，無法確?，F(xiàn)場裝置實際運行的模型文件來源于最終版本SCD文件，從而無法確保新建及改擴建工程驗收后移交的系統(tǒng)配置文件及圖紙資料可以真實反映現(xiàn)場，各類資料相互之間能夠準印證。

(4)隨著智能變電站的大量投入運行，無論調(diào)控部門還是運檢部門均缺乏對配置文件有效管控的技術(shù)手段，缺乏合理的職責分工和體系化管理，造成智能變電站配置文件管理措施不暢，信息不通，工作協(xié)同困難等諸多管理困難。

1.2 SCD管控措施

按照國家電網(wǎng)公司相關(guān)規(guī)范要求，需要對智能變電站SCD模型文件開展備案及標準化評估工作，于每季度將本季度轄區(qū)內(nèi)投產(chǎn)的110 kV及以上電壓等級智能變電站SCD模型文件及其校驗報告提交模型標準庫備案。如果完全依賴人工開展此項工作，費時費力且質(zhì)量無法得到保障。

現(xiàn)階段針對配置文件檢測的技術(shù)工具，國內(nèi)主要是圍繞是否合乎規(guī)范進行檢測，并沒有深入二次系統(tǒng)內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系的檢測，有可能出現(xiàn)配置文件通過工具檢測但出現(xiàn)信息遺漏或缺失的問題，影響現(xiàn)場調(diào)試工作的開展。

建立針對性的智能變電站配置文件管控系統(tǒng)，對于準確了解智能變電站真實情況，精確掌控運行狀態(tài)有著重要意義。目前，國內(nèi)部分地區(qū)已開展了相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)并投入使用，實際效果顯著。

2 SCD管控系統(tǒng)功能組成及管控流程

2.1 SCD管控系統(tǒng)功能組成

SCD管控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由兩部分組成：SCD采集系統(tǒng)和SCD管控模塊。SCD采集系統(tǒng)負責SCD文件的傳輸和收集；SCD管控模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入、存儲和處理，提供圖形化人機接口，實現(xiàn)對調(diào)度范圍內(nèi)的智能變電站SCD文件進行集中管理，并對外提供SCD文件的可視化查看、信息瀏覽和文件下載等功能。

圖1 SCD管控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of SCD management and control system

智能變電站運維單位向智能變電站配置文件管控系統(tǒng)上傳驗收后的系統(tǒng)配置文件，智能變電站配置文件管控系統(tǒng)的SCD采集模塊首先檢查上傳的系統(tǒng)配置文件的完整性，然后將完整的系統(tǒng)配置文件提交給管控模塊。管控模塊負責解析系統(tǒng)配置文件，并對提交的系統(tǒng)配置文件進行語法、語義校驗、工程CID、CCD文件與SCD文件一致性檢測、工程ICD文件與SCD文件同源性檢測。如果校驗結(jié)果不正確，用戶展示模塊提示此系統(tǒng)配置文件為無效文件，并返回具體的校驗出錯信息。如果校驗結(jié)果正確，由各級負責人審批后歸檔。

管控模塊還可以進行SCD可視化、SCD差異化比對、SCD文件合法性校驗、不同版本CID、CCD文件比對。

從功能劃分，SCD管控可劃分為在線校驗和離線校驗。

在線校驗的目的是檢驗虛端子（IED）的實際模型是否與智能變電站配置文件一致，在線檢驗包括智能站過程層校驗和站控層校驗兩部分內(nèi)容。

過程層校驗是通過IED裝置的過程層接口實現(xiàn)，接收并解析IED裝置發(fā)送的SV和GOOSE報文，校驗報文的參數(shù)、通道數(shù)量、以及數(shù)據(jù)類型是否與SCD文件描述的一致，按照SCD文件的描述向IED發(fā)送具有特定報文參數(shù)和數(shù)據(jù)的SV、GOOSSE報文，校驗IED能否正確接收解析報文，完成正確的動作響應(yīng)。

