一種應(yīng)用于智能變電站的系統(tǒng)配置描述文件配置方法

張勇志 湯曉暉 吳乾江 王風(fēng)光 呂 航

一種應(yīng)用于智能變電站的系統(tǒng)配置描述文件配置方法

張勇志1湯曉暉1吳乾江1王風(fēng)光2呂 航2

（1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400；2. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102）

變電站配置描述（SCD）文件的正確性是智能變電站安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。針對(duì)SCD文件配置工作量大、人工參與度過(guò)高的問(wèn)題，提出一種SCD文件配置方法，包含智能化二次設(shè)備站控層、過(guò)程層通信地址自動(dòng)配置、過(guò)程層虛端子裝置級(jí)配置及SCD文件遠(yuǎn)景配置三個(gè)方面，可減少SCD文件配置工作量，提高SCD文件配置的自動(dòng)化水平，縮小變電站改擴(kuò)建過(guò)程中SCD文件頻繁修改對(duì)二次設(shè)備的影響范圍，從而保證智能變電站的安全可靠運(yùn)行。

變電站配置描述（SCD）文件；智能變電站；過(guò)程層；站控層

0 引言

智能變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開(kāi)關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過(guò)程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。在智能變電站中，智能化一、二次設(shè)備之間主要通過(guò)光纜進(jìn)行通信，一次設(shè)備將電流、電壓等模擬量信息，以及刀開(kāi)關(guān)、斷路器位置等開(kāi)關(guān)量信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，二次設(shè)備通過(guò)光纜獲取這些數(shù)字量信息，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能[1]。

在傳統(tǒng)變電站中，二次設(shè)備主要通過(guò)電纜來(lái)獲取電流、電壓等模擬量信息及刀開(kāi)關(guān)、斷路器位置等開(kāi)關(guān)量信息，二次設(shè)備所接入的電纜與所需的模擬量、開(kāi)關(guān)量一一對(duì)應(yīng)，用戶“看得見(jiàn)、摸得著”。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站中的光纜代替了傳統(tǒng)變電站中的電纜，一根光纜芯所傳遞的信息可包含多根電纜芯所傳遞的信息，光纜構(gòu)建的虛回路代替了傳統(tǒng)變電站中電纜構(gòu)建的實(shí)回路，二次設(shè)備之間信息的發(fā)布及訂閱基于變電站系統(tǒng)配置描述（substation configuration description, SCD）文件來(lái)實(shí)現(xiàn)[2-4]。

SCD文件描述完整的變電站站控層配置及過(guò)程層配置信息，涵蓋整個(gè)變電站二次設(shè)備的數(shù)據(jù)模型信息、實(shí)例化配置信息、通信參數(shù)及虛回路連接關(guān)系，是二次設(shè)備間信息交互的基礎(chǔ)，SCD文件的正確性是智能變電站安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。為保證SCD文件的正確性，國(guó)家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)公司為保護(hù)、測(cè)控、智能終端、合并單元等二次設(shè)備制定了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范，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，提高了SCD文件配置的標(biāo)準(zhǔn)化水平，在一定程度上降低了SCD文件配置錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。但是，配置工作量大、人工參與度過(guò)高是目前SCD文件配置工作中普遍存在的問(wèn)題，亟須解決。此外，因?yàn)楦鲝S家二次設(shè)備的過(guò)程層面向通用對(duì)象的變電站事件（generic object oriented substation events, GOOSE）/采樣值（sampled value, SV）數(shù)據(jù)集不一致，導(dǎo)致在變電站改擴(kuò)建時(shí)需要對(duì)SCD文件進(jìn)行多次修改，修改后的SCD文件對(duì)跨間隔設(shè)備如母線保護(hù)裝置的影響難于評(píng)估，增加了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的工作量[5-8]。

本文首先介紹當(dāng)前SCD文件配置的流程，并提出SCD文件自動(dòng)化配置技術(shù)，包含站控層、過(guò)程層通信地址自動(dòng)配置、過(guò)程層虛端子裝置級(jí)配置及SCD文件遠(yuǎn)景配置三項(xiàng)技術(shù)，以減少SCD文件配置的工作量，提高SCD文件配置的自動(dòng)化水平，縮小變電站改擴(kuò)建過(guò)程中SCD文件修改對(duì)二次設(shè)備的影響范圍，從而保證智能變電站安全可靠運(yùn)行。

