基于全景信息掃描的智能變電站遠動裝置遙信配置快速校核技術

羅華峰，陸承宇，宣曉華，阮黎翔，丁 峰

（國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

智能變電站數據通信網關機（即遠動裝置）作為重要的站控層設備，對下與站內間隔層設備進行通信，對上與各級調控中心進行遠動信息的實時交互，為主站系統實現變電站監視控制、信息查詢和遠程瀏覽等功能提供數據、模型、圖形和文件的傳輸服務，是支撐智能變電站實現調控一體化運行的關鍵設備，對電網的安全穩定運行至關重要[1-2]。對遠動裝置開展功能調試，特別是開展主站端與廠站端之間的調控信息聯調工作，是智能變電站監控系統工程調試階段的重點工作。工程中也將這項工作簡述為“信息對點”。

目前，遠動裝置的調控信息聯調工作主要依賴人工在主站端與廠站端之間通過實時通信方式進行，即采用手動逐個對點的方式將主站端收到的信息與廠站端實發信息進行校對。這樣的方式技術手段單一，缺乏有效的調試工具，自動化程度低，需耗費大量的人力和時間。為了提升工程調試實施效率，提高調試工作的自動化水平，開展遠動信息智能和快速校核技術的研究勢在必行。

當前針對智能變電站遠動信息聯調工作的研究比較少[3-5]。文獻[3]提出了一種依靠具備基于IEC 61850標準中MMS（制造報文規范）客戶端取代服務功能的調控主站仿真系統給間隔層設備設值，通過比較取代設置的原始值和遠動裝置上送的值來驗證遠動裝置接收和轉發數據的正確性的測試技術，但文中沒有說明在調控主站仿真系統中如何實現用于取代服務的基于IEC 60870-5-104傳輸規約（以下簡稱104規約）的信息對象和IEC 61850 DO對象的對應，且一般理解下主站應下發104報文，直接利用取代服務去設置間隔層設備的值是否合理有待討論。文獻[4]設計了一套自動對點系統，對遠動系統的輸入、輸出模塊進行模擬并記錄，通過校對輸入、輸出信息進行自動校對。但是該系統需要首先在站控層交換機中捕獲MMS報文，存入MMS報文存儲庫，這一過程無法涵蓋所有站內對象的MMS報文，無法滿足全站調控信息聯調的要求。可見當前已有的研究成果未能很好地解決遠動配置智能校核的問題，仍需進一步探索能切實提升調控信息聯調工作效率的實施方案。

通過討論遠動信息聯調工作的核心，認為其本質就是對遠動裝置的轉發配置是否正確的校核工作，進而提出了一種基于全景信息掃描的遠動裝置遙信配置的快速校核方法。通過軟件技術開發了智能站遠動信息智能調試系統。經過工程應用實踐驗證了文中提出的技術手段的可行性，所開發的調試系統有效提高了變電站遠動信息核對工作的效率和可靠性。

1 調控信息聯調工作解析

1.1 調控信息聯調工作的核心

智能變電站監控系統需要采集大量的設備運行狀態信息，包括一次設備狀態數據、二次設備狀態數據和輔助設備數據。這些數據由保護裝置、測控裝置等間隔層IED（智能電子設備）通過MMS報文的方式發送給站控層設備，如監控主機、遠動裝置等。遠動裝置在接收到MMS報文后，根據裝置內部配置的104轉發表，通過專用的電力數據網以104報文的方式上送遠方調度主站[6-7]。這個過程就是基本“四遙”功能中的“遙信”功能，功能示意見圖1。

智能站站內信息量達數萬個之多，調度主站并不需要其全部。通常調度主站人員會選取站內的1個或幾個信息，做一對一或多對一的歸并后，形成1個調控信息點，并用唯一的主站信息對象地址（也稱104地址）進行標識。所有的調控信息點匯總即形成全站的調控信息對應表，一般以Excel格式呈現。通常1個500 kV的智能變電站分配給“遙信”功能的104地址數目達到幾千甚至上萬，而“遙控”和“遙測”功能的104地址數目僅占幾百個。因此在調控信息對應表中，“遙信”部分所占比重最大，對該部分配置的校核工作是遠動信息聯調工作的重點，也是文中提出的快速校核技術著重解決的問題。