站控層校驗通過站內(nèi)的站控層網(wǎng)絡(luò)訪問IED，主要檢查三個方面：模型一致性、數(shù)據(jù)描述一致性和服務(wù)一致性。

離線校驗主要是檢查智能變電站配置文件描述的模型是否符合相關(guān)標準的模型定義，與實際的的工程需要是否一致，不應(yīng)出現(xiàn)無法施工的錯誤。

2.2 SCD管控流程

從時間上劃分，現(xiàn)有的智能變電站配置文件管控系統(tǒng)的管控流程基本都分為三個階段：施工調(diào)試階段、工程驗收階段和運行維護階段。

工程調(diào)試階段：調(diào)試單位根據(jù)集成商提供的智能變電站配置文件進行調(diào)試，在調(diào)試的過程中驗證智能變電站配置文件是否正確，智能變電站配置文件的更改由調(diào)試單位負責管控，保證最終調(diào)試的智能變電站配置文件是完好無誤的最終版本。調(diào)試單位將最終與現(xiàn)場一致的智能變電站配置文件交給運行維護單位。

工程驗收階段：運維單位負責核實調(diào)試單位提供的配置文件版本與現(xiàn)場裝置實際配置一致；驗收過程中的系統(tǒng)配置文件經(jīng)過建設(shè)管理單位、調(diào)試單位、設(shè)備供應(yīng)商、運維單位會簽配置文件一致性保證書，由運維單位上傳至智能變電站配置文件管控系統(tǒng)進行存檔。

在運行維護階段：（1）運維單位負責運行維護階段的配置文件管理，以工程歸檔的配置文件及相關(guān)資料為依據(jù)，保證運維過程中裝置實際配置文件與歸檔的配置文件一致；（2）由缺陷處理、反措要求、技改施工、設(shè)備檢修等引起的配置文件的變化，運維單位發(fā)起變更申請，對智能變電站配置文件進行更改、檢驗，將配置文件及其變更記錄等資料歸檔管理。由此可見，現(xiàn)有的管控流程可以實現(xiàn)智能變電站配置文件全過程管控。

3 SCD管控策略

利用先進技術(shù)，例如可視化技術(shù)、CRC校驗技術(shù)，制定SCD文件的管控策略，對智能變電站配置文件進行管控。目前常用的管控策略有schema檢驗、信息一致性檢測、信息唯一性校驗、合法性校驗等。

3.1 SCD管控技術(shù)原理

SCD管控系統(tǒng)可以進行SCD可視化、SCD差異化比對、SCD文件合法性校驗、不同版本CID、CCD文件比對。

3.1.1可視化技術(shù)

由于SCD文件可讀性差，可視化技術(shù)可以解析SCD文件的配置信息，通過友好界面展示智能變電站的配置信息，包括二次回路接線配置、電壓等級及間隔信息展示、裝置虛回路信號圖展示，裝置邏輯鏈路圖展示等等，使施工人員、運維人員、調(diào)試人員以及調(diào)度人員能夠清晰的獲取變電站的配置信息，給施工、運維、調(diào)試及管理都來了極大的便利。

SCD文件的完整性、一致性及正確性是通過比對的方法完成的。由于SCD文件使用的是數(shù)字語言，無法直接讀取，因此需要借助輔助工具使智能變電站配置文件可視化。

通過SCD可視化工具將ICD、SCD、CID等文件中的網(wǎng)絡(luò)、對象、對象互操作關(guān)系等以子網(wǎng)圖、信息流圖、虛回路圖、虛端子圖的方式展示出來，并輔以屬性列表方式、文件片段方式將不可見的網(wǎng)絡(luò)、虛回路變成可見的網(wǎng)絡(luò)、回路，直觀展示SCL文件的配置信息，將無法識別的代碼語言轉(zhuǎn)換為調(diào)試、運維人員可以理解的設(shè)備二次回路。智能變電站配置文件可視化之后，通過比較網(wǎng)絡(luò)配置、對象名稱、對象屬性、對象互操作關(guān)系等信息，可以比較智能變電站配置文件的詳細差異，調(diào)試及運維人員還可以通過輔助工具將差異以列表或者圖形等方式展示差異內(nèi)容，從而可以人工判斷智能變電站配置文件的完整性、一致性及正確性。

