基于模板復(fù)用的智能變電站系統(tǒng)配置描述文件自動(dòng)配置方案

朱長銀 呂 航 丁 杰

基于模板復(fù)用的智能變電站系統(tǒng)配置描述文件自動(dòng)配置方案

朱長銀1,2呂 航1,2丁 杰1,2

（1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；2. 智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 211102）

目前，在智能變電站工程實(shí)施中，未充分發(fā)揮二次設(shè)備模型及回路數(shù)字化優(yōu)勢，未重用已有智能變電站工程配置成果，導(dǎo)致智能變電站集成標(biāo)準(zhǔn)化水平偏低，集成效率及質(zhì)量較差。本文提出一種基于模板復(fù)用的智能變電站系統(tǒng)配置描述（SCD）文件自動(dòng)配置方案，首先建立典型變電站SCD文件模板庫，然后根據(jù)實(shí)際工程情況選取SCD文件模板并導(dǎo)入實(shí)際工程的各二次設(shè)備模型，再基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱更新虛端子連線關(guān)系即完成SCD配置。本文分析智能變電站集成的主要配置工作，針對(duì)性地提出一種基于模板復(fù)用的SCD文件自動(dòng)配置方案，并結(jié)合工程示例說明具體實(shí)施過程，該自動(dòng)配置方案的應(yīng)用可顯著提升智能變電站集成效率及質(zhì)量。

智能變電站；SCD文件；模板復(fù)用；自動(dòng)配置

0 引言

智能變電站將常規(guī)變電站復(fù)雜的二次接線轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了二次回路數(shù)字化，這一變化導(dǎo)致常規(guī)的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法發(fā)生了質(zhì)的改變[1-3]。針對(duì)典型的變電站一次主接線設(shè)計(jì)，常規(guī)變電站可以復(fù)用典型設(shè)計(jì)方案的工程圖紙，指導(dǎo)變電站二次回路施工，而智能變電站的二次回路已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，更利于復(fù)用二次系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)方案。但是，目前智能變電站的工程設(shè)計(jì)及實(shí)施過程未充分利用這一優(yōu)勢，仍在重復(fù)集成工作，沒有繼承已有智能站工程配置成果，導(dǎo)致智能變電站集成標(biāo)準(zhǔn)化水平偏低、集成效率及質(zhì)量較差，迫切需要研究智能變電站集成優(yōu)化方案。

近年來我國變電站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范日趨完善，為提高二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化水平，國家電網(wǎng)公司及南方電網(wǎng)公司已經(jīng)發(fā)布了保護(hù)、測控、智能終端、合并單元等二次設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范[4-7]，規(guī)范了設(shè)備的技術(shù)原則、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、信息規(guī)范及虛端子等，這些規(guī)范的制定為智能變電站配置文件模板的標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

目前國內(nèi)智能變電站配置優(yōu)化研究工作主要集中在基于設(shè)計(jì)規(guī)范的虛回路自動(dòng)配置[8-14]，并未涵蓋系統(tǒng)配置描述（substation configuration description, SCD）文件配置全環(huán)節(jié)。鑒于此，本文提出一種基于模板復(fù)用的智能變電站SCD文件自動(dòng)配置方案，基于各典型變電站設(shè)計(jì)方案配置全站間隔層及過程層設(shè)備，完成設(shè)備通信配置及虛端子連線，形成不同變電站典型設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的SCD文件模板。根據(jù)實(shí)際工程選取SCD文件模板并導(dǎo)入實(shí)際工程配置的二次設(shè)備模型，再基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱更新虛端子連線關(guān)系，即完成SCD配置。

本文首先分析智能變電站SCD配置的主要工作，在此基礎(chǔ)上針對(duì)性地提出基于SCD模板復(fù)用的自動(dòng)配置方案，并結(jié)合工程示例說明具體實(shí)施方案，最后給出方案評(píng)價(jià)及工作展望。

