智能變電站配置文件可視化及管控系統研究

金鎮山，關紫嫣，姜 鵬，王魯昕，徐明宇

(1.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱150030，2.江西科技師范大學，南昌 330013)

智能變電站配置文件可視化及管控系統研究

金鎮山1，關紫嫣2，姜 鵬1，王魯昕1，徐明宇1

(1.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱150030，2.江西科技師范大學，南昌 330013)

分析了目前智能變電站SCD文件管控存在的弊端和盲點，根據SCD文件的技術特點提出管控系統的建立，實現了對SCD文件的全過程管理控制。通過高級應用模塊的建立，實現SCD文件的可視化和版本之間的差異性比對，使運維人員對智能變電站的理解更加直觀，從而提高變電站調試和運維工作的效率，并有效降低了運維工作安全風險，保證了智能變電站的安全穩定運行。

SCD；可視化；差異性比對；管控系統

智能變電站配置描述(SCD)文件始終貫穿于智能變電站建設、調試、驗收、運維、檢修以及改擴建等各個重要環節，是反映智能變電站全過程系統配置信息的重要工具，關系到繼電保護、自動監視控制以及電能計量等二次系統功能的實現，更為重要的是在智能變電站運維過程中發揮著越來越重要的作用[1]。但目前部分地區的智能變電站SCD文件管控仍處于空白階段，一直未將SCD文件進行有效的管控，無法實現SCD文件的可視化以及不同版本之間的差異化比對，造成導入錯誤的SCD文件引起繼電保護的不正確動作，為智能變電站運維和檢修工作埋下了安全隱患。目前SCD管控存在的問題主要有以下幾點：

1)運維人員對于“看不見、摸不著”的二次虛回路無法理解，未有效利用智能變電站SCD文件，造成無法高效地開展運維工作；

2)SCD文件升級或裝置檢修的影響范圍難以界定，缺少參考依據；

3)全站的SCD文件與各IED設備的配置一致性以及現場一致性無法保證，只能依據集成廠家提供材料，運維及驗收人員缺少行之有效的判別辦法；

4)SCD文件版本較多，存儲不統一，管理不系統，無法對比不同版本之間的差異，存在取用混亂等問題；

5)現場改擴建對SCD變更缺少流程技術管控，上級部門無法及時掌握最新版SCD文件。

由于SCD文件的重要性已經得到各方的重視，本文針對SCD文件對智能變電站多個環節重要性以及制作和解析技術門檻較高等特點，開展智能變電站SCD文件可視化及管控系統的開發研究以及應用。系統對黑龍江地區各區域內多個智能變電站系統SCD文件進行系統管控，通過保證SCD文件解析的完整性、可視化的正確性以及與現場的一致性，有效地提高智能變電站運維工作的安全性和保證智能變電站安全運行水平，同時最大限度地降低智能變電站全壽命周期的運維和技改成本[2-3]。

1 智能變電站配置文件管控策略及流程

智能變電站二次設備集成廠家通過合并單元、繼電保護裝置、智能終端等IED裝置的ICD模型文件以及設計院設計的虛端子圖進行系統組態，應用SCD系統配置工具制作集成聯調的SCD文件，包括虛回路連接關系和各IED設備虛回路鏈級的CRC校驗碼[4-5]。在智能變電站現場調試、驗收、運維等各個階段都會對SCD文件進行更改。因此要保證SCD文件版本管理的一致性和唯一性，以及運維工作中對SCD文件更改時的CRC碼和虛回路的在線監測都是十分必要的[6-7]。所以SCD文件管控策略應分為離線管控和在線管控。

1.1 SCD文件管控功策略

SCD文件管控系統應首先在主站端具備SCD文件檔案庫管理功能，并實現不同版本的SCD文件管理和下載，保證運維人員獲取的SCD文件版本與現場一致，避免由于SCD文件版本的差異性造成運維工作的繼電保護誤動。在離線管控策略中應用SCD文件生成的IED設備、虛回路、全站SCD文件都有相應的唯一CRC碼以及下裝到IED設備中的私有化配置文件，實現離線CRC碼的自動校驗，并應有相應方法實現在SCD管控系統中的SCD文件可視化以及SCD升級前后影響范圍界定等輔助功能，提供給智能變電站運維工作的輔助工具。

在SCD在線管控策略中應包括虛回路CRC碼校驗和虛回路狀態的實時監測，輔助運維人員實時監測保護狀態、虛回路狀態、通訊狀態以及裝置狀態，便于運維工作的安全可靠落實。智能變電站SCD文件管控策略的整體架構如圖1所示。