通過將SCD等文件中的網(wǎng)絡(luò)、對象、對象互操作關(guān)系等以子網(wǎng)圖、信息流圖、虛回路圖、虛端子圖等方式展示出來，并輔以屬性列表方式，將網(wǎng)絡(luò)、虛回路數(shù)據(jù)表達為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、二次回路圖形，直觀展示SCD文件的配置信息。

具體功能包括：

(1)子網(wǎng)信息展示

以圖形化方式直觀展示各通信子網(wǎng)的基本信息，展示子網(wǎng)中的智能裝置以及智能裝置與子網(wǎng)的連接信息，如IP地址、MAC地址等。

(2)智能裝置互操作關(guān)系展示

以圖形化方式直觀展示智能裝置、智能裝置包含的控制塊，并通過控制塊展示智能裝置之間的數(shù)據(jù)收發(fā)關(guān)系。

(3)虛回路展示

以圖形化方式直觀展示智能裝置之間的虛回路。

(4)虛端子展示

以圖形化方式直觀展示智能裝置的輸入、輸出端子，并展示端子關(guān)聯(lián)的外部信息。

(5)對象屬性展示

以列表方式全面展示SCD文件版本及變更記錄、子網(wǎng)屬性、智能裝置屬性、控制塊屬性、數(shù)據(jù)集屬性信息。

3.1.2 CRC校驗技術(shù)

目前，智能變電站配置文件校驗技術(shù)主要應(yīng)用CRC校驗技術(shù)，因為CRC校驗碼是通過提取過程層信息或者是智能變電站配置文件的基本信息形成的唯一的標識碼，具有準確性和唯一性，任何配置信息的更改都可以體現(xiàn)在CRC校驗碼中，所以用CRC校驗碼來對智能變電站配置文件進行管控，能提高準確率和效率。其他的校驗技術(shù)例如二維碼校驗也是以CRC校驗為基礎(chǔ)。

CRC校驗分為兩種，一種是將過程層的虛端子的信息提取出來，生成CRC校驗碼，第二種是將智能變電站系統(tǒng)配置文件的信息提取出來，生成CRC校驗碼，生成的校驗碼與系統(tǒng)配置文件的上傳時間一起成為版本號，可以及時、準確的掌握系統(tǒng)配置文件的變更時間及變更信息。

以過程層的虛端子生成CRC校驗碼為例，首先需要以IED裝置為單位提取出與該IED裝置相關(guān)的過程層配置信息，包括發(fā)布/訂閱的控制塊配置信息，GOOSE、SV協(xié)議的基本參數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，控制塊與內(nèi)部變量之間映射的私有地址信息，控制塊與裝置物理端口之間的配置信息。將這些配置信息以二進制方式表達，然后采用32位CRC生成算法生成唯一的CRC校驗碼。

CRC校驗?zāi)K負責計算CRC校驗碼，并將計算結(jié)果返回給管控內(nèi)核模塊，同時由管控內(nèi)核模塊生成虛端子圖形，并將生成的虛端子圖形文件返回給管控模塊。最后，配置文件管控系統(tǒng)生成系統(tǒng)配置文件的版本信息，并連同提交的系統(tǒng)配置文件、CRC校驗碼、虛端子圖形文件存儲歸檔。智能變電站配置文件管控系統(tǒng)通過加入CRC校驗流程，可以對系統(tǒng)配置文件的版本、正確性、完整性進行有效控制。