表1截取了某張典型調控信息對應表的“遙信”部分內容，所展示的內容表明了104地址與對應站內信息之間的關聯關系。遠動裝置的廠家工程人員就是根據這份調控信息對應表對遠動裝置進行轉發配置，其工作的本質是將104地址與變電站SCD（全站系統配置文件）中的某個或多個DO對象的數據路徑關聯起來。目前這個工作需要遠動廠家工程人員手工配置，缺乏相應自動配置的技術，由于數據量大，且存在多個站內信息對應一個104地址的情況（如表1中Y1和Y2兩個站內信號都對應234號104地址），這就不可避免得會出現關聯出錯、漏配、多配等配置錯誤。遠動信息聯調工作的重點就是驗證遠動裝置內的104轉發表是否配置正確，即104地址與變電站SCD文件中的DO對象數據路徑是否關聯正確。

表1 典型調控信息對應表“遙信”部分

1.2 模式創新

當前在智能變電站監控系統工程調試階段，由于技術手段和調試工具的缺失，遠動信息聯調工作往往通過廠站端調試人員根據調控信息對應表中的內容在變電站內“產生”某個信號，主站端工作人員在遠方調度主站收到以某104地址為標識的告警信息，主站、廠站雙方實時溝通發出和接收的信號是否一致來校核該信號在遠動裝置內的轉發配置是否正確。這樣的調試模式需要逐個校驗，主站、廠站工作人員需時刻保持通信，不僅耗費大量的人力和時間，而且依賴現場保護、測控等裝置發送實際信號，往往會與廠站端其他調試工作產生沖突，影響校驗結果。所以目前信息聯調工作需要在站內其他調試工作基本完成后開展，往往安排在工程調試末期，調試周期十分緊張，調試人員極易出現遺漏的情況。

提出的基于全景信息掃描的遠動裝置遙信配置快速校核技術實現了調試模式上的創新，解決了傳統調試模式中存在的弊端，具體體現在以下幾個方面：

（1）使遠動裝置遙信配置校核工作離線化、機器化。依靠智能站遠動信息智能調試系統的IED仿真工具，擺脫了現場實際保護、測控等裝置的約束，不受廠站端其他調試工作的影響；依靠模擬主站工具，擺脫了主站、廠站兩端需要時刻保持通信的枷鎖，解放了主站端工作人員的時間。

（2）使遠動裝置遙信配置校核工作更具完整性。通過IED仿真工具實現全站信息的全景掃描，避免了傳統模式中人工核對可能出現遺漏核對的情況。

（3）大大縮短信息聯調工作的調試時間，優化調試周期。核對工作的離線化開展模式支持信息聯調工作不受其他調試工作的影響，可獨立開展，不需要放在工程調試的末期。

由此可見，這樣的模式創新可以使遠動信息聯調工作盡可能擺脫人為因素的干擾，大大解放了人力和時間，提升了工程調試效率。

2 技術方案

提出的智能站遠動裝置遙信配置快速技術依賴相對成熟的基于IEC 61850標準的通用IED仿真技術以及對IEC 61850 MMS與IEC 104等通信規約的利用實現的。

方案的核心構想是通過全景信息掃描的方式，獲取完整的遠動裝置內已經配置的實際轉發關系，通過判斷這些轉發關系與調控信息對應表中的內容是否一致來完成校核工作。理論上，一次廠站端DO對象的變位通過遠動裝置可以觸發一次對應的104信息傳遞。通過讀取SCD文件獲取廠站端全部遙信信號，并模擬在極短時間間隔內逐一產生信號變位，向遠動裝置和站內監控后臺發送帶有特定SOE（事件順序記錄）時標的全站MMS信息，加以記錄。利用SOE時間、104點號等因子的唯一性使不同數據源的數據緊密關聯起來，不但能呈現出遠動裝置內104地址與對應的61850模型文件中DO對象數據路徑的配置關聯，還能將調控信息對應表中的對應站內信息與監控后臺實際呈現的告警信息描述關聯起來，進而通過一致性核對來判斷遠動裝置的配置是否正確。

