面向智能變電站模型應(yīng)用的二次設(shè)備建模優(yōu)化

宋福海，翟博龍，黃翔宇，黃見(jiàn)虹，呂 航，李 力，代小翔

（1. 國(guó)網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心，福建 福州 350003；2. 南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；3. 智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211102）

0 引言

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是智能變電站建設(shè)的基礎(chǔ)，該系列標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)是采用面向設(shè)備對(duì)象建模技術(shù)，通過(guò)模型自描述適應(yīng)應(yīng)用功能的需要及發(fā)展［1-3］。但從國(guó)內(nèi)最早的數(shù)字化變電站開(kāi)始，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)更多地被視為一種通用的通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕ゲ贋橹饕繕?biāo)，并未充分考慮正確獲取數(shù)據(jù)后如何更好地使用這些數(shù)據(jù)。因此目前的智能變電站工程中實(shí)際上并未真正使用模型語(yǔ)義，而主要通過(guò)傳統(tǒng)通信對(duì)點(diǎn)或名稱字段模糊匹配的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到應(yīng)用的映射，工程效率和正確性都無(wú)法保證，不利于智能電網(wǎng)各類智能應(yīng)用技術(shù)的推廣和應(yīng)用［4-12］，降低了主子站互動(dòng)的廣度和深度。

智能變電站保護(hù)運(yùn)維等高級(jí)應(yīng)用功能主要基于二次設(shè)備狀態(tài)及自檢等信息，這些應(yīng)用功能的輸入、輸出、參數(shù)等配置信息非常多，目前這些配置工作主要由人工逐點(diǎn)完成，配置效率極低，且正確性難以保證。為提高應(yīng)用配置效率及質(zhì)量，必須實(shí)現(xiàn)配置自動(dòng)化，目前這方面的研究工作還不多［13-15］，且多采用針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景的組態(tài)優(yōu)化方法，而未從建模的源頭出發(fā)系統(tǒng)性地解決問(wèn)題。為了將智能變電站二次設(shè)備內(nèi)的大量信息自動(dòng)配置到各應(yīng)用功能，必須讓所配置的信息具備物理含義，為從源頭解決這個(gè)問(wèn)題，就要充分利用智能電子設(shè)備能力描述ICD（Intelligent Electronic Device Capability Description）文件的自描述特性承載信息語(yǔ)義及關(guān)聯(lián)關(guān)系，但目前二次設(shè)備模型普遍存在信號(hào)語(yǔ)義缺失、信息關(guān)聯(lián)性差等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法依托模型實(shí)現(xiàn)信息語(yǔ)義承載。

本文提出二次設(shè)備模型優(yōu)化原則，通過(guò)ICD 模型優(yōu)化提高模型的語(yǔ)義互操作能力，根據(jù)智能變電站一次設(shè)備與單間隔、跨間隔二次設(shè)備間的關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，研究不同二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)基于間隔關(guān)聯(lián)的一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)，最終建立變電站主接線系統(tǒng)中各間隔一、二次設(shè)備以及間隔內(nèi)二次設(shè)備邏輯節(jié)點(diǎn)LN（Logic Node）間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為智能變電站運(yùn)維等高級(jí)應(yīng)用優(yōu)化配置奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 通信及語(yǔ)義2個(gè)層面的互操作

首先，對(duì)智能變電站通信和語(yǔ)義2 個(gè)層面的互操作現(xiàn)狀進(jìn)行分析。圖1 為歐洲提出的智能電網(wǎng)架構(gòu)模型，其直觀地體現(xiàn)了變電站模型、通信、數(shù)據(jù)、功能、業(yè)務(wù)之間的關(guān)系，有助于更加透徹地理解什么是通信的互操作、什么是語(yǔ)義的互操作。變電站設(shè)備間流動(dòng)的數(shù)據(jù)及其所承載的語(yǔ)義構(gòu)成了變電站的信息層。功能層是數(shù)據(jù)的應(yīng)用層，根據(jù)不同的場(chǎng)景選取不同的數(shù)據(jù)完成特定的業(yè)務(wù)功能，這個(gè)選取數(shù)據(jù)的過(guò)程即為語(yǔ)義識(shí)別和數(shù)據(jù)選取的過(guò)程。