1 SCD配置工作分析

首先，分析智能變電站SCD配置需要做的主要工作，作為后續(xù)制定自動(dòng)配置方案的依據(jù)。

智能變電站工程集成工作主要包含通信子網(wǎng)的劃分、二次設(shè)備命名、站控層、過程層通信地址分配、虛端子連線等。

1）通信子網(wǎng)配置

通信子網(wǎng)配置示例如圖1所示。通信子網(wǎng)配置與變電站的網(wǎng)絡(luò)方式相關(guān)，如采用數(shù)字采樣、數(shù)字跳閘方案的變電站，除配置站控層制造報(bào)文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）網(wǎng)絡(luò)外，還需配置面向通用對(duì)象的變電站事件（general object oriented substation event, GOOSE）及采樣值（sampled value, SV）網(wǎng)絡(luò)。而如果采用常規(guī)采樣、數(shù)字跳閘方案，則無需配置SV網(wǎng)絡(luò)。所以，確定了變電站二次設(shè)備采樣跳閘方式，就基本可以確定通信子網(wǎng)配置。

圖1 通信子網(wǎng)配置示例

根據(jù)變電站各電壓等級(jí)主接線方式，按設(shè)計(jì)規(guī)范確定相關(guān)二次設(shè)備配置方案，然后按實(shí)際工程設(shè)備具體配置情況導(dǎo)入各智能電子設(shè)備（intelligent electronic device, IED）模型，二次設(shè)備的實(shí)例化工作包括IED命名、站控層及過程層通信地址配置。

2）二次設(shè)備命名

根據(jù)DL/T 1873—2018《智能變電站系統(tǒng)配置描述（SCD）文件技術(shù)規(guī)范》定義的IED Name命名原則，采用5層結(jié)構(gòu)命名：IED類型、歸屬設(shè)備類型、電壓等級(jí)、歸屬設(shè)備編號(hào)、間隔內(nèi)同類裝置序號(hào)。IED Name由上述5個(gè)部分按照現(xiàn)場實(shí)際情況自由組合而成[15]，如將220kV第二套線路保護(hù)命名為PL2201B。

3）通信地址分配

在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行二次設(shè)備的站控層IP地址、過程層GOOSE及SV組播地址配置工作，分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 二次設(shè)備站控層通信地址配置示例

圖3 二次設(shè)備過程層GOOSE組播地址配置示例

以一個(gè)中等規(guī)模的220kV變電站為例，二次設(shè)備數(shù)量超過100個(gè)，逐一為二次設(shè)備命名及配置站控層通信地址工作量較大。

圖4 二次設(shè)備過程層SV組播地址配置示例

4）虛端子連線

下一步工作是配置二次設(shè)備的虛端子連線，這也與二次設(shè)備采樣跳閘方式有關(guān)，需要按照設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行保護(hù)間、保護(hù)與合并單元（數(shù)字采樣方式）及智能終端（數(shù)字跳閘方式）間的虛端子連線，圖5為線路保護(hù)GOOSE虛端子連接配置示例，內(nèi)部信號(hào)為線路保護(hù)輸入虛端子，外部信號(hào)為智能終端和母線保護(hù)的輸出虛端子。

圖5 線路保護(hù)GOOSE虛端子連接配置示例

圖6為母線保護(hù)SV虛端子連接配置示例，內(nèi)部信號(hào)為母線保護(hù)SV輸入虛端子，外部信號(hào)為各合并單元的SV輸出虛端子。

圖6 母線保護(hù)SV虛端子連接配置示例

與前述工作相比，虛端子連線工作最為繁瑣而且易錯(cuò)，配置完成后需要按連線關(guān)系逐一驗(yàn)證。目前，在智能變電站工程的實(shí)施過程中，每個(gè)工程都在重復(fù)上述集成工作，而沒有充分利用已有典型智能變電站配置成果。