2.1 技術方案框架

首先梳理整個技術方案的實施路徑，整個流程實現對遠動裝置內全站遙信配置的離線快速校核過程的閉環調試。具體環節如圖2所示。

（1）IED仿真工具通過導入SCD文件，仿真所需的數據模型，進行預處理，確定全站所有遙信信號。

（2）IED仿真工具通過站控層網絡向監控后臺和遠動裝置按需發送帶有特定SOE時標的MMS報文，如進行全站試驗時實現全景信息掃描。

（3）IED仿真工具在向客戶端發送MMS報文的同時記錄下操作記錄，形成仿真工具記錄文件。

（4）遠動裝置在收到MMS報文后，根據裝置內部配置的遙信轉發表，向模擬主站工具轉發104報文。

（5）監控后臺在收到MMS報文后，存儲監控主機數據庫配置的實時測點變化記錄，形成監控后臺記錄文件。

（6）模擬主站工具對收到的104報文進行解析并記錄104地址、變位情況，形成模擬主站記錄文件。

（7）多數據源離線處理工具讀取調控信息表、仿真工具記錄文件、監控后臺記錄文件和模擬主站記錄文件，根據SOE時標、104地址等要素的唯一性進行信號關聯和核對。

（8）多數據源離線處理工具自動出具調試報告，供工程調試人員審核。

（9）多數據源離線處理工具給出經過測試驗證的遠動裝置的實際映射表。

（10）實際映射表可導回至IED仿真工具，為后期站內與調度主站在線核對提供支撐。

2.2 各數據源的關聯關系

可以看到技術方案里涉及到了仿真工具記錄文件、監控后臺記錄文件、模擬主站記錄文件和調控信息表這幾個數據源，下文用f1，f2，f3和f4來代表這4個文件，以d1，d2，d3來表示某一條信息在 f1， f2， f4中的信息描述。 分析 f1， f2， f3和 f4中信息的描述要素，結果如表2所示。

可以發現，通過SOE時標和104地址這兩個具有唯一性的要素可以將所有文件串聯起來。當然，一切工作的基礎就是調控信息對應表（即f4文件）。以某一條信息為例，從f4出發，根據它在f4中的104地址找到相同104地址在f3中的位置，從而確定這條信息的SOE時間；進而根據SOE時間在f1和f2中找到相同SOE時間的信息記錄，這樣就可以將同一個104地址和同一個SOE時間的信息在 f1， f2， f4中的 d1， d2， d3提取出來進行核對判斷了。

由于集成商在制作SCD文件時對對象描述不規范，監控后臺數據庫測點描述是人工錄入的等原因，d1，d2，d3這三者會存在對同一個信號描述不盡相同的情況。而調控信息聯調工作的傳統模式中，調試人員正是通過人工判斷d2與d3是否代表一致的含義來判斷遠動裝置轉發是否正確。若某條記錄中d2和d3被判出代表一致的含義，則說明該條記錄的104地址與SCD中DO對象數據路徑已正確關聯，這也正是遠動信息聯調工作的核心。

舉一個簡單的例子，表3展示的是某次試驗后輸出的調試報告的一部分。可以看到對于104地址為233的點，d3和d2的描述不對應，說明遠動裝置對這個點存在錯配的情況；而104地址為234的點，按照調控信息表應該有2條站內對應信息，但是經測試發現只關聯了一條站內信息，存在漏配的情況。類似的情況是在針對遠動裝置遙信配置的校核中需要發現的，這些關聯不正確的情況應反饋給遠動裝置廠家工程人員加以修改。