圖1 智能電網(wǎng)架構(gòu)模型Fig.1 Architecture model of smart grid

現(xiàn)有的智能電網(wǎng)系統(tǒng)主要關(guān)注通信互操作性，包含信息模型一致性、通信服務(wù)的一致性、通信服務(wù)映射和通信協(xié)議棧的一致性3 個(gè)層面，以保證設(shè)備之間在通信層正確地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。但目前設(shè)備間語(yǔ)義互操作性普遍較弱，即設(shè)備間很難在信息層實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義互通以支撐上層的功能和業(yè)務(wù)，換言之就是如何讓計(jì)算機(jī)知道設(shè)備模型中信息的實(shí)際物理含義，并自動(dòng)建立這些信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)提出信息模型一致性本意是實(shí)現(xiàn)一定意義上的信息承載標(biāo)準(zhǔn)化，但模型中強(qiáng)制性元素占比低，完全不承載語(yǔ)義的通用輸入輸出LN（GGIO LN）的應(yīng)用等，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用效果不盡人意。

為了彌補(bǔ)設(shè)備間語(yǔ)義互操作的不足，目前主要通過(guò)系統(tǒng)集成商的人工操作完成應(yīng)用功能配置工作，這已經(jīng)成為智能電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用推廣的主要瓶頸。目前，各國(guó)智能電網(wǎng)領(lǐng)域的專家對(duì)語(yǔ)義互操作短板已達(dá)成共識(shí)，CIGRE 和IEC 等國(guó)際組織開(kāi)始積極推進(jìn)提升設(shè)備間的語(yǔ)義互操作性，并認(rèn)為需要在標(biāo)準(zhǔn)化、配置工具、信息綜合分析等方面做大量工作，以滿足智能電網(wǎng)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)高效處理及挖掘需求。然而與通信互操作相比，語(yǔ)義互操作實(shí)現(xiàn)難度很大，任重而道遠(yuǎn)。

2 智能變電站二次設(shè)備建模現(xiàn)狀分析

下面對(duì)智能變電站二次設(shè)備建模存在的主要問(wèn)題進(jìn)行歸納和分析。目前智能變電站二次設(shè)備模型基礎(chǔ)薄弱，主要體現(xiàn)在以下方面。

1）GGIO LN的大量應(yīng)用導(dǎo)致信號(hào)語(yǔ)義缺失。

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中定義了上百個(gè)有特定物理含義的LN 用于承載設(shè)備信息，并支持?jǐn)U展自定義LN，這為實(shí)現(xiàn)模型自描述特性奠定了基礎(chǔ)。但僅從滿足信息傳輸?shù)男枨髞?lái)看，目前國(guó)內(nèi)IEC 61850 工程應(yīng)用規(guī)范中除了保護(hù)控制功能類LN外，二次設(shè)備的自檢、開(kāi)入、軟硬壓板及虛端子等大量使用GGIO LN，導(dǎo)致完全無(wú)法從模型的角度理解信號(hào)的物理含義。

目前國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)雖然對(duì)信息的中文描述進(jìn)行了規(guī)范，但并不是真正語(yǔ)義上的規(guī)范，應(yīng)用只能通過(guò)中文名稱進(jìn)行語(yǔ)義的自動(dòng)匹配，并非系統(tǒng)性的解決方案，也難以滿足圖、模、數(shù)的各種關(guān)聯(lián)要求。

2）模型中相關(guān)信號(hào)邏輯關(guān)聯(lián)性差。

二次設(shè)備ICD 模型中相關(guān)信號(hào)散落在多個(gè)LN中，不利于高級(jí)應(yīng)用程序獲取所需關(guān)聯(lián)信息，例如：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)功能LN，如差動(dòng)保護(hù)LN（PDIF LN）、過(guò)流保護(hù)LN（PTOC LN）等，并沒(méi)有包含與保護(hù)元件功能相關(guān)的所有信息，保護(hù)功能投退軟、硬壓板等信息通常采用GGIO LN合并承載。