3.2 Schema檢驗

Schema檢驗是將SCD采用XML格式描述，檢測智能變電站配置文件結(jié)構(gòu)是否正確、信息是否完整。

3.3 信息一致性檢測

一致性檢測指建立一組測試用例序列，在特定的試驗環(huán)境下，對被檢測對象進行黑盒測試，通過比較輸出的結(jié)果和預(yù)測結(jié)果的差異來判斷被檢測設(shè)備對象與協(xié)議描述的是否一致。普通的一致性檢測由被檢測設(shè)備和一致性檢測軟件組成。

信息一致性檢測是指進行測試時，對檢測的IED模擬特定運行狀態(tài),通過分析MV、GOOSE、MMS等報文，對檢測的IED的輸出結(jié)果與預(yù)期輸出結(jié)果進行分析和判斷，給出對應(yīng)的檢測結(jié)果。

信息一致性檢測具體過程如下：首先檢測CID文件的IEDName是否與SCD文件中某一IEDName相同，如果不同說明該CID文件與SCD文件配置不一致；如果相同，繼續(xù)檢測CID文件的關(guān)鍵配置信息網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置、虛回路配置是否與SCD文件中某一IED裝置配置完全相同（取出關(guān)鍵信息，生成CRC碼，比較二者CRC碼），如果CRC碼完全一致，則說明CID與SCD一致性校驗通過。

3.4 信息唯一性校驗

校驗智能變電站配置文件的某些信息是否唯一，例如虛端子的名稱、GOOSE的連接等等，如果信息有重復(fù)或者交互現(xiàn)象，會引起保護功能的混亂，所以必須對智能變電站配置文件的信息進行唯一性校驗。

3.5 合法性校驗

合法性校驗分為兩步，首先對智能變電站配置文件進行解析，提取相關(guān)信息，例如根據(jù)IED的名稱和描述自動生成間隔信息；根據(jù)通道實例化描述提取IED關(guān)聯(lián)信息，然后按變壓器、母線、母聯(lián)、分段、線路等間隔對提取的信息進行分類，為虛端子合法性檢查做準備。

合法性校驗的內(nèi)容包括：(1)依據(jù)IEC 61850等標準執(zhí)行文件的合法性校驗；(2)CID文件與SCD文件的一致性檢測、SCD文件與ICD文件的一致性檢測；(3)標準化程度檢查，檢查結(jié)果分錯誤、警告、提醒三種類型，未發(fā)現(xiàn)錯誤時，才允許簽入。

4 結(jié)語

隨著智能變電站技術(shù)不斷進步，現(xiàn)場基建、運維管理要求不斷提升，在有SCD文件管控工作的同時，要對智能變電站配置文件管控新技術(shù)、新原理開展進一步研究，例如優(yōu)化管控策略，真正實現(xiàn)配置文件有效管控，確保現(xiàn)場智能變電站安全穩(wěn)定運行。

（References）

[1]高磊，石慧，楊毅，等.智能變電站配置描述文件管控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016,38（12）：3328-3332.GAO Lei,SHI Hui,YANG Yi，et al.Research and implementation of configuration description file management system for smart substation[J].Power System Technology,2016,38（12）：3328-3332.

[2]劉磊，趙文沛，王心妍，等.智能變電站SCD文件的解析、校驗及比對技術(shù)[J].河南科技，2014（4）：84-86.LIU Lei，ZHAO Wenpei，WANG Xinyan，et al.Anal?ysis,verification and alignment of SCD files in in?telligent substation[J].Henan Science and Technol?ogy,2014（4）：84-86.

[3]張浩，陳前臣，石旭剛，等.對智能變電站全站配置SCD文件合法性檢查的研究[J].應(yīng)用技術(shù)，2016,3（6）：35-38.ZHANG Hao，CHEN Qianchen，SHI Xugang，et al.Research on the legitimacy checking of SCD files in the total station configuration of intelligent substation[J].Applied Technology,2016,3（6）：35-38.