綜上所述，將智能變電站工程集成工作主要相關(guān)因素總結(jié)如下：

1）通信子網(wǎng)配置。與二次設(shè)備采樣跳閘方式相關(guān)。

2）二次設(shè)備配置及命名。與系統(tǒng)電壓等級(jí)、主接線方式、設(shè)計(jì)原則及設(shè)備命名原則相關(guān)。

3）站控層、過程層通信地址分配。具體IP或組播地址分配無固定原則，一般避免重復(fù)即可。

4）虛端子連線?；诙位芈吩O(shè)計(jì)規(guī)范。

2 SCD自動(dòng)配置方案

根據(jù)第1節(jié)的分析，智能變電站工程集成工作主要與變電站一次設(shè)計(jì)方案、二次設(shè)備配置方案及二次回路設(shè)計(jì)方案相關(guān)，目前國內(nèi)國網(wǎng)和南網(wǎng)一、二次設(shè)計(jì)基本已經(jīng)做到標(biāo)準(zhǔn)化，所以完全有條件復(fù)用已有典型智能變電站配置成果。

基于SCD模板復(fù)用的智能變電站自動(dòng)配置方案主要采用如下幾個(gè)步驟。

1）根據(jù)典型系統(tǒng)主接線方式及二次回路設(shè)計(jì)方案配置全站間隔層及過程層設(shè)備，為各間隔二次設(shè)備配置站控層及過程層通信地址，并完成二次設(shè)備間虛端子連線，形成SCD文件模板。

選擇作為SCD配置文件模板的工程時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：①推薦選擇采用典型設(shè)計(jì)方案的變電站，系統(tǒng)一次主接線、二次設(shè)備及回路配置方案等都應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行；②推薦選擇系統(tǒng)規(guī)模較大的變電站，以能夠涵蓋多數(shù)同類型變電站SCD配置信息。

2）根據(jù)實(shí)際工程系統(tǒng)主接線方式、二次設(shè)備及回路設(shè)計(jì)方案，選取SCD文件模板。

SCD文件模板涉及變電站一次系統(tǒng)、二次設(shè)備配置方案及采樣跳閘方式等因素，這些因素組合眾多，專門為各種組合配置SCD文件模板工作量很大，建議結(jié)合實(shí)際智能變電站工程，不斷完善SCD文件模板庫。

3）在SCD文件模板基礎(chǔ)上，按實(shí)際系統(tǒng)規(guī)模刪減多余間隔的二次設(shè)備，按實(shí)際工程配置并導(dǎo)入各間隔二次設(shè)備能力描述（IED capability description, ICD）模型文件。

如前所述，SCD文件模板一般選擇規(guī)模較大的智能變電站，故應(yīng)刪除實(shí)際工程多余間隔所對(duì)應(yīng)的二次設(shè)備。如果結(jié)合實(shí)際智能變電站工程做的SCD模板確實(shí)無法滿足新工程的要求，也可以在原有模板基礎(chǔ)上新增間隔，并將此SCD文件替代對(duì)應(yīng)的原有SCD文件模板，以不斷增強(qiáng)SCD文件模板庫的適應(yīng)性。

4）保留SCD文件中已有二次設(shè)備IED命名、站控層及過程層通信地址配置，完成間隔二次設(shè)備通信配置。

如第1節(jié)所分析，所有IED的命名及通信地址配置工作量較大，按實(shí)際工程設(shè)備配置情況對(duì)應(yīng)導(dǎo)入二次設(shè)備模型文件，SCD工具只需保留模板中原有的設(shè)備命名及通信配置即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置。

5）基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱更新虛端子連線關(guān)系，應(yīng)將SCD文件模板中間隔二次設(shè)備虛端子引用路徑更新為實(shí)際工程配置二次設(shè)備的虛端子引用路徑，完成間隔二次設(shè)備間虛端子連線。

國網(wǎng)、南網(wǎng)的二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)規(guī)范了二次設(shè)備的輸入輸出虛端子描述，這為SCD文件模板中的虛端子連線復(fù)用奠定了基礎(chǔ)。在導(dǎo)入二次設(shè)備模型時(shí)，SCD工具保留原有虛端子連線關(guān)系，根據(jù)連線中兩側(cè)設(shè)備虛端子描述，在導(dǎo)入的IED模型中找到對(duì)應(yīng)虛端子描述的DO/DA模式，并據(jù)此更新虛端子引用路徑即可。

至此，在選定的SCD文件模板基礎(chǔ)上，通過對(duì)應(yīng)導(dǎo)入實(shí)際工程配置的二次設(shè)備模型，由改進(jìn)的SCD配置工具實(shí)現(xiàn)了智能站SCD文件自動(dòng)配置，下面通過一個(gè)工程示例說明具體實(shí)施方案。