另外，二次設(shè)備ICD模型中站控層與過(guò)程層相關(guān)信號(hào)沒(méi)有關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)站控層開(kāi)入遙信信號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的過(guò)程層通用面向?qū)ο笞冸娬臼录礼OOSE（Generic Object Oriented Substation Event）開(kāi)入信號(hào)，造成智能變電站二次回路診斷等應(yīng)用軟件配置工作量增加。例如：線路保護(hù)啟動(dòng)失靈輸出虛端子連接到母線保護(hù)的失靈啟動(dòng)輸入虛端子，線路保護(hù)發(fā)出跳閘命令后，希望通過(guò)母線保護(hù)站控層的啟動(dòng)失靈開(kāi)入變位事件順序記錄SOE（Sequence Of Event）驗(yàn)證過(guò)程層二次回路虛端子連接的正確性，但由于母線保護(hù)模型中過(guò)程層失靈啟動(dòng)輸入虛端子與對(duì)應(yīng)的站控層啟動(dòng)失靈開(kāi)入遙信信號(hào)間并無(wú)關(guān)聯(lián)關(guān)系，導(dǎo)致該關(guān)聯(lián)關(guān)系必須由人工配置，工作量大。

3）二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)困難。

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)定義了全站系統(tǒng)描述SSD（System Specification Description）文件，可通過(guò)SSD文件承載一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系［16-17］。但目前智能變電站工程普遍未通過(guò)SSD 文件承載一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系，高級(jí)應(yīng)用功能仍是通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行一、二次設(shè)備信息的關(guān)聯(lián)。而由于在二次設(shè)備的信息模型中有大量關(guān)于一次設(shè)備的狀態(tài)信息和控制信息，要通過(guò)SSD 文件承載所有一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系，同樣存在大量關(guān)聯(lián)關(guān)系配置工作量，一個(gè)中等規(guī)模的220 kV 智能變電站需關(guān)聯(lián)數(shù)千個(gè)LN，客觀上給SSD文件的應(yīng)用帶來(lái)了很大障礙。

3 智能變電站配置現(xiàn)狀分析

下面以變電站智能運(yùn)維應(yīng)用中二次設(shè)備的模擬量及開(kāi)關(guān)量一次同源比對(duì)分析和一、二次設(shè)備對(duì)應(yīng)狀態(tài)監(jiān)視等功能的信息配置為例，說(shuō)明智能變電站應(yīng)用功能配置現(xiàn)狀。

雙重化保護(hù)電流采樣值同源比對(duì)功能配置如圖2 所示。由圖可見(jiàn)，為了實(shí)現(xiàn)一次各間隔雙重化保護(hù)電流采樣值的同源比對(duì)功能，由于各間隔保護(hù)相關(guān)信號(hào)的引用名沒(méi)有任何規(guī)律，需要逐個(gè)間隔配置與其關(guān)聯(lián)的2 套保護(hù)A、B、C 相采樣電流，以15 個(gè)間隔為例，則需配置90 個(gè)輸入信號(hào)，如果需要完成各間隔雙重化保護(hù)、測(cè)控、母線保護(hù)對(duì)應(yīng)通道的比對(duì)功能，配置工作量還將增加數(shù)倍。

圖2 雙重化保護(hù)電流采樣值同源比對(duì)功能配置Fig.2 Configuration of homologous compare function of dual protection current sampling value

一、二次設(shè)備狀態(tài)對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)功能配置見(jiàn)圖3。由圖可見(jiàn)：為實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系的監(jiān)測(cè)功能，同樣需要逐個(gè)間隔配置保護(hù)GOOSE 發(fā)送軟壓板、保護(hù)功能投入壓板、檢修壓板，以15 個(gè)間隔為例，雙套保護(hù)需配置90 個(gè)點(diǎn)，且此處還未計(jì)及一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)組態(tài)的配置工作量；為實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系的監(jiān)測(cè)功能，同樣需要逐個(gè)間隔配置保護(hù)GOOSE 發(fā)送軟壓板、保護(hù)功能投入壓板、檢修壓板，以15 個(gè)間隔為例，雙套保護(hù)需配置90 個(gè)點(diǎn)，且此處還未計(jì)及一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)組態(tài)的配置工作量。

圖3 一、二次設(shè)備狀態(tài)對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)功能配置Fig.3 Configuration of detection function of corresponding status of primary and secondary equipments