圖1 SCD文件管控系統總體架構Fig.1 Overall framework of SCD file management system

1.2 SCD 文件管控流程

目前SCD文件的管理模式主要以離線分散管理為主，缺少SCD文件變動審核跟蹤環節，且更改后的SCD文件版本缺少有效的管理和歸檔，無法保證SCD文件在運維過程中的正確性和唯一性[8]。

SCD文件管控系統流程圖如圖2所示。由圖2 可知，利用調度數據網搭建配置文件管控系統可以實現區域內智能變電站站端和主站SCD文件統一管控。站端負責SCD文件的制作、變更以及上傳，主站端負責SCD文件的歸檔和應用。而且變電站端和主站端均應具備CRC碼校驗、SCD文件可視化以及變更差異性比對等輔助功能。保證SCD文件版本的正確性和唯一性是對SCD文件全過程管控的核心要求，實現由管控系統保證的主動變更控制。

對于設計調試、竣工驗收以及運維階段的缺陷處理，保護軟件版本更新以及反措更新等引起SCD文件主動變更后，應由上級部門通過可視化人工校核SCD變更內容，保證對SCD文件的合法、正確修改[9]。若人工校驗不通過，則需要運維單位進行修改后重新上傳，并通過版本控制的方式實現對SCD文件版本差異化的對比功能，確認變更后SCD文件變更內容。管控系統自動將最新版本SCD文件、虛端子圖以及現場一致性證書進行歸檔，只有各個歸口部門規范完成以上流程才能有效保證SCD文件版本的完整性和唯一性。

圖2 SCD文件管控系統流程圖Fig.2 Flow chart of SCD file management system

2 智能變電站配置文件管控關鍵技術

2.1 SCD 文件可視化

智能變電站SCD管控系統通過解析SCD文件將虛回路以圖形模式展示出來，主要包括單裝置信號圖、單裝置邏輯鏈路圖以及單裝置虛端子圖[10]。單裝置信號圖等同于傳統變電站的回路圖，展示出該裝置與其他裝置之間虛端子連接關系；單裝置邏輯鏈路圖展示裝置與其他裝置之間邏輯鏈路關系；單裝置虛端子圖能夠展示出用戶對裝置過程層所有開入開出虛端子信息的查詢。可視化模塊功能主要有：

1)通過解析SCD文件自動劃分間隔，將每個間隔內裝置信號分別以圖形化進行展示，并通過圖形展示出正確的虛回路信息，方便相關人員間隔內的管理和調試。

2)以可視化的方式展示出IED裝置虛端子、開入開出軟壓板的對應關系以及壓板功能信息等，同時可以將IED 裝置之間的邏輯及物理通訊聯系展示出來，都將有助于繼電保護運維人員掌握IED裝置各類信息。

文本通過對比方式將SCL語言編制成SCD文件以圖像化完整地顯示出來[11]。以某IED裝置為例，應用GOOSE控制塊外部引用指定的IEDName與LDInst，利用其對應關系查詢到外部信號所在的IED以及與之對應的邏輯設備LDevice，再通過查找及遍歷LDevice下的DataSet和GSEControl，查找到匹配的數據集條目，最終夠得到與之關聯數據的GOOSE 控制塊。SCD文件可視化具體方法如下：

2.1.1 裝置輸出虛端子可視化

GOOSE控制塊定義了裝置的虛端子，其中將G1訪問點定義于PI1$LN0 中，可有以下方法獲取輸出虛端子：

1)通過搜索ICD/CID 文件，對G1訪問點的PI01$LN0進行定位；

2)遍歷GSEControl，提取每個GOOSE標簽中的name， desc， dataset，confRev， appID 等元素，并將其記錄為1個虛端子排；

3)再通過查找dataSet，找到匹配的所有數據集條目，分別提取每個數據項，并將其記錄為1個輸出虛端子；

4)直至數據項以及GOOSE 控制塊遍歷完。

3.1.2 裝置間虛回路可視化

裝置虛回路信息記錄在CID文件中，以GOOSE 虛回路為例，可通過以下方法將虛回路圖形化展示出來：

1)通過搜索SCD/CID 文件，定位；

2)通過搜索路線，遍歷所有；

3)每個虛回路由提取的IEDName，LDInst，LNClass，LNInst，doName，daName，prefix 等元素構成；

4)根據上述虛回路構成信息，查詢中定義的GOOSE 控制塊，找到與之匹配的GoCB，并將其cbName， goCbRef， datSet， confRev， appID 等信息進行標記；