1 SCD文件配置流程

SCD文件是基于各廠家智能化二次設(shè)備的IEC 61850模型文件進(jìn)行集成配置的，配置工作主要包含二次設(shè)備實(shí)例化命名，站控層、過(guò)程層通信地址分配，站控層報(bào)文重新命名，以及虛端子連線等，這些工作均基于智能變電站SCD文件配置工具完成，SCD文件配置流程如圖1所示[9-12]。

圖1 SCD文件配置流程

集成商配置SCD文件的第一步是對(duì)導(dǎo)入SCD工具的各二次設(shè)備的IED（intelligent electronic device）name重新命名。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，包括設(shè)備類型、歸屬間隔類型、電壓等級(jí)、間隔編號(hào)、套別編號(hào)。二次設(shè)備命名原則見(jiàn)表1。

表1 二次設(shè)備命名原則

IED Name由上述5個(gè)部分的不同分類按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際自由組合而成，如將220kV第二套線路保護(hù)命名為P_L2201B[13-17]。

在完成二次設(shè)備的重新命名后，進(jìn)行二次設(shè)備的站控層通信地址、過(guò)程層GOOSE及SV組播地址配置工作，配置示例分別如圖2～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(guò)程層GOOSE地址配置示例

圖4 二次設(shè)備過(guò)程層SV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(guò)100個(gè)，逐一為二次設(shè)備命名及配置站控層通信地址的工作量較大。

下一步工作是配置二次設(shè)備之間的過(guò)程層虛端子連線。二次設(shè)備的虛端子基于IEC 61850規(guī)范設(shè)置，一個(gè)輸入（輸出）虛端子對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入（輸出）信號(hào)的引用路徑，虛端子連線即按照功能需求完成輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)聯(lián)。

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

接下來(lái)對(duì)站控層報(bào)文進(jìn)行實(shí)例化命名，以便運(yùn)檢人員更直觀地了解裝置報(bào)警信息，如將“GOOSE鏈路1斷鏈”修改為“接收110kV浙大線智能終端GOOSE斷鏈”。完成上述所有工作后，SCD文件配置工作基本完成，可以通過(guò)SCD文件配置工具導(dǎo)出并下裝各二次設(shè)備的CID（configured IED description）/ CCD（configured circuit description）文件。

綜上所述，在智能變電站SCD文件的配置工作中，各二次設(shè)備重新命名及站控層報(bào)文重新命名是必不可少且無(wú)法簡(jiǎn)化的工作。但是，站控層、過(guò)程層通信地址分配及虛端子連線這兩項(xiàng)工作的人工參與度、配置工作量均比較大，若能對(duì)這兩項(xiàng)工作進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少人工參與，則可以大大簡(jiǎn)化SCD文件的配置工作量。

2 SCD文件配置方法

SCD文件配置方法包含以下三方面內(nèi)容：

1）站控層、過(guò)程層通信地址自動(dòng)配置，最大化降低人工參與度。

2）過(guò)程層虛端子裝置級(jí)配置代替端子級(jí)配置，減少過(guò)程層虛端子連線工作量，降低錯(cuò)誤發(fā)生概率。

3）SCD文件遠(yuǎn)景配置，減少變電站改擴(kuò)建過(guò)程中SCD文件的修改次數(shù)，縮小SCD文件修改對(duì)二次設(shè)備的影響范圍。

2.1 站控層、過(guò)程層通信地址自動(dòng)配置

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，變電站內(nèi)各二次設(shè)備的實(shí)例化命名是唯一的，站控層、過(guò)程層通信地址也是唯一的，所以可根據(jù)各二次設(shè)備的實(shí)例化命名，自動(dòng)形成各裝置的站控層、過(guò)程層通信地址。

站控層通信地址即IP地址，多為IPV4格式，即“a.b.c.d”格式，對(duì)于變電站內(nèi)的二次設(shè)備來(lái)說(shuō)，其IP地址的前三段設(shè)置，即a、b、c的設(shè)置完全相同，不同的僅d段。

過(guò)程層通信地址主要包含組播地址及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（application ID, APPID），均為16進(jìn)制格式。如圖3和圖4所示，GOOSE及SV組播地址均為a-b-c- d-e-f格式，且a、b、c、e字段完全相同，GOOSE組播地址的d字段固定為01，SV組播地址的d字段固定為04，e字段根據(jù)裝置數(shù)量從01開(kāi)始遞增。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)為4位數(shù)字或字母，GOOSE的APPID從0001開(kāi)始遞增，SV的APPID從4001開(kāi)始遞增。