綜上所述，由于缺乏一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于一、二次設(shè)備狀態(tài)以及間隔內(nèi)二次設(shè)備間狀態(tài)信息的高級(jí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)利用效率很差，所有的配置過(guò)程都直接面對(duì)實(shí)例化的具體裝置模型，單一間隔的配置工作成果完全無(wú)法復(fù)用，需要各間隔各應(yīng)用功能逐一配置信號(hào)，配置效率極低，且配置正確性難以保證，一旦某個(gè)設(shè)備的模型發(fā)生變化，相關(guān)的配置工作需要重新完成。

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)定義的變電站一次配置SSD 文件中能夠承載一次設(shè)備模型和與之關(guān)聯(lián)的二次設(shè)備的相關(guān)LN 的信息，但需要在SSD 文件中逐一建立一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系，二次設(shè)備的相關(guān)LN 數(shù)量也較為龐大，因此關(guān)聯(lián)配置工作量同樣也很大，這客觀上給SSD 文件承載一、二次關(guān)聯(lián)關(guān)系的應(yīng)用帶來(lái)了障礙，目前尚未進(jìn)行廣泛的工程應(yīng)用。

4 智能變電站二次設(shè)備模型優(yōu)化

針對(duì)二次設(shè)備模型存在的上述問(wèn)題，本文提出模型優(yōu)化原則如下。

1）通過(guò)專用LN／DO／DA體現(xiàn)信息語(yǔ)義。

對(duì)于相關(guān)信息可以承載于IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)專用LN 的情況，應(yīng)盡量采用專用LN，避免采用不明語(yǔ)義的GGIO 類LN，以最大限度地實(shí)現(xiàn)模型語(yǔ)義的自描述。

對(duì)于信號(hào)無(wú)法找到IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)原生LN或?qū)?yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象／數(shù)據(jù)屬性（DO／DA）承載的情況，應(yīng)根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行LN、DO／DA擴(kuò)展。

2）建立模型中信號(hào)間關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（1）同一功能相關(guān)的信號(hào)集成在同一個(gè)LN 模型中。

根據(jù)IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的LN 擴(kuò)展原則，盡量將同一功能相關(guān)的信號(hào)集成在1 個(gè)LN 中。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)功能LN，如PDIF LN、PTOC LN等，并沒(méi)有保護(hù)功能投退軟、硬壓板的屬性，目前一般的做法也是用GGIO 承載軟硬壓板信息，而在標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)功能LN 內(nèi)直接擴(kuò)展軟、硬壓板屬性，顯然更有利于表達(dá)信息間的關(guān)聯(lián)性，例如：對(duì)于PDIF LN，已有enable 的屬性承載差動(dòng)保護(hù)控制字，建議增加Link 屬性和BI_en屬性分別承載差動(dòng)保護(hù)投入軟、硬壓板，減少高級(jí)應(yīng)用程序功能額外的配置工作。

（2）同一對(duì)象不同接入點(diǎn)相關(guān)信號(hào)采用相同LN實(shí)例名。

智能變電站二次設(shè)備設(shè)置有站控層及過(guò)程層接入點(diǎn)，且不同接入點(diǎn)信號(hào)存在關(guān)聯(lián)性。例如：母線保護(hù)通過(guò)過(guò)程層接入點(diǎn)發(fā)出間隔6 跳閘信號(hào)的同時(shí)，站控層S 接入點(diǎn)相關(guān)遙信信號(hào)變位反映了該間隔跳閘事件。又如：從過(guò)程層接入點(diǎn)輸入虛端子接入間隔6 開(kāi)關(guān)位置開(kāi)入，站控層接入點(diǎn)對(duì)應(yīng)遙信信號(hào)狀態(tài)反映保護(hù)感受到該間隔的開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)。

