智能變電站SCD文件版本差異化比較研究與應用

馮義，張承模，劉宏君，楊慶偉

（1. 貴陽供電局，貴州 貴陽 550081；2. 長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057）

從2011年迎來了智能變電站的大規模的建設時期，“十二五”期間智能變電站的數量將突破6 000座。智能變電站采用三層兩網的架構體系，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化作為基本要求。變電站的過程層以網絡通信方式替代大量的二次回路電纜，常規變電站的二次硬回路轉變為智能變電站的二次虛回路。這種轉變方式表現為原來以電纜傳輸單一信號構成的純電路結構，變成以光纜傳輸多路信號，再也無法從外部的物理連線分析整個回路[1]。這些回路配置信息都保存在智能變電站的唯一配置源文件SCD文件中。除此之外該文件還描述智能變電站內所有IED的實例配置和通信參數、IED之間的通信配置以及變電站一次系統結構。在智能變電站的運行維護過程中，導致SCD文件版本升級的原因有多種，SCD文件雖有歷史記錄供參考來了解SCD升級的大致變動情況，但是這些歷史記錄都是依賴操作人員個人素質，甚至修改過的SCD文件也無歷史記錄，導致完全失去對SCD文件的管理控制能力。同時這些歷史記錄無法精確定位SCD變動的具體內容，也無法定位到升級所影響的范圍，以及對應的安措方案。

基于上述問題，本文認真分析了智能變電站的相關技術標準[2-3]，在CRC碼的基礎上提出了一種SCD版本差異化的比較方案，方便智能變電站的設計人員、運行維護人員使用。

1 SCD文件研究

SCD即智能變電站配置描述文件（substation configuration description）是IEC61850定義的描述智能變電站一次設備、二次設備配置的文件，詳細定義了一二次設備的功能映射關系和拓撲關系；描述了二次設備的通訊參數、邏輯聯系等信息，完整地描述了各孤立的設備如何連接在一塊組成了智能變電站系統，是智能變電站運行的重要配置源。雖然規范中指出SCD文件由Header、Substation、Communication、IED、DataTypeTemplate 等5 部 分 組成，但受限國內實際情況，智能變電站目前僅使用了Header、Communication、IED、DataTypeTemplate 四部分，未使用描述一二次設備的功能映射關系和拓撲關系的Substation部分[4-8]。

SCD文件中重要的配置信息如圖1綠色部分所示，在Communication部分，MMS部分描述了裝置的IP、子網掩碼等配置，GOOSE、SV部分分別描述了Gocb、Svcb的組播地址等。在IED部分，S訪問點下的DataSet描述了裝置上送給監控后臺的信息。G訪問點下的DataSet描述了裝置的GOOSE開出信息，GOIN是LN的前綴信息，表示是GOOSE的開入信息。M訪問點下的DataSet描述了裝置的SV開出信息，SVIN是LN的前綴信息，表示是SV的開入信息[4-8]。

圖1 SCD文件結構Fig. 1 The structure of the SCD file

2 CRC校驗原理

CRC（cyclic redundancy check，循環冗余校驗碼）是應用廣泛的校驗碼。早期應用于通信領域，用于校驗報文序列有沒有被丟失（如無線電波通信受雷電影響）或惡意修改。隨著互聯網應用的普及，CRC校驗也常用于文件完整性的校驗。簡單來說，CRC校驗原理就是在一個P位的二進制序列上添加一個S位的二進制序列（校驗碼），從而構成一個總長為L=P+S的二進制序列。數據序列和校驗碼形成了一定關系，若數據遭到破壞或篡改，就會破壞該關系，從而就能得知數據是否正確[9]。

3 方案設計

3.1 裝置計算信息

為了能得到升級前和升級后兩版本的SCD文件的差異性，不僅需要對SCD文件計算CRC檢驗碼，還需要對內容信息計算。為了快速得知用戶關心的變化部分，將SCD中裝置的信息分為5部分：MMS發送相關參數、GOOSE發送相關參數、GOOSE接收相關參數、SV發送相關參數、SV接收相關參數，分別使用MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 代表如圖2所示。其中Pub、Sub為public、subscribe的縮寫。