GOOSE/SV通信地址格式見(jiàn)表2。由表2可以發(fā)現(xiàn)：變電站二次設(shè)備的站控層、過(guò)程層通信地址均只有一個(gè)字段是唯一的，所以在完成二次設(shè)備的唯一實(shí)例化命名后，SCD文件配置工具即可很方便地統(tǒng)計(jì)出變電站內(nèi)的各電壓等級(jí)二次設(shè)備數(shù)量，根據(jù)設(shè)備數(shù)量可按照統(tǒng)一規(guī)則一鍵自動(dòng)生成各二次設(shè)備的站控層、過(guò)程層通信地址，完全不需要人工參與。

表2 GOOSE/SV通信地址格式

以220kV變電站為例，具體規(guī)則如下：

1）根據(jù)各電壓等級(jí)的二次設(shè)備數(shù)量，為各電壓等級(jí)二次設(shè)備分配站控層通信地址中的d字段范圍，如220kV設(shè)備的d字段范圍為1～50，110kV設(shè)備的d字段范圍為50～100，35kV設(shè)備的d字段范圍為100～150。

2）根據(jù)二次設(shè)備總數(shù)量，為各二次設(shè)備分配GOOSE/SV組播地址的f字段，從01開(kāi)始遞增。

3）根據(jù)二次設(shè)備總數(shù)量，為各二次設(shè)備分配APPID，從0001開(kāi)始遞增，APPID序號(hào)應(yīng)與組播地址號(hào)保持一致。

2.2 過(guò)程層虛端子裝置級(jí)配置

智能變電站內(nèi)的二次設(shè)備主要包含保護(hù)控制裝置、合并單元及智能終端等。目前，各二次設(shè)備間的過(guò)程層虛端子連線均需要端到端手工配置，如圖5和圖6所示。虛端子配置的信息流包含電流、電壓等模擬量信息，刀開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)等位置信息，跳閘、遠(yuǎn)跳、閉重等跳閘信息等，配置工作量巨大。

為實(shí)現(xiàn)過(guò)程層虛端子裝置級(jí)配置，需滿足以下要求：

1）盡量采用IEC 61850原生邏輯節(jié)點(diǎn)（logic node, LN）承載裝置信號(hào)。對(duì)于相關(guān)信息可以承載于IEC 61850專用邏輯節(jié)點(diǎn)的情況，應(yīng)盡量采用專用邏輯節(jié)點(diǎn)，以準(zhǔn)確表達(dá)其物理含義。避免采用不明語(yǔ)義的通用過(guò)程I/O（generic GOOSE input/output, GGIO）邏輯節(jié)點(diǎn)，以最大限度地實(shí)現(xiàn)模型語(yǔ)義的自描述。

2）不同類型二次設(shè)備的同一類型輸入輸出信號(hào)應(yīng)采用相同的邏輯節(jié)點(diǎn)，并應(yīng)保證LN實(shí)例號(hào)相同。邏輯節(jié)點(diǎn)類型見(jiàn)表3。

表3 邏輯節(jié)點(diǎn)類型

3）對(duì)于母線保護(hù)、主變保護(hù)等跨間隔二次設(shè)備，采用標(biāo)準(zhǔn)間隔名作為前綴，以區(qū)分不同間隔LN。母線保護(hù)采用BUS、BAY（=1, 2,…）標(biāo)準(zhǔn)間隔名前綴表示母線或支路間隔，如BUS1-PDIF1、BAY1-PTRC1等；主變保護(hù)采用H、M、L、PTR標(biāo)準(zhǔn)間隔名前綴表示高、中、低壓各側(cè)及變壓器本體，如H-PTOC1、M-PTRC1等。

4）SCD文件配置工具應(yīng)具備二次設(shè)備關(guān)聯(lián)界面，以完成各間隔二次設(shè)備的裝置級(jí)配置，如圖2所示。關(guān)聯(lián)界面以間隔名（BAY1、BAY2、…）為關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)。工具還能根據(jù)各二次設(shè)備的IED name確定各間隔與變壓器各側(cè)二次設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如220kV變電站的主變2203間隔對(duì)應(yīng)變壓器高壓側(cè)二次設(shè)備，而500kV變電站的主變5003間隔對(duì)應(yīng)變壓器高壓側(cè)二次設(shè)備。裝置級(jí)關(guān)聯(lián)見(jiàn)表4。