3 SCD自動(dòng)配置工程示例

3.1 創(chuàng)建SCD文件模板

以某地區(qū)典型220kV變電站為例，變電站最大規(guī)模配置3臺(tái)主變壓器，220kV采用雙母主接線，10回220kV線路，1回220kV母聯(lián)；110kV采用雙母主接線，15回110kV線路，1回110kV母聯(lián)；35kV采用單母分段主接線，18回35kV線路，3臺(tái)電容器，1臺(tái)站用變，1回35kV分段。

按該系統(tǒng)規(guī)模配置全站間隔層及過程層設(shè)備，包括各電壓等級(jí)線路保護(hù)、主變保護(hù)、母線保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、饋線保護(hù)、電容器保護(hù)、站用變保護(hù)、分段保護(hù)及各間隔測控裝置和安自裝置等，為這些二次設(shè)備配置站控層及過程層通信地址，并按二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范完成二次設(shè)備間虛端子連線，將該SCD文件作為該地區(qū)該類220kV變電站SCD配置文件模板。

3.2 SCD模板選取及裁剪

根據(jù)實(shí)際工程系統(tǒng)主接線方式及二次回路設(shè)計(jì)方案，選取SCD文件模板，在SCD文件模板基礎(chǔ)上，按實(shí)際系統(tǒng)規(guī)模刪減多余間隔的二次設(shè)備。以該地區(qū)某220kV變電站工程為例，該站主接線方式與3.1節(jié)中所述典型220kV變電站類似，變電站實(shí)際規(guī)模為配置2臺(tái)主變壓器，220kV采用雙母主接線，5條220kV線路，1個(gè)220kV母聯(lián)；110kV采用雙母主接線，8條110kV線路，1個(gè)110kV母聯(lián)；35kV采用單母分段主接線，12條35kV線路，2臺(tái)電容器，1臺(tái)站用變，1個(gè)35kV分段。故在3.1節(jié)所述SCD文件模板基礎(chǔ)上，刪除模板中多余的5條220kV線路、7條110kV線路、6條35kV線路及1臺(tái)電容器相關(guān)間隔的二次設(shè)備，形成該工程裁剪版SCD文件。

3.3 模型導(dǎo)入及設(shè)備配置重用

在該工程裁剪版SCD文件基礎(chǔ)上，針對(duì)該變電站220kV線路間隔1，導(dǎo)入實(shí)際工程配置的雙套線路保護(hù)、合并單元、智能終端及測控裝置等設(shè)備ICD模型文件，保留SCD文件中這些二次設(shè)備IED命名及站控層和過程層通信地址配置，完成220kV線路間隔1的二次設(shè)備通信配置。

3.4 虛端子連線重用

由SCD配置工具基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱，將SCD文件模板中某間隔二次設(shè)備虛端子引用路徑更新為實(shí)際工程配置二次設(shè)備的虛端子引用路徑，完成該間隔二次設(shè)備間虛端子連線。

以220kV線路間隔1線路保護(hù)跳A相虛端子連線為例，根據(jù)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范，線路保護(hù)跳A相的輸出虛端子標(biāo)準(zhǔn)名稱為“跳斷路器A相”，智能終端跳A相的輸入虛端子標(biāo)準(zhǔn)名稱為“保護(hù)跳A1”。SCD文件模板中220kV線路間隔1線路保護(hù)“跳斷路器A相”輸出虛端子引用路徑為PIGO/PTRC1.Tr. general，智能終端“保護(hù)跳A1”輸入虛端子引用路徑為RPIT/GOINGGIO1.SPCS01.stVal，虛端子連線為PL2201A/PIGO/PTRC1.Tr.general—>IL2201A/RPIT/ GOINGGIO1.SPCS01.stVal。