為建立信號(hào)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同一對(duì)象不同接入點(diǎn)相關(guān)信號(hào)應(yīng)采用相同的LN 實(shí)例名，即要求LN 實(shí)例采用相同的LN 類型及實(shí)例號(hào)，對(duì)于跨間隔設(shè)備需要采用相同間隔名前綴，例如：上述示例中站控層及過(guò)程層接入點(diǎn)信號(hào)均采用BAY6PTRC1 LN、BAY6XCBR1 LN 承載，模型關(guān)聯(lián)示意圖如圖4 所示。圖中：站控層S1 及過(guò)程層接入點(diǎn)G1 對(duì)應(yīng)的信號(hào)采用相同的信號(hào)前綴BAY6 和相同的實(shí)例號(hào)1。信號(hào)關(guān)聯(lián)將給高級(jí)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)很大的便利，例如可以方便地實(shí)現(xiàn)“保護(hù)輸出動(dòng)作報(bào)文（站控層）→保護(hù)GOOSE 跳閘信號(hào)輸出（過(guò)程層）→智能終端接收到GOOSE 跳閘信號(hào)→智能終端發(fā)出開(kāi)關(guān)位置GOOSE 變位（過(guò)程層）→保護(hù)發(fā)出開(kāi)關(guān)位置變位報(bào)文（站控層）”這樣一個(gè)完整的業(yè)務(wù)鏈監(jiān)視功能。

圖4 不同接入點(diǎn)同一功能模型關(guān)聯(lián)示意圖Fig.4 Schematic diagram of association of same function model in different access points

3）支撐實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

如第3 節(jié)所述，SSD 文件承載一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系，由人工建立一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系的配置工作量很大。要實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)，必須有環(huán)節(jié)承載關(guān)聯(lián)規(guī)則，因?yàn)槎卧O(shè)備的功能一旦確定，該設(shè)備模型中LN與相關(guān)一次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系也就基本確定了，所以作為設(shè)備能力描述的ICD 模型文件是承載關(guān)聯(lián)規(guī)則的最優(yōu)選擇。而變電站的集成過(guò)程是由SCD配置工具將SSD文件導(dǎo)入SCD文件，并建立一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系，所以應(yīng)由SCD 配置工具基于ICD 模型中的關(guān)聯(lián)規(guī)則完成自動(dòng)關(guān)聯(lián)工作。

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中變電站采用面向?qū)ο蟮慕７椒?，將設(shè)備或功能根據(jù)其關(guān)聯(lián)關(guān)系或功能關(guān)系組織到一系列的間隔中，一次設(shè)備對(duì)象信息包含在間隔對(duì)象內(nèi)。以圖5 所示的雙母雙分主接線各間隔一次設(shè)備模型為例，圖中母線1 間隔（EBUS1）、母線2間隔（EBUS2）、母聯(lián)間隔（TIE）、分段1間隔（SEG1）、分段2 間隔（SEG2）、主變1 間隔（PTR1）、線路1 間隔（LINE1）為間隔對(duì)象，母線（EBUS）、刀閘（DIS1、DIS2）、開(kāi)關(guān)（CBR）、電流互感器（CTR）、電壓互感器（VTR）、線路（LIN）、變壓器（PTR）為各間隔內(nèi)的一次設(shè)備對(duì)象。單間隔二次設(shè)備（如線路保護(hù)）中LN與對(duì)應(yīng)間隔內(nèi)的一次設(shè)備相關(guān)，而跨間隔二次設(shè)備（如母線保護(hù)）中LN 與相關(guān)各間隔內(nèi)的一次設(shè)備相關(guān)，所以在二次設(shè)備ICD 模型中，應(yīng)按間隔對(duì)該間隔內(nèi)所關(guān)聯(lián)的各個(gè)一次設(shè)備的LN進(jìn)行聲明。

1）對(duì)于單間隔二次設(shè)備，以線路保護(hù)為例，對(duì)間隔內(nèi)LIN、CBR 等各一次設(shè)備關(guān)聯(lián)的線路保護(hù)LN 進(jìn)行聲明，關(guān)聯(lián)關(guān)系的承載方式等同SSD 文件中的一、二次設(shè)備模型承載關(guān)系，即各一次設(shè)備關(guān)聯(lián)哪些相關(guān)的線路保護(hù)LN，如附錄A 圖A1 所示，線路間隔中的線路、斷路器、電流互感器及電壓互感器等一次設(shè)備分別關(guān)聯(lián)了相關(guān)的保護(hù)LN。