表4 裝置級(jí)關(guān)聯(lián)

完成裝置級(jí)配置后，SCD文件配置工具可按照表5的LN關(guān)聯(lián)模版完成不同類型二次設(shè)備間的過(guò)程層虛端子自動(dòng)配置。

表5 LN關(guān)聯(lián)模版

對(duì)于母線保護(hù)、主變保護(hù)等跨間隔設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于涉及同一設(shè)備需要關(guān)聯(lián)多個(gè)二次設(shè)備的情況，故應(yīng)基于LN前綴字母進(jìn)行區(qū)分，如母線保護(hù)根據(jù)間隔序號(hào)BAY（=1, 2, …）進(jìn)行區(qū)分，主變保護(hù)根據(jù)電壓等級(jí)（H、M、L）進(jìn)行區(qū)分。

表5的LN關(guān)聯(lián)模版只到LN級(jí)，應(yīng)保證各類型虛端子所對(duì)應(yīng)LN的數(shù)據(jù)（digital object, DO）及數(shù)據(jù)屬性（digital attribute, DA）一致，比如電流為TCTR.Amp，電壓為TVTR.Vol，刀開(kāi)關(guān)位置為XSWI.Pos.stVal，開(kāi)關(guān)位置為XCBR.Pos.stVal等。

2.3 SCD文件遠(yuǎn)景配置

智能變電站改擴(kuò)建過(guò)程涉及二次設(shè)備的增加或原有二次設(shè)備的更換，兩種情況均會(huì)影響跨間隔設(shè)備如母線保護(hù)裝置的過(guò)程層配置。所以，需要對(duì)原有的SCD文件進(jìn)行修改，SCD文件修改完成后需要重新生成母線保護(hù)裝置的過(guò)程層配置文件，并下載至母線保護(hù)裝置中。因?yàn)槟妇€保護(hù)裝置重新下載了過(guò)程層配置文件，且不好評(píng)估對(duì)母線保護(hù)裝置過(guò)程配置的影響范圍，所以一般需要對(duì)母線保護(hù)裝置的所有間隔逐一進(jìn)行過(guò)程層通信驗(yàn)證，工作量巨大。

SCD遠(yuǎn)景配置是解決上述問(wèn)題的一個(gè)比較好的方法，主要針對(duì)跨間隔設(shè)備如母線保護(hù)裝置，即母線保護(hù)裝置在投運(yùn)前按照最大可接入間隔數(shù)量進(jìn)行過(guò)程層配置，保證遠(yuǎn)期改擴(kuò)建間隔時(shí)不需要重新為母線保護(hù)裝置下載過(guò)程層配置文件。

根據(jù)Q/GDW 11471—2015《智能變電站繼電保護(hù)工程文件技術(shù)規(guī)范》的要求，智能變電站二次設(shè)備的過(guò)程層配置文件應(yīng)具備循環(huán)冗余校驗(yàn)（cyclic redundancy check, CRC）碼，以方便評(píng)估過(guò)程層配置文件是否發(fā)生變化，便于過(guò)程層配置文件的管理。

為實(shí)現(xiàn)改擴(kuò)建間隔不影響母線保護(hù)裝置的過(guò)程層配置文件的CRC碼，需要滿足以下條件：①各廠家二次設(shè)備的過(guò)程層發(fā)送數(shù)據(jù)集的控制塊路徑完全一致；②各廠家二次設(shè)備的過(guò)程層發(fā)送數(shù)據(jù)集的成員個(gè)數(shù)完全一致；③各廠家二次設(shè)備的過(guò)程層發(fā)送數(shù)據(jù)集的成員順序完全一致；④各廠家二次設(shè)備的過(guò)程層發(fā)送數(shù)據(jù)集的成員定義完全一致。