表2 各文件要素分析

表3 調試報告

3 調試系統的設計和實現

為了更好地應用遠動裝置遙信配置快速校核技術，相應開發了智能站遠動信息智能調試系統，系統包含IED仿真工具、模擬主站工具、多數據源離線處理工具等模塊。

3.1 IED仿真工具

IED仿真工具通過模擬IEC 61850保護、測控裝置站控層數據交互行為，經站控層網絡向監控后臺、遠動裝置等客戶端發送MMS報文[8-10]。仿真工具設計框架見圖3，主要實現以下功能。

（1）導入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依據Q/GDW 1396-2012《IEC 61850工程繼電保護應用模型》構造仿真所需的數據模型，確定全站所有信號，為調試系統提供基礎數據[11]。

（2）仿真運行管理功能模塊可使仿真過程以手動或自動方式開展。自動測試主要實現全站信息的逐點發送，即全景信息掃描模式，保證模型解析出來的所有信號帶著工具自動標記的、唯一且具有特點含義的SOE時間以全變0、全變1或自復位變化（先變1再變0）等變位設置按順序動作一遍；手動測試可自由配置測試策略，滿足單點測試、多點測試、批處理、手動定義SOE時間等操作需求。

（3）仿真運行管理功能模塊可導入經過全站遙信配置離線核對流程后形成的實際映射表，如2.1節第9點所示，為后期與真實的遠方調度主站進行在線核對提供技術支撐。

（4）仿真運行模塊根據運行管理功能模塊設置的發送策略，使仿真工具的報文輸出按訂制需求發送報文，且報文可以以非常短的時間間隔（如 30 ms）連續發送。

（5）MMS網絡通信模塊依據IEC 61850中通信服務標準，保證仿真工具與客戶端之間正常的MMS通信。

（6）仿真工具應對所有的MMS交互過程進行記錄，并生成仿真工具記錄文件。

3.2 模擬主站工具

模擬主站工具主要實現模擬遠方調度主站的功能，支持目前主流的電力遠動規約（如DL/T 6345104-2009《遠動設備及系統第5-104部分：傳輸規約 采用標準傳輸協議子集的IEC 60870-5-104網絡訪問》），具備報文解析和記錄存儲功能，要求能夠實時解析遠動裝置發出的104報文并將104地址、點號變位情況等存儲為模擬主站記錄文件[12-13]。當前有關模擬主站的技術和工具已經比較成熟。

3.3 多數據源離線處理工具

多數據源離線處理工具是調試系統的大腦，實現對調試過程中生成的仿真工具記錄文件、監控后臺記錄文件、模擬主站記錄文件以及調控中心下發的調控信息表這些數據源間的關聯、分析工作。

多數據源離線處理工具能夠自動輸出兩份文檔，一份是調試報告，報告中呈現104地址，d1，d2，d3等內容及機器對d1，d2，d3之間匹配度的機器判斷結果。另一份是實際映射表，表中呈現104地址和對應信號的數據路徑（reference）。

其中，調試報告供工程調試人員審閱，可作為修改遠動裝置中錯誤配置的依據，還能同步發現SCD文件中61850對象的描述錯誤或缺省問題，幫助集成商及時進行SCD的完善。實際映射表可導入到IED仿真工具中，為后期輔助在線信息聯調工作提供便利。

4 工程實踐

目前，開發的智能站遠動信息智能調試系統已經在實驗室中驗證了技術的可行性和系統的可靠性，并且在浙江某新建的500 kV智能變電站工程調試中實際應用，達到了良好的應用效果。

以該500 kV智能變電站為例，調控信息表中全站的遙信信號有8 000多個，按傳統信息聯調的模式，主站自動化人員和廠站調試人員需至少花費2～3個星期才能完成信號校核工作；而按本文提出的快速校核技術和調試模式，借助智能調試系統，僅需要3 h就能完成一次對遠動裝置遙信配置的離線全景掃描和數據處理工作。加上后期人工審核、發現錯誤配置并修改以及修改后的再次校核等工作，一般2天內能完成該站遠動裝置遙信配置的校核工作。兩者人工成本和時間成本對比見表4。