2）對(duì)于跨間隔二次設(shè)備，以雙母雙分段主接線母線保護(hù)為例，主接線中各間隔一次設(shè)備模型如圖5所示。針對(duì)圖5所示的主接線系統(tǒng)，母線保護(hù)模型中需要對(duì)母線、母聯(lián)／分段、線路、主變等各間隔內(nèi)一次設(shè)備關(guān)聯(lián)的母線保護(hù)LN進(jìn)行聲明，關(guān)聯(lián)關(guān)系的承載方式等同于SSD 文件中的一、二次設(shè)備模型承載關(guān)系，如附錄A 圖A2 所示。圖中：母線1 間隔中僅母線及電壓互感器設(shè)備與母線保護(hù)相關(guān)，這2個(gè)設(shè)備分別關(guān)聯(lián)母線保護(hù)的相關(guān)LN；類似地，母聯(lián)間隔中僅開(kāi)關(guān)及電流互感器設(shè)備與母線保護(hù)相關(guān)，主變及線路間隔則是開(kāi)關(guān)、電流互感器及刀閘設(shè)備與母線保護(hù)相關(guān)，在這些間隔下各一次設(shè)備分別關(guān)聯(lián)母線保護(hù)的相關(guān)LN。

圖5 雙母雙分主接線中各一次設(shè)備模型示意圖Fig.5 Schematic diagram of primary equipment model for double busbar with two bus sections

5 基于優(yōu)化模型的應(yīng)用配置

5.1 一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)

在變電站集成階段，在第4 節(jié)中二次設(shè)備模型內(nèi)一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)建模的基礎(chǔ)上，只需由人工完成SSD 和ICD 文件中對(duì)應(yīng)一次間隔維度的關(guān)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)間隔內(nèi)所有一次設(shè)備對(duì)應(yīng)LN的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

1）對(duì)于單間隔保護(hù)，直接將保護(hù)裝置模型關(guān)聯(lián)被保護(hù)一次間隔，例如：將線路保護(hù)模型關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的線路間隔，即可按聲明的一、二次模型關(guān)聯(lián)信息將線路保護(hù)相關(guān)LN 直接關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備。由此，線路保護(hù)裝置采集的模擬量、開(kāi)關(guān)量等信號(hào)都能夠自動(dòng)對(duì)應(yīng)到相關(guān)的電流互感器、斷路器等一次設(shè)備。

2）對(duì)于跨間隔保護(hù)，將上述保護(hù)模型中聲明的一、二次模型關(guān)聯(lián)信息對(duì)應(yīng)的各間隔分別關(guān)聯(lián)到實(shí)際系統(tǒng)的一次間隔，如：將母線保護(hù)中聲明的母線、母聯(lián)／分段、線路、主變等各間隔關(guān)聯(lián)到工程中實(shí)際對(duì)應(yīng)的一次間隔，即可按聲明的一、二次模型關(guān)聯(lián)信息，將母線保護(hù)模型內(nèi)各間隔相關(guān)LN關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)間隔內(nèi)相關(guān)一次設(shè)備。由此，母線保護(hù)裝置采集的各個(gè)間隔模擬量、開(kāi)關(guān)量等信號(hào)都能夠自動(dòng)對(duì)應(yīng)到相關(guān)間隔的電流互感器、斷路器等一次設(shè)備。則在變電站集成階段，設(shè)備模型關(guān)聯(lián)工作由人工將全站二次設(shè)備中的LN逐個(gè)關(guān)聯(lián)到各間隔相關(guān)一次設(shè)備，改進(jìn)為只需對(duì)SSD 文件和二次設(shè)備ICD 文件中對(duì)應(yīng)的一次間隔進(jìn)行關(guān)聯(lián)，就能夠?qū)崿F(xiàn)所有一、二次設(shè)備模型的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，該方案將SCD 模型關(guān)聯(lián)工作量降低了至少1個(gè)數(shù)量級(jí)，顯著提高了工作效率和質(zhì)量。

