智能變電站配置文件管控技術研究

洪梅子，吳 迪，文 博，李 鵬，宿 磊，雷 楊

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

智能變電站配置文件管控技術研究

洪梅子1，吳 迪2，文 博1，李 鵬1，宿 磊1，雷 楊1

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

從智能變電站SCD文件管控現狀出發，介紹了智能變電站SCD文件管控系統這一目前有效的管控手段，梳理并總結了配置文件系統功能組成、管控流程等內容，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的快速發展，智能變電站建設大力推進。與常規變電站相比，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”，智能變電站的設計、調試及運維方式等均發生了較大變化。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，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計圖紙成為調試、運維及改擴建的直接依據[1-8]。

目前，大部分地區智能變電站各生產環節缺乏SCD文件流轉管控，包括建設單位、電科院、運維單位、調控部門等部門之間配置文件流轉、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[9-14]通過實現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文件管控現狀，針對該現狀介紹現有的智能變電站SCD管控系統，概述了SCD文件管控流程、管控策略等方面內容，幫助提高智能變電站現場基建、運維管理。

1 SCD文件管控現狀

1.1 存在的問題

目前，智能變電站的建設和運維環節都存在著大量的問題：

(1)智能變電站二次系統普遍使用IEC61850標準，國內各廠家水平參差不齊，在消化、理解IEC61850標準和國家電網公司相關規范要求時存在差異，造成配置文件不能夠完全符合國家電網公司要求，具備一定的“隱蔽性”，難以通過現場調試發現，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的二次回路，二次回路不如常規變電站那樣直觀可見，運維檢修人員需根據智能變電站配置文件進行調試和檢修，智能變電站配置文件可讀性差，調控及運維部門未具備和掌握查閱、修改SCD文件的技術手段，造成現場人員作業困難，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，隨著電網建設的推進，出現的大修、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、現場修改混亂、與設計不一致等問題，給現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生多次改動，無法確?，F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配置文件及圖紙資料可以真實反映現場，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，無論調控部門還是運檢部門均缺乏對配置文件有效管控的技術手段，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，工作協同困難等諸多管理困難。

1.2 SCD管控措施

按照國家電網公司相關規范要求，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內投產的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，費時費力且質量無法得到保障。

現階段針對配置文件檢測的技術工具，國內主要是圍繞是否合乎規范進行檢測，并沒有深入二次系統內在本質聯系的檢測，有可能出現配置文件通過工具檢測但出現信息遺漏或缺失的問題，影響現場調試工作的開展。

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

2 SCD管控系統功能組成及管控流程

2.1 SCD管控系統功能組成

SCD管控系統總體結構如圖1所示，該系統由兩部分組成：SCD采集系統和SCD管控模塊。SCD采集系統負責SCD文件的傳輸和收集；SCD管控模塊實現數據接入、存儲和處理，提供圖形化人機接口，實現對調度范圍內的智能變電站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管控系統總體結構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上傳驗收后的系統配置文件，智能變電站配置文件管控系統的SCD采集模塊首先檢查上傳的系統配置文件的完整性，然后將完整的系統配置文件提交給管控模塊。管控模塊負責解析系統配置文件，并對提交的系統配置文件進行語法、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。如果校驗結果不正確，用戶展示模塊提示此系統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容。

過程層校驗是通過IED裝置的過程層接口實現，接收并解析IED裝置發送的SV和GOOSE報文，校驗報文的參數、通道數量、以及數據類型是否與SCD文件描述的一致，按照SCD文件的描述向IED發送具有特定報文參數和數據的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。

站控層校驗通過站內的站控層網絡訪問IED，主要檢查三個方面：模型一致性、數據描述一致性和服務一致性。

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標準的模型定義，與實際的的工程需要是否一致，不應出現無法施工的錯誤。

2.2 SCD管控流程

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

工程調試階段：調試單位根據集成商提供的智能變電站配置文件進行調試，在調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試單位負責管控，保證最終調試的智能變電站配置文件是完好無誤的最終版本。調試單位將最終與現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試單位提供的配置文件版本與現場裝置實際配置一致；驗收過程中的系統配置文件經過建設管理單位、調試單位、設備供應商、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資料為依據，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、設備檢修等引起的配置文件的變化，運維單位發起變更申請，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，現有的管控流程可以實現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，例如可視化技術、CRC校驗技術，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管控技術原理

SCD管控系統可以進行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

由于SCD文件可讀性差，可視化技術可以解析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、調試人員以及調度人員能夠清晰的獲取變電站的配置信息，給施工、運維、調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等文件中的網絡、對象、對象互操作關系等以子網圖、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絡、虛回路變成可見的網絡、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換為調試、運維人員可以理解的設備二次回路。智能變電站配置文件可視化之后，通過比較網絡配置、對象名稱、對象屬性、對象互操作關系等信息，可以比較智能變電站配置文件的詳細差異，調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等文件中的網絡、對象、對象互操作關系等以子網圖、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，將網絡、虛回路數據表達為相應的網絡結構、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)子網信息展示

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

(2)智能裝置互操作關系展示

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據收發關系。

(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，并展示端子關聯的外部信息。

(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、子網屬性、智能裝置屬性、控制塊屬性、數據集屬性信息。

3.1.2 CRC校驗技術

目前，智能變電站配置文件校驗技術主要應用CRC校驗技術，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。其他的校驗技術例如二維碼校驗也是以CRC校驗為基礎。

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裝置相關的過程層配置信息，包括發布/訂閱的控制塊配置信息，GOOSE、SV協議的基本參數和數據結構，控制塊與內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校驗模塊負責計算CRC校驗碼，并將計算結果返回給管控內核模塊，同時由管控內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，配置文件管控系統生成系統配置文件的版本信息，并連同提交的系統配置文件、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通過加入CRC校驗流程，可以對系統配置文件的版本、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構是否正確、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，在特定的試驗環境下，對被檢測對象進行黑盒測試，通過比較輸出的結果和預測結果的差異來判斷被檢測設備對象與協議描述的是否一致。普通的一致性檢測由被檢測設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,通過分析MV、GOOSE、MMS等報文，對檢測的IED的輸出結果與預期輸出結果進行分析和判斷，給出對應的檢測結果。

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，繼續檢測CID文件的關鍵配置信息網絡參數配置、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，如果信息有重復或者交互現象，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，提取相關信息，例如根據IED的名稱和描述自動生成間隔信息；根據通道實例化描述提取IED關聯信息，然后按變壓器、母線、母聯、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。

合法性校驗的內容包括：(1)依據IEC 61850等標準執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，檢查結果分錯誤、警告、提醒三種類型，未發現錯誤時，才允許簽入。

4 結語

隨著智能變電站技術不斷進步，現場基建、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、新原理開展進一步研究，例如優化管控策略，真正實現配置文件有效管控，確?，F場智能變電站安全穩定運行。

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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。