表4 傳統模式和智能模式下成本對比

可以看出，通過開發的智能調試系統實現了遠動信息聯調工作的離線化、機器化和記錄可溯源，使遠動信息聯調工作擺脫了人工配合、在線開展的工作約束，有效分離了校核工作中的人工作業和自動作業部分，大大減少了這項工作的調試周期和調試人員。

另外，通過復制和備份遠動裝置和監控主機的配置到離線設備，這套調試系統也可應用于對運行變電站進行配置數據校核。

5 結語

針對智能變電站遠動裝置的調控信息聯調工作按傳統調試方法開展存在的弊端，提出了一種基于全景掃描的遠動裝置全站遙信配置快速校核技術，用耗時短、機器化、全記錄的離線核對模式替代原本耗時耗力的人工在線核對模式。研究的技術和開發成果為遠動信息智能核對工作提供了良好的技術支撐和調試工具。同時，研究團隊將繼續深入挖掘相關技術，開展遠動裝置遙控功能的智能核對、基于語法語義分析實現站內大數據信息的智能匹配等方面的研究工作[14-15]。

此處提出的遠動裝置遙信配置快速核對技術適合于當前的智能變電站工程調試現狀，提升了現有調試技術的水平，促進了智能站一體化監控系統應用技術發展。

[1]國家電網公司科技部.智能變電站一體化監控系統建設技術規范：Q/GDW 679-2011[S].北京：中國電力出版社，2011.

[2]國家電網公司科技部.智能變電站一體化監控系統功能規范：Q/GDW 678-2011[S].北京：中國電力出版社，2011.

[3]張小易，彭志強.智能變電站站控層測試技術研究與應用[J].電力系統保護與控制，2016，44（5）∶88-94.

[4]曹瓅月.變電站自動對點系統軟件設計與實現[D].成都：電子科技大學，2015.

[5]陸承宇，阮黎翔，杜奇偉，等.智能變電站遠動信息快速校核方法[J].電力系統保護與控制，2015，43（11）∶128-133.

[6]李瑞生，李燕斌，周逢權.智能變電站功能架構及設計原則[J].電力系統保護與控制，2010，38（17）∶24-27.

[7]趙勇，張道杰，程宏偉，等.智能變電站高級應用功能測試系統研究與開發[J].中國電力，2014，47（6）∶157-160.

[8]黃樹幫，竇仁暉，梅德東，等.基于IEC 61850標準的通用IED仿真系統的設計與實現[J].電力系統自動化，2012，36（18）∶153-158.

[9]王德文，閻春雨，畢建剛，等.變電設備在線監測系統中IEC 61850的一致性測試[J].電力系統自動化，2013，37（2）∶79-85.

[10]劉清泉，郝曉光，何磊.智能變電站二次系統信息標準化平臺關鍵環節與技術[J].中國電力，2017，50（4）∶176-180.

[11]國家電網公司科技部.IEC 61850工程繼電保護應用模型：Q/GDW 1396-2012[S].北京：中國電力出版社，2012.

[12]全國電力系統管理和信息交換標準化技術委員會.遠動設備及系統 第5-104部分：傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC 60870-5-101網絡訪問∶DL/T 634.5104-2002[S].北京：中國標準出版社，2009.

[13]何松，李育靈.IEC 104規約應用分析[J].山西電力，2011，140（4）∶18-21.

[14]彭志強，張小易，游浩云，等.智能電網調度控制系統主備通道信息比對技術分析[J].中國電力，2015，48（8）∶155-160.

[15]王曉蔚，習新魁，胡文平，等.基于D5000系統的變電站綜自調試試驗系統方案與問題分析[J].電力系統保護與控制，2016，44（23）∶190-196.