針對(duì)圖4 所示的主接線系統(tǒng)，線路間隔的一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)關(guān)系如附錄A 圖A3所示。圖中：線路間隔中線路、斷路器、電流互感器及電壓互感器等一次設(shè)備已分別關(guān)聯(lián)線路及母線保護(hù)的相關(guān)LN 實(shí)例，建立了二次設(shè)備間信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如：LIN一次設(shè)備中自動(dòng)關(guān)聯(lián)了線路保護(hù)的測(cè)量（MMXU1）及母線保護(hù)的間隔6 測(cè)量（BAY6MMXU1），即可作為同源比對(duì)功能的配置基礎(chǔ)，因?yàn)橥婚g隔的采樣測(cè)量值應(yīng)該是同源的。又如：在CBR 一次設(shè)備中，可以自動(dòng)建立線路保護(hù)跳閘PTRC1 和母線保護(hù)啟動(dòng)失靈BAY6RBRF1 的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可作為二次回路診斷功能的配置基礎(chǔ)。

所以，一次設(shè)備與相關(guān)各二次設(shè)備LN完成關(guān)聯(lián)后，間接建立了同一間隔各二次設(shè)備LN間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這些關(guān)聯(lián)關(guān)系將作為實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用配置模板間隔級(jí)復(fù)用的基礎(chǔ)。

5.2 高級(jí)應(yīng)用配置優(yōu)化

如第3 節(jié)所述，目前的智能變電站運(yùn)維應(yīng)用各功能模塊需對(duì)面向全站進(jìn)行人工逐點(diǎn)配置，配置效率低、質(zhì)量差。通過(guò)上述工作，實(shí)現(xiàn)了全站二次設(shè)備模型的語(yǔ)義化及一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上將通過(guò)基于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)建模的應(yīng)用功能配置模板復(fù)用機(jī)制實(shí)現(xiàn)高效配置。

仍以支路電流采樣值同源比對(duì)功能模塊配置為例，這個(gè)功能模塊的輸入是一個(gè)間隔內(nèi)2 套保護(hù)A、B、C相采樣電流幅值。

1）建立信號(hào)助記符并關(guān)聯(lián)模型引用路徑。

基于專用LN／DO／DA 的信息模型承載，為二次設(shè)備各類信號(hào)建立助記符并關(guān)聯(lián)模型引用路徑，如A相電流幅值助記符為IA，對(duì)應(yīng)LN類型為MMXU，其DA 為A.phSA.cVal.mag.f，注意這里的LN 非LN 實(shí)例，而是LN類型。

2）構(gòu)建應(yīng)用功能模塊間隔配置模板。

應(yīng)用信號(hào)助記符構(gòu)建應(yīng)用功能模塊間隔配置模板，并聲明信號(hào)的設(shè)備來(lái)源，例如第1 套線路保護(hù)（LP1）或第2 套母線保護(hù)（BP2）等，以便后續(xù)在SCD 文件中匹配相關(guān)設(shè)備的信號(hào)。各間隔重用同源比對(duì)功能模板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置的示意圖如附錄A 圖A4 所示。圖中：同源比對(duì)配置模板的輸入分別為L(zhǎng)P1-IA／IB／IC 和LP2-IA／IB／IC，對(duì)應(yīng)雙重化線路保護(hù)A、B、C相采樣電流幅值。

3）配置模板實(shí)例化完成自動(dòng)配置。

需要基于間隔配置模板完成實(shí)際工程各間隔的配置實(shí)例，從工程SSD 文件中匹配各間隔信號(hào)實(shí)例，參照?qǐng)DA3，MMXU 關(guān)聯(lián)于間隔內(nèi)LIN 一次設(shè)備，完成一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)后，在LIN 上已關(guān)聯(lián)了各套線路及母線保護(hù)等MMXU 實(shí)例，根據(jù)智能電子設(shè)備通用命名原則，配置工具可以從數(shù)個(gè)MMXU 實(shí)例中挑選出指定設(shè)備的LN，在LN 實(shí)例的基礎(chǔ)上拼接信號(hào)助記符對(duì)應(yīng)的DA，即可獲取完整的信號(hào)實(shí)例引用路徑。例如：支路1 對(duì)應(yīng)第1 套線路保護(hù)LN 實(shí)例PL2201A／MMXU1 及第2 套線路保護(hù)LN 實(shí)例PL2201B／MMXU1，因?yàn)镮A 信號(hào)助記符對(duì)應(yīng)的DA為A.phSA.cVal.mag.f，配置工具在LN 實(shí)例的基礎(chǔ)上拼接信號(hào)助記符對(duì)應(yīng)的DA，即可以得到PL2201A／MMXU1.A.phSA.cVal.mag.f 及PL2201B／MMXU1.A.phSC.cVal.mag.f 等信號(hào)實(shí)例引用路徑，從而實(shí)現(xiàn)各間隔功能模板的自動(dòng)實(shí)例化配置。