5)由與之匹配的GoCB，通過CID 文件的部分，查詢到其通信信息，并記錄VLAN劃分的信息；

6)直至遇到。

至此可以確定裝置間的虛回路的建立涉及GOOSE 控制塊的具體數據條目，以此類推將SCD文件中所用虛端子連接，從而得到各IED之間的信號關系。

同理虛回路提取方法，靜態解析SCD文件，可以得到IED裝置單裝置邏輯鏈路圖，從而實現了SCD文件從XML文本格式轉換到直觀的圖形展示，使得運維人員開展智能變電站管理及運維工作有直觀的依據，大大提高了運維工作的安全性和效率。SCD文件圖形化展示如圖3所示。

圖3 SCD文件可視化Fig.3 Visualization of SCD file

2.2 SCD文件版本差異化比對

SCD管控系統通過對比不同版本的SCD文件，找到不同版本SCD文件之間的差異，差異主要包括智能變電站內虛回路變更、IED裝置的增減和更換、GOOSE、SV控制塊及控制塊參數的增減、數據條目及參數的增減和序號變化以及SCD文件數據類型的變更等[12]。同時系統將對比出來的差異結果通過列表和圖形化的方式展示出來，便于運維人員觀察和理解。

2.2.1 SCD文件差異化對比判斷依據

不同的SCD文件版本作差異化對比時，需要對SCD文件的所有信息進行比對，不同的信息量需要有不同的判斷依據，部分無影響的信息可作為可選項目不做強制性要求。

1)IED 增加和刪除。因為每個IED的name標識是全站唯一的，所以以IED的name對比來檢查是否有新增、刪除或變更的IED。但IED參數不會對虛端子連線有影響，可作為可選項目，不作為強制性比較項目。

2)SV(GOOSE)控制塊的增加和刪除。以IED 的smvID(APPID )作為SV(GOOSE)控制塊作為對比依據，判斷SV(GOOSE)控制塊的新增或刪除。

3)SV(GOOSE)控制塊參數。分別對SV(GOOSE)控制塊的各類參數進行對比，查找差異，但SV(GOOSE)控制塊描述和數據集描述作為可選的項目進行比較。

4)數據集條目數量的增減和序號的變化。以數據集條目的參引地址作為判斷依據，判斷條目數量增減以及序號變化，數據集條目的參數作為可選項目進行比較。

5)數據輸入的增減。以數據輸入的地址(由訪問點/邏輯設備/邏輯節點)作為判斷依據，判斷數據輸入的增減。

6)外部引用數量增減和條目序號的變更。通過內部短地址比較判斷外部引用條目數量和序號的差異性變化。

2.2.2 SCD文件差異化對比方法

智能變電站SCD文件差異化比較主要是對IED、虛回路、通訊及模板內容分別進行各自相同屬性的差異化比對。當選取兩個不同版本的SCD文件后系統自動遍歷兩個SCD文件的模板節點，具體節點屬性對比如下：

1)對于LNode Type節點需提取其DO進行差異化比對；

2)對于DOType節點需要提取其DA進行差異化比對；

3)對于DAType節點需要提取其BDA進行差異化比對；

4)對于EnumType節點需要提取其EnumerationVal進行差異化比對。

當各類節點信息比對完畢后，管控平臺通過列表方式和圖形化方式將不同版本SCD文件的差異顯示出來，方便管理人員和運維人員進行瀏覽和觀看。

2.3 SCD 變更對二次回路影響范圍

通過SCD文件差異化比對只能有效地輔助運維人員更加直觀地了解SCD文件變更的項目，無法使其深入了解SCD文件變更后變電站改擴建的影響范圍。本文通過有效的方法實現了SCD變更對二次回路的影響范圍的定位，提供了一種智能變電站改擴建的運維管控的有效手段。

SCD文件包括全站不同間隔的電壓等級，各間隔所屬的一次設備、段子及連接點信息；IED功能節點與一次設備的功能關系，因此如果要確定受變更影響的回路方位，則需要對比SCD文件變更前后不同層次的關鍵元素的變更信息。

解析SSD部分可以通過檢索間隔內是否存在相同的連接點判斷各間隔間是否存在直接的關聯關系；通過邏輯節點可以獲取到一次設備與二次設備之間的管理關系。因為與一次系統相關的邏輯節點掛載至該對象描述段落范圍內，由此可以判讀SCD文件變更后回路的影響范圍。