[4]徐東偉，李富強，張貴中，等.基于SCD文件風險現(xiàn)狀的管控策略體系研究與應(yīng)用[J].浙江電力，2016,35（6）：17-20.XU Dongwei，LI Fuqiang，ZHANG Guizhong，et al.Research and application of control strategy system based on SCD file risk status[J].Zhejiang Electric Power，2016,35（6）：17-20.

[5]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.Completeness analysis of SCD file management and control strategy in intelligent substation[J].Power System Automation,2014,38（16）：105-109.

[6]徐丹露，侯偉宏，徐奇鋒.智能變電站SCD文件管控技術(shù)措施研究[J].電工技術(shù)，2016,73（7）:72-77.XU Danlu，HOU Weihong，XU Qifeng.Research on SCD file management and control technology of in?telligent substation[J].Electrotechnics,2016,73（7）:72-77.

[7]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.ZHANG Peichao ，JIANG Jianning，YANG Yijun，et al.Lifecycle management of configuration informa?tion for smart substation[J].Power System Automa?tion,2014,38（10）:85-89.

[8]陸承宇，王松，高秀榮，等.基于文件校核比對的智能變電站配置文件管控系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2016,7（3）：64-66.LU Chengyu，WANG Song，GAO Xiurong，et al.Con?figuration management and control system of intelli?gent substation based on file verification comparison[J].Electrotechnics,2016,7（3）：64-66.

[9]魏博淵，鄭永康，蔡鋼，等.IEC61850一致性閉環(huán)測試系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計[J].四川電力技術(shù)，2016,39（1）：51-53.WEI Boyuan，ZHENG Yongkang，CAI Gang，et al.Design of hardware platform for IEC61850 confor?mance closed loop test system[J].Sichuan Electric Power Technology,2016,39（1）：51-53.

[10]鮑偉,高翔,涂琦,等.基于正確性檢查的SCD管理方案[J].電氣技術(shù)，2016（6）：133-137.BAO Wei，GAO Xiang，TU Qi，et al.The develop?ment of SCD management method based on correct checking[J]. Electrical Technology, 2016（6）：133-137.

[11]熊華強，萬勇，桂小智，等.智能變電站SCD文件可視化管理和分析決策系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電力自動化設(shè)備，2015,35（5）：166-171.XIONG Huaqiang，WAN Yong，GUI Xiaozhi，et al.Design and implementation of visual management and analysis decision system for SCD file in intel?ligent substation[J].Electric Power Automation Equipment,2015,35（5）：166-171.

[12]徐鵬，張哲，丁曉兵，等.SCD升級對二次回路影響范圍定位的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2016,44（18）：140-144.XU Peng,ZHANG Zhe,DING Xiaobing，et al.Re?search on positioning the influence scope in sec?ondary circuit by upgrading SCD[J].Power System Protection and Control，2016,44（18）：140-144.

[13]王軒，楊文麗，汪鳳月，等.智能變電站中SCD管控系統(tǒng)的研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2017,33（2）：68-73.WANG Xuan，YANG Wenli，WANG Fengyue，et al.Research on SCD management and control system in smart substation[J].Power System and Clean Energy，2017,33（2）：68-73.

Research on Configuration File Management and Control Technology in Smart Substation

HONG Meizi1,WU Di2,WEN Bo1,LI Peng1,SU Lei1,LEI Yang1
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China）

Based on the current status of configuration file management and control in smart sub?station,the function composition of configuration file management and control system in smart sub?station are introduced in this paper.The function composition,control flow of the configuration file system are summarized and the control strategy is put forward.

smart substation;configuration file;SCD file control;control strategy

TM63;TM76

B

1006-3986(2016)11-0013-05

10.19308/j.hep.2016.11.003

2016-10-10

洪梅子（1987），女，湖北黃梅人，碩士，工程師。