重復(fù)上述步驟，根據(jù)各間隔對(duì)應(yīng)的二次設(shè)備LN實(shí)例將各功能模塊通用配置模板按間隔逐一實(shí)例化，即完成各間隔功能模塊的自動(dòng)配置工作。

以第3 節(jié)中列舉的同源比對(duì)及一、二次設(shè)備對(duì)應(yīng)狀態(tài)監(jiān)視2 個(gè)應(yīng)用功能為例進(jìn)行配置工作量比較，系統(tǒng)規(guī)模為15個(gè)間隔，比較結(jié)果如表1所示。由表可見(jiàn)，原先各功能模塊需要按各間隔逐個(gè)信號(hào)地進(jìn)行配置，而在一、二次設(shè)備模型信息關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了各間隔的應(yīng)用功能模塊配置模板復(fù)用，只需配置間隔模板中的信號(hào)，將信號(hào)配置工作量降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)。

表1 配置工作量比對(duì)Table 1 Comparison of configuration workload

當(dāng)然，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能間隔模板復(fù)用，需要在優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行一、二次設(shè)備間隔級(jí)關(guān)聯(lián)，以15 個(gè)間隔系統(tǒng)規(guī)模為例，將一次間隔關(guān)聯(lián)到雙重化配置的線路、主變及母線保護(hù)，需要完成60 個(gè)間隔關(guān)聯(lián)操作。全站一、二次設(shè)備間隔關(guān)聯(lián)操作只需完成1 次，關(guān)聯(lián)結(jié)果應(yīng)用于一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)，作為全站應(yīng)用功能配置的基礎(chǔ)，此項(xiàng)配置工作量在全站配置工作中的占比很小。

綜上所述，采用基于配置模板復(fù)用的高級(jí)應(yīng)用配置優(yōu)化方案，將原先需要按各間隔逐個(gè)信號(hào)配置各功能模塊的方式，改進(jìn)為只需配置間隔模板，并在一、二次設(shè)備模型關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)配置模板自動(dòng)復(fù)用，不但大幅降低了配置工作量，更重要的是通過(guò)配置自動(dòng)化顯著提高了配置質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要從數(shù)據(jù)模型語(yǔ)義的互操作和語(yǔ)義的關(guān)聯(lián)性2 個(gè)角度闡述如何提高變電站數(shù)據(jù)應(yīng)用的可靠性和效率。

針對(duì)目前智能變電站二次設(shè)備模型基礎(chǔ)薄弱的問(wèn)題，本文提出了基于語(yǔ)義建模的智能變電站配置優(yōu)化方法，支撐實(shí)現(xiàn)基于間隔關(guān)聯(lián)的一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)，為智能變電站各類配置工作的模板化奠定了基礎(chǔ)。基于上述改進(jìn)工作的保護(hù)ICD 模型，信號(hào)承載的LN 含義清晰，信號(hào)間關(guān)聯(lián)關(guān)系明確，具有較強(qiáng)的自描述能力。應(yīng)用二次設(shè)備模型語(yǔ)義化及一、二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)基于模板復(fù)用的智能變電站運(yùn)維等高級(jí)應(yīng)用自動(dòng)配置，有利于提高智能變電站配置的效率及質(zhì)量，推動(dòng)二次專業(yè)各類高級(jí)應(yīng)用功能的推廣實(shí)施，真正實(shí)現(xiàn)智能變電站內(nèi)二次設(shè)備信息的高效處理，提升智能變電站的運(yùn)行維護(hù)水平。

本文提出的二次設(shè)備模型優(yōu)化機(jī)制已經(jīng)應(yīng)用于國(guó)網(wǎng)自主可控新一代變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化工作中，實(shí)現(xiàn)了模型中相關(guān)信號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)及一二次設(shè)備模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)，后續(xù)將在LN 構(gòu)建上繼續(xù)開(kāi)展工作，以進(jìn)一步提高模型的語(yǔ)義自描述能力。

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