基于3.3節(jié)導(dǎo)入實(shí)際工程線路間隔1配置的線路保護(hù)及智能終端ICD模型，220kV線路間隔1線路保護(hù)“跳斷路器A相”輸出虛端子引用路徑為PIGO/TAPTRC1.Tr.general，智能終端“保護(hù)跳A1”輸入虛端子引用路徑為RPIT/GOINGGIO5.SPCS01. stVal，保持IED命名不變，將模板中對(duì)應(yīng)虛端子連線兩端更新為實(shí)際設(shè)備的虛端子引用路徑，完成虛端子連線更新。虛回路引用路徑更新示例如圖7所示。

圖7 虛回路引用路徑更新示例

近年來隨著智能變電站保護(hù)運(yùn)維應(yīng)用的推廣，為實(shí)現(xiàn)虛回路可視化等運(yùn)維功能的實(shí)用化，在工程實(shí)施環(huán)節(jié)經(jīng)常需要按實(shí)際工程情況修改虛端子描述，比如線路保護(hù)的“跳斷路器A相”按實(shí)際情況修改為“XX線路跳斷路器A相”，這可能導(dǎo)致在SCD文件模板中匹配不到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)虛端子描述。為解決此問題，建議在配置SCD文件模板時(shí)，僅修改虛端子及遙信遙測等描述的中文描述desc，而不修改屬性賦值dU，這樣就可以通過匹配dU實(shí)現(xiàn)虛端子連線復(fù)用，同時(shí)不影響運(yùn)維應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)。

3.5 完成SCD自動(dòng)配置

重復(fù)3.3節(jié)和3.4節(jié)工作，直至完成所有間隔實(shí)際工程配置的二次設(shè)備模型導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)各間隔二次設(shè)備命名、通信參數(shù)配置及二次設(shè)備間虛端子連線，從而完成全站SCD文件自動(dòng)配置。

4 結(jié)論

目前該方案已在試點(diǎn)站進(jìn)行了工程實(shí)施，一個(gè)中等規(guī)模的220kV智能變電站由SCD工具基于模板自動(dòng)生成SCD配置文件，其SCD配置時(shí)間由3天左右減少為半天以內(nèi)，按現(xiàn)場工程驗(yàn)收規(guī)程進(jìn)行充分的測試驗(yàn)證，證實(shí)了由自動(dòng)配置生成SCD文件導(dǎo)出的全站二次設(shè)備IED實(shí)例配置文件（configured IED description, CID）及IED回路實(shí)例配置文件（configured IED circuit description, CCD）的正確性。

本文提出的基于模板復(fù)用的智能變電站SCD文件自動(dòng)配置方案充分利用了智能變電站二次設(shè)備模型和回路的數(shù)字化優(yōu)勢，有效提高了智能變電站集成標(biāo)準(zhǔn)化水平，可顯著提升智能變電站集成效率及質(zhì)量。目前，該方案已經(jīng)在湖州某110kV智能變電站實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，后續(xù)將在站內(nèi)二次設(shè)備信號(hào)實(shí)例修改等方面繼續(xù)研究改進(jìn)。

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Automatic configuration scheme of substation configuration description files in smart substation based on template reuse

ZHU Changyin1,2Lü Hang1,2DING Jie1,2

(1. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102; 2. State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control, Nanjing 211102)

At present, the implementation of smart substation projects does not take advantage of the digitization of secondary equipment and secondary circuit, and does not make full use of the existing smart substation configuration description (SCD), resulting in low level of standardization, poor integration efficiency and low quality in project implementation. This paper proposes a scheme for automatic configuration of SCD files for smart stations based on template reuse. Firstly, the typical SCD file template library of smart substation is established. Then the SCD file template is selected according to the actual project configuration and the actual secondary equipment models is imported. And the virtual terminal connection is updated based on the standardized virtual terminal name to complete the SCD configuration. The paper analyzes the configure work of smart station, proposes an automatic configuration scheme based on SCD template reuse, and provides engineering examples to illustrate specific implementation schemes. The application of this automatic configuration scheme can significantly improve the efficiency and quality of smart station integration.

smart substation; substation configuration description (SCD) files; template reuse; automatic configuration

2021-09-13

2021-10-11

朱長銀（1980—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)控制平臺(tái)及量測系統(tǒng)的研究與開發(fā)。