2.3.1 虛端子影響范圍

虛端子是指電子設備間邏輯節點的起點或終點的描述，包括序號、描述和數據屬性[13]。通過對比全站LNode元素屬性值與IED邏輯節點LN元素屬性值，選取出IED影響一次設備功能的邏輯節點。可將IED 間虛端子關聯關系分為IED 內部告警關聯與聯合管控對象關聯兩類，由以上對一次設備有影響的邏輯節點的描述的虛端子視為聯合管控對象，否則視為二次裝置內部告警關聯。在SCD文件影響范圍定位分析中，可只考慮聯合管控對象的虛端子。

2.3.2 物理鏈路的影響范圍

在影響范圍實現上，虛實鏈路存在一定的映射關系，因此在確定影響范圍上也要考慮SCD文件變更對物理鏈路的影響。由于IED裝置發送端口是可選的，接收端口是固定的，當同類型信號互發時，可以由虛端子定位實際應用的光纖回路，當信號為單向時，可通過先定位接收端口，再確定發送端口范圍，由以上方法可最終確定物理鏈路的影響范圍。

2.3.3 影響范圍定位流程

由以上方法可實現SCD文件變更后對全站虛回路以及物理回路的影響范圍定位，定位流程如圖4所示。

圖4 SCD變更對二次回路影響范圍定位流程圖Fig.4 Flow chart of range positioning ofSCD change influence on secondary circuit

2.4 SCD文件虛回路狀態在線校核

管控系統通過收取過程層網絡裝置的心跳報文，并將其進行正確的解析，提取相應的IED名和CRC碼，并將其上傳給管控系統的CRC校驗層，將其與管控平臺中最新有效的SCD文件版本CRC碼進行比對，實現CRC碼的在線校核。

在SCD文件可視化的功能基礎上實現在線狀態監測，保護軟壓板狀態、通訊狀態以及設備運行狀態的在線監測，這樣有助于運維人員能夠清晰地了解保護功能的投退、裝置運行狀態以及通訊狀態。

通過軟壓板與虛端子的對應配置文件和邏輯通訊配置文件，將站控層MMS網絡接入可視化功能模塊內，獲取站內軟壓板狀態和裝置間通訊狀態的實時狀態，實現軟壓板狀態的可視化在線監測和IED裝置是否處于檢修態的實時監測，便于運維人員掌握虛回路和通訊的實時狀態，便于相關運維工作的安全可靠開展。

3 結 論

1)分析目前SCD文件管理方面的問題和安全隱患，提出了SCD文件管控思路及流程，實現了SCD文件全過程管控，保證了SCD文件的完整性和一致性，規范了智能變電站SCD管控工作，使區域內各智能變電站得到了有效的歸檔和管控。

2)通過裝置輸出虛端子和虛回路的可使化研究，實現了單裝置信號圖、單裝置邏輯鏈路圖以及單裝置虛端子圖可視化，使運維人員開展智能變電站繼電保護管理及運維工作有直觀的依據，大大提高了運維工作的安全性和效率。

3)通過位置文本文件比較法實現了SCD文件版本差異化比對，使運維人員及時掌握SCD文件中的IED和虛回路變化信息，并實現圖形化展示使得運維人員能夠提高調試運維效率，對保證智能變電站可靠運行有積極的意義。

4)提出了一種二次回路影響范圍定位的方法，使運維人員能夠更加直觀地了解SCD文件變更對回路的影響范圍，為SCD文件管控輔助運維工作的開展提供了有效的輔助。

5)通過解析心跳報文獲取實時CRC碼與最新SCD文件CRC碼比對，實現了CRC碼的校驗；同時通過站控層MMS網絡接入可視化功能模塊內，實現了軟壓板、通訊狀態和裝置狀態的在線監測。

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On visualization and management system of intelligent substation SCD file

JIN Zhenshan1, GUAN Ziyan2,JIANG Peng1, WANG Luxin1,XU Mingyu1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co. Ltd., Harbin 150030, China；2. Jiangxi Science & Technology Normal University, Nanchang 330013, China)

The shortcomings and blind spots of SCD file control in intelligent substation are analyzed in this paper. According to the technical characteristics of SCD file, the establishment of control system is put forward, and the whole process management control of SCD file is realized. Through the establishment of advanced application modules, the SCD file visualization and the difference comparison between the versions are achieved. In this way, the understanding to the intelligent substation for operation and maintenance personnel become more intuitive, so as to improve substation efficiency in commissioning test and operation and maintenance, effectively reduce safety risk in doing operation and maintenance and ensure the safe and stable operation of intelligent substations.

SCD; visualization; difference comparison; control system

2017-09-11。

金鎮山(1963—)，男，高級工程師，主要研究方向為繼電保護及勵磁。

TM63

A

2095-6843(2017)06-0486-06

(編輯陳銀娥)