圖2 裝置核心信息分類Fig. 2 The core information classification of devices

MMS發送相關參數（MMSPub）:

LLN0下的DataSet的元素參數（含Private元素）：

Data1Ref:相關DAI元素、bType；

GOOSE發送相關參數（GOOSEPub）:

GOCB1路徑名（GOCBRef）：

GSEControl元素參數（含Private元素）；

Communication中與GOCB1相關的GSE元素參數（含Private元素）；

GOCB1引用的DataSet元素參數（含Private元素）：

Data1Ref:相關DAI元素、bType；

……

DatanRef:相關DAI元素、bType。

GOCB2路徑名（GOCBRef）：同上

……

GOCBn路徑名（GOCBRef）：同上

GOOSE接收相關參數（GOOSESub）:

外部GOCB1路徑名（GOCBRef）：

GSEControl元素參數（不含Private元素）；

Communication中與GOCB1相關的GSE元素參數（不含Private元素）；

外部GOCB1引用的DataSet 元素參數（不含Private元素）：

Data1Ref: bType、intAddr 及 相 關DAI 元 素 或NULL；

Data2Ref: bType、intAddr 及 相 關DAI 元 素 或NULL；

……

DatanRef: bType、intAddr 及 相 關DAI 元 素 或NULL。

外部GOCB2路徑名（GOCBRef）：同上

……

外部GOCBn路徑名（GOCBRef）：同上

SV發送相關參數（SVPub）:

MSVCB1路徑名（MSVCBRef）：

SampledValueControl元素參數（含Private元素）；

Communication中與MSVCB1相關SMV元素參數（含Private元素）；

MSVCB1引用的DataSet元素參數（含Private元素）：

Data1Ref:相關DOI元素；

Data2Ref:相關DOI元素；

……

DatanRef:相關DOI元素。

MSVCB2路徑名（MSVCBRef）：同上

……

MSVCBn路徑名（MSVCBRef）：同上

SV接收相關參數（SVSub）:

外部MSVCB1路徑名（MSVCBRef）：

SampledValueControl元素參數（不含Private元素）；

Communication中與MSVCB1相關SMV元素參數（不含Private元素）；

該MSVCB引用的DataSet元素參數（不含Private元素）：

Data1Ref: intAddr及相關DOI元素或NULL；

Data2Ref: intAddr及相關DOI元素或NULL；

……

DatanRef: intAddr及相關DOI元素或NULL。

外部MSVCB2路徑名（MSVCBRef）：同上

……

外部MSVCBn路徑名（MSVCBRef）：同上

3.2 CRC校驗碼比較原則

為保證針對同一版本的SCD文件，一臺裝置從SCD中提取來信息形成的XML文件計算出來的CRC校驗碼一致。所有提取元素的子元素應與SCD文件中的順序一致；所有提取元素的屬性按字母順序從a-z的順序排列；沒有子元素和賦值的元素應采用“/>”結尾。

同時需要剔除元素間及屬性間的空格、換行符、回車符、列表符后轉換成ASCII碼序列。

采用的CRC校驗參數為[2]

?