在滿足上述四個(gè)條件的前提下，可以將任一廠家的二次設(shè)備ICD（IED capability description）文件設(shè)定為模版ICD文件，以便對(duì)智能變電站中母線保護(hù)裝置過(guò)程層配置文件進(jìn)行遠(yuǎn)景配置。對(duì)于本期不存在的間隔，可以采用二次設(shè)備模版ICD文件進(jìn)行替代，后期改擴(kuò)建時(shí)再使用實(shí)際二次設(shè)備的ICD文件替換模版ICD文件，ICD文件的替換不會(huì)對(duì)母線保護(hù)裝置的過(guò)程層配置文件產(chǎn)生影響。

2.4 小結(jié)

采用本文所提SCD文件配置方法后，SCD文件配置人員的主要工作內(nèi)容為修改各二次設(shè)備的實(shí)例名、配置各二次設(shè)備的裝置級(jí)關(guān)聯(lián)關(guān)系及修改各二次設(shè)備的站控層報(bào)文名稱等。改進(jìn)后的SCD文件配置流程如圖7所示。

圖7 改進(jìn)后的SCD文件配置流程

與圖1所示SCD文件配置流程相比，改進(jìn)后的配置工作量大大減少，同時(shí)也大大降低了SCD文件出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，因?yàn)椴捎肧CD文件遠(yuǎn)景配置技術(shù)，所以實(shí)現(xiàn)了變電站遠(yuǎn)期改擴(kuò)建過(guò)程中，母線保護(hù)裝置不需要重新下裝CCD/CID文件的目標(biāo)，節(jié)省了調(diào)試時(shí)間，縮短了改擴(kuò)建工期。以一個(gè)中等規(guī)模的220kV變電站為例，傳統(tǒng)配置方法及本文所提配置方法的工作耗時(shí)對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 SCD文件配置工作耗時(shí)對(duì)比 單位：人·日

3 結(jié)論

智能變電站中各二次設(shè)備間的信息交互均是基于SCD文件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以SCD文件的正確性是智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。提高SCD文件配置的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化水平是保證SCD文件正確性的一個(gè)重要手段。本文所介紹的SCD文件配置方法，將智能二次設(shè)備的過(guò)程層虛端子配置工作由端子級(jí)配置層面提高到裝置級(jí)配置層面，大大減少了過(guò)程層配置的工作量，通過(guò)SCD文件遠(yuǎn)景配置實(shí)現(xiàn)了母線保護(hù)裝置的CCD/CID文件在變電站改擴(kuò)建過(guò)程中保持不變的目標(biāo)，減少了調(diào)試工作量，縮短了改擴(kuò)建工期。

該SCD文件配置方法需要各廠家二次設(shè)備的過(guò)程層虛端子所對(duì)應(yīng)的LN類型及實(shí)例號(hào)完全一致，以及GOOSE/SV發(fā)送數(shù)據(jù)集完全一致。GOOSE/SV發(fā)送數(shù)據(jù)集完全一致的要求比較容易實(shí)現(xiàn)，目前二次廠家主流的保護(hù)設(shè)備、智能終端及合并單元已可滿足這一要求，從而達(dá)到SCD文件遠(yuǎn)景配置的目標(biāo)。但是，過(guò)程層虛端子所對(duì)應(yīng)的LN類型及實(shí)例號(hào)完全一致的要求，對(duì)現(xiàn)有二次設(shè)備的IEC 61850模型文件提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)化要求，后期還需討論制定相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，以提供有力的技術(shù)支撐。

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A system configuration description file configuration method applied to intelligent substation

ZHANG Yongzhi1TANG Xiaohui1WU Qianjiang1WANG Fengguang2Lü Hang2

(1. Zhongshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Zhongshan, Guangdong 528400; 2. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102)

The correctness of substation system configuration description (SCD) files is the basis for the safe and reliable operation of intelligent substation. In order to solve the problems of heavy workload and excessive manual participation of SCD file configuration, automatic configuration technology of SCD file is proposed. It includes three technologies of automatic configuration technology of station and process communication addresses of intelligent secondary devices, device-level configuration of process virtual terminal of intelligent secondary devices, and maximization configuration of SCD file, which reduces the workload of SCD file configuration, improves the automation level of SCD file configuration, reduces the scope of influence of frequent modification of the SCD file on the secondary devices during the modification and expansion of the substation, and ensures the safe and reliable operation of the intelligent substation.

substation configuration description (SCD) files; intelligent substation; process level; station level

2024-01-06

2024-02-01

張勇志（1980—），男，廣東省中山市人，本科，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)工作。

廣東省電力公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目（GDKJXM20230712）