智能變電站新型實用化調試與分析技術研究

朱寧，王志鵬，閆小向，蔡會會

（1.國網青海省電力公司西寧供電公司，青海 西寧 810000；2.南京德軟信息科技發展有限公司， 江蘇 南京 210000）

智能變電站概念的提出是建立在傳統變電站功能不斷完善發展和智能化演變的過程中。智能變電站采用現代化的智能電氣設備，全站設備的數字化信息數據具有在網絡化通信平臺實現信息共享標準化的屬性特點，能夠自動進行全站一兩次設備及運行狀態信息的采集、計量、測量、保護、控制、監視等基本功能。同時支持電網實時智能調控、協同管理及互動、在線輔助決策等高級功能。

隨著智能變電站規模的不斷擴大和功能的不斷擴展完善升級，變電站系統內數據采集及分配環節變得異常繁雜。而數字信號與傳統信號的傳輸差異較大，由此加大了調試和維護難度，造成調試周期過長。另外，現場調試和維護人員學習和理解比較困難，因此開展研究基于自適應功能的多應用模式智能變電站實用化調試與分析系統很有意義。

1 智能變電站調試方法、流程及現狀分析

1.1 調試方法概述

智能變電站與常規變電站的調試方法在原理上相似，但具體的操作方法和使用的調試設備不同。常規變電站通過電氣數據采集、測量和計算分析進行檢測調試，而智能站的調試方式由電氣檢測變為對SV、GOOSE等網絡報文信息的抓取和智能分析，測量裝置從原來的傳統測量裝置變為智能化的數字化分析儀。然而，盡管數字化分析儀在數據的模擬構建及網絡報文的抓取分析方面能夠提高調試分析效率，但前提是有關調試人員能夠充分理解掌握SCD文件的解讀和基本網絡報文的分析，這對調試人員的素質提出了很高要求。通常只有經過專業訓練的高級工程師才能完成相關的調試操作，局限性較大。

1.2 調試流程

智能變電站調試流程分為：（1）智能化電氣設備（IED）的配置和SCD文件生成；（2）系統調試首先進行IED設備單獨調試，主要完成IED單裝置功能測試驗證，然后進行系統內IED設備組態，完成二次系統設備集成后的聯合功能檢測，包括通信協議、網絡信息安全、時間同步及動模試驗等；（3）現場投運調試的重點是保證回路正確無誤前提下的完整性，調試需保證光纖通信回路連接可靠，通信鏈路可視、可控。現場的起動試驗主要完成一兩次設備在閉環狀態下的功能驗證。

1.3 現狀分析

目前，國內外在變電站調試分析工具方面開展了大量研究，也開發了很多測試設備及軟件調試系統，取得了顯著成果。國外OMICRON公司很早就開發了IED Scount軟件作為IEC61850的GOOSE發布者和訂閱者，該軟件主要是簡單發布GOOSE數據，同時也提供了部分簡單的分析功能。但對于普通的運維調試人員很難學習和掌握其測試方法，在SCD配置文件的調用以及數據的管理方面也存在較大缺失和不足。

國內的主要測試設備是繼電保護測試儀，它用于模擬SV、GOOSE數據，不能監測網絡報文情況，也不能實施警告；在智能變電站中在線運行的網絡報文設備只能抓取保存原始報文，缺少對報文的智能分析、數據的模擬，更沒有對MMS通信的測試功能。

綜合以上問題，本文通過研究多應用模式的通用MMS客戶端，實現對不同廠家、不同的智能設備MMS常規功能的調試和測試，能夠對網絡報文信息進行監視和智能告警，可移植的系統設計使用戶能夠在專業調試設備和普通終端設備上方便使用，有效提高調試分析效率和運維能力。

2 關鍵技術分析研究

2.1 SCD配置文件的快速解析技術研究

根據IEC61850-6標準（系統配置描述語言），在保證結果完整性和正確性的前提下，實現快速高效地解析SCD配置文件和GOOSE的輸入、輸出虛端子，并能以圖形化展示虛端子連接情況。

2.2 SCD文件規范性自動測試及比對技術

首先針對不同廠家IED設備的XML配置文件組成關系及解析方法特點進行比較和總結，提出SCD比較規范；然后研究開發SCD配置文件差異性比對算法，通過先進的比對算法開發SCD配置文件可視化校驗比對工具，幫助運維專業人員快速對修改內容進行正確性和完整性審核，判斷SCD文件修改的內容對正常運行間隔的影響范圍；根據SCD不同歷史時期版本比對，最終實現智能變電站在線運行設備裝置中的模型與配置文件SCD模型、配置參數的一致性校驗。

2.3 GOOSE圖形化仿真和故障回放技術

基于SCD模型文件和GOOSE發送機制的報文協議格式，根據SCL解析出來的GOOSE輸出虛端子，實現動態演示GOOSE信號傳遞過程和故障回放功能，一來驗證模型的完整性，同時驗證了GOOSE信號的正確性。調試人員能快速方便地查看網絡上報文的收發情況、數據的實時值、各種電氣量、開關量等信息，并能快速、準確定位二次信號回路的通斷情況和故障信息，有問題及時排查解決。

2.4 研究多應用模式的通用MMS客戶端

深入分析MMS客戶端的結構和功能，基于MMS體系的消息流程和系統結構，研究適用于站內所有智能設備的通用MMS客戶端，極大方便調試人員在通用客戶端平臺上利用MMS交流信息，最終實現對不同廠家、不同的智能設備MMS常規功能的調試和分析測試。

2.5 新型實用化調試與分析系統開發方案

根據智能變電站實際功能需求，本文提出一種實用化調試與分析系統開發方案，其系統功能的開發提供包括IED設備配置模型子系統、網絡報文數據管理子系統、圖形展示子系統等。IED設備配置模型子系統主要功能是對IED裝置的ICD模型進行描述及配置管理，包括虛端子連接配置圖和邏輯子網配置圖等，最終實現SCD文件的自動生成和歷史版本校驗比對功能。網絡報文數據管理子系統主要功能是對報文的解析、儲存并最終同圖形展示子系統以圖形化方式直觀顯示二次系統網絡狀態信息和二次設備實時監控數據信息。

3 仿真分析

由于智能變電站二次系統集成調試需間隔層、站控層和過程層二次設備全部參與閉環測試，仿真環境搭建較為困難。本文僅對SCD文件在線與離線模型的校驗比對進行等效仿真，驗證了SCD文件的正確性和完整性，能夠及時發現IED裝置運行隱患及故障，對于提高智能站調試分析和運維管理的工作效率和質量起到有力技術支撐作用。圖1為SCD文件一致性校驗仿真結構圖。

圖1 一致性校驗仿真結構圖

4 結語

針對目前智能變電站調試工具功能單一、通用性差的核心問題，首先開展研究多應用模式的通用MMS客戶端，簡化智能變電站二次系統功能調試和分析的復雜度，極大方便調試人員在通用客戶端平臺上利用MMS交流信息。本文主要對提出的一種新型實用化調試與分析系統開發方法就其核心功能子模塊開展了分析闡述。該方法的實用性通過對SCD文件解析后的GOOSE報文與配置文件的一致性校驗進行了仿真分析，仿真結果初步驗證了該方法具有可行性，也為下一步開發新型實用化、便攜化的調試分析系統奠定了理論和實踐基礎，對未來集設計、調試、運維一體化設計理念的智能變電站發展提供參考依據和應用經驗。