3.3 報告輸出

3.3.1 配置升級報告

配置升級報告見圖3。配置升級報告是描述升級前后SCD文件比對后配置發生變化的裝置、新增裝置以及停用刪除的裝置。天藍色的裝置表示升級前后沒有變化。

圖3 配置升級報告Fig. 3 The configuration upgrading report

3.3.2 細節比對報告

細節比對報告是以裝置為中心，針對其CRC校驗碼的變化，展開3部分的內容分析，報告如圖4所示。

圖4 細節升級報告Fig. 4 The detailed upgrading report

1）裝置自身接收虛端子信息差異比對（包括連接變化、位置變化、數量變化、中文描述變化）；

2）裝置自身發送控制塊描述比對、通訊參數比對、發送端子信息差異比對（包括連接變化、位置變化、數量變化、中文描述變化）；

3）對端裝置發送控制塊描述比對、通訊參數比對、發送端子信息差異比對（包括連接變化、位置變化、數量變化、中文描述變化）；

3.3.3 母線保護升級報告

母線保護升級報告描述的是在比較了升級前后SCD版本后，再以母線保護裝置為核心，和其相關的發送裝置和接收裝置的通訊參數的變化情況、虛回路的變化，該報告主要在母線間隔擴建的時候使用。如果該報告為空就說明原先的裝置與母線之間的虛回路沒有發生變化，那么在做擴建實驗的時候就只需要對新增裝置做實驗了，這里以CYSR_BP_01的SUB配置升級報告為例，如圖3所示。

3.4 試驗智能分析

3.4.1 裝置MMS數據變化

MMS數據變化，主要是裝置通過MMS報告發給監控后臺的信息，根據規范[2-3]，裝置站控層的數據信息變化，可以得到表1所示的站控層數據集變化分析。

3.4.2 過程層信息變化

裝置過程層信息變化主要是通過GOOSE、SV連接的裝置，若裝置自身或連接裝置的GOOSE、SV的配置有變化，提示需要重新做裝置間的互操作實驗。

表1 MMS數據集變化分析Tab. 1 The analysis of the MMS data set changes

4 方案實現

4.1 軟件架構

本文提出的SCD版本差異化比較方案基于Qt4.6開發，便于集成到Linux、Windows等平臺上。如圖5所示，SCD版本差異化比較方案包含6個模塊：解析模塊、SCD內存數據庫、信息提取模塊、CRC計算模塊、差異分析模塊、報告輸出模塊。該方案的輸入是升級前后的兩個版本的SCD文件，輸出是配置升級報告、細節比對升級報告、母線保護升級報告。

4.2 流程實現

4.2.1 裝置信息提取流程

1）導入SCD，利用tinyXML解析SCD文件。

2）以裝置為單位，獲取裝置的通訊參數信息。

3）以裝置為單位，獲取裝置的虛端子信息。

4）以裝置為單位，根據裝置數據集的FCDA，獲取裝置的DO、DA信息。

5）根據裝置接收虛端子信息分析發送裝置的發送控制塊、通訊參數以及數據集等信息。

6）按MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 5部分。

4.2.2 配置升級報告

配置升級報告是整個SCD版本比對的開始，依次導入升級前后的SCD版本，提取裝置信息，生成CRC校驗碼。具體的配置升級報告流程如圖6所示。

圖6 配置升級報告流程Fig. 6 The design flow diagram of the configuration upgrading report

4.2.3 母線保護升級報告

1）用戶選中母線保護裝置；

2）以母線保護裝置為中心，獲取所有和它有關聯的裝置；

3）判斷母線保護裝置及其相關的裝置是否升級，輸出母線升級報告。

4.2.4 細節升級報告

細節升級報告是SCD版本比較的核心部分，它的輸出流程如圖7所示。

4.3 報告輸出

所有報告的輸出采用jit開源庫，它是基于javascript編寫，可以利用自行構建的json數據結構，然后調用對應接構傳遞該數據，就可以快速生成樹形結構等結構。

5 結語

圖7 細節升級報告流程Fig. 7 The design flow diagram of the detailed upgrading report

本文所提出的基于CRC的SCD文件版本差異化比較方案，來源于標準，又在標準的基礎上擴充了MMS部分，利用CRC校驗輸出智能變電站的配置升級報告、細節升級報告、母線保護裝置報告，從而實現了SCD文件版本比較，方便智能變電站的調試單位、運行維護單位對SCD文件的版本差異化的查看掌握、清楚了解內部升級結構，方便測試實驗的展開。

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