一種應用于智能變電站的系統配置描述文件配置方法

張勇志 湯曉暉 吳乾江 王風光 呂 航

一種應用于智能變電站的系統配置描述文件配置方法

張勇志1湯曉暉1吳乾江1王風光2呂 航2

（1. 廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400；2. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102）

變電站配置描述（SCD）文件的正確性是智能變電站安全可靠運行的基礎。針對SCD文件配置工作量大、人工參與度過高的問題，提出一種SCD文件配置方法，包含智能化二次設備站控層、過程層通信地址自動配置、過程層虛端子裝置級配置及SCD文件遠景配置三個方面，可減少SCD文件配置工作量，提高SCD文件配置的自動化水平，縮小變電站改擴建過程中SCD文件頻繁修改對二次設備的影響范圍，從而保證智能變電站的安全可靠運行。

變電站配置描述（SCD）文件；智能變電站；過程層；站控層

0 引言

智能變電站是由智能化一次設備（電子式互感器、智能化開關等）和網絡化二次設備分層（過程層、間隔層、站控層）構建，建立在IEC 61850標準和通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。在智能變電站中，智能化一、二次設備之間主要通過光纜進行通信，一次設備將電流、電壓等模擬量信息，以及刀開關、斷路器位置等開關量信息轉化為數字量，二次設備通過光纜獲取這些數字量信息，并實現相應功能[1]。

在傳統變電站中，二次設備主要通過電纜來獲取電流、電壓等模擬量信息及刀開關、斷路器位置等開關量信息，二次設備所接入的電纜與所需的模擬量、開關量一一對應，用戶“看得見、摸得著”。與傳統變電站相比，智能變電站中的光纜代替了傳統變電站中的電纜，一根光纜芯所傳遞的信息可包含多根電纜芯所傳遞的信息，光纜構建的虛回路代替了傳統變電站中電纜構建的實回路，二次設備之間信息的發布及訂閱基于變電站系統配置描述（substation configuration description, SCD）文件來實現[2-4]。

SCD文件描述完整的變電站站控層配置及過程層配置信息，涵蓋整個變電站二次設備的數據模型信息、實例化配置信息、通信參數及虛回路連接關系，是二次設備間信息交互的基礎，SCD文件的正確性是智能變電站安全可靠運行的基礎。為保證SCD文件的正確性，國家電網及南方電網公司為保護、測控、智能終端、合并單元等二次設備制定了標準化設計規范，規范了設備的技術原則、設計準則、信息規范及虛端子等，提高了SCD文件配置的標準化水平，在一定程度上降低了SCD文件配置錯誤的風險。但是，配置工作量大、人工參與度過高是目前SCD文件配置工作中普遍存在的問題，亟須解決。此外，因為各廠家二次設備的過程層面向通用對象的變電站事件（generic object oriented substation events, GOOSE）/采樣值（sampled value, SV）數據集不一致，導致在變電站改擴建時需要對SCD文件進行多次修改，修改后的SCD文件對跨間隔設備如母線保護裝置的影響難于評估，增加了現場驗證的工作量[5-8]。

本文首先介紹當前SCD文件配置的流程，并提出SCD文件自動化配置技術，包含站控層、過程層通信地址自動配置、過程層虛端子裝置級配置及SCD文件遠景配置三項技術，以減少SCD文件配置的工作量，提高SCD文件配置的自動化水平，縮小變電站改擴建過程中SCD文件修改對二次設備的影響范圍，從而保證智能變電站安全可靠運行。

1 SCD文件配置流程

SCD文件是基于各廠家智能化二次設備的IEC 61850模型文件進行集成配置的，配置工作主要包含二次設備實例化命名，站控層、過程層通信地址分配，站控層報文重新命名，以及虛端子連線等，這些工作均基于智能變電站SCD文件配置工具完成，SCD文件配置流程如圖1所示[9-12]。

圖1 SCD文件配置流程

集成商配置SCD文件的第一步是對導入SCD工具的各二次設備的IED（intelligent electronic device）name重新命名。根據DL/T 1873—2018《智能變電站系統配置描述（SCD）文件技術規范》定義的IED name命名原則，采用5層結構命名，包括設備類型、歸屬間隔類型、電壓等級、間隔編號、套別編號。二次設備命名原則見表1。

表1 二次設備命名原則

IED Name由上述5個部分的不同分類按照現場實際自由組合而成，如將220kV第二套線路保護命名為P_L2201B[13-17]。

在完成二次設備的重新命名后，進行二次設備的站控層通信地址、過程層GOOSE及SV組播地址配置工作，配置示例分別如圖2～圖4所示。

圖2 二次設備站控層通信地址配置示例

圖3 二次設備過程層GOOSE地址配置示例

圖4 二次設備過程層SV地址配置示例

以一個中等規模的220kV變電站為例，二次設備數量超過100個，逐一為二次設備命名及配置站控層通信地址的工作量較大。

下一步工作是配置二次設備之間的過程層虛端子連線。二次設備的虛端子基于IEC 61850規范設置，一個輸入（輸出）虛端子對應一個輸入（輸出）信號的引用路徑，虛端子連線即按照功能需求完成輸入信號與輸出信號的關聯。

圖5為線路保護GOOSE虛端子連接配置示例，內部信號為線路保護輸入虛端子，外部信號為智能終端和母線保護的輸出虛端子。

圖5 線路保護GOOSE虛端子連接配置示例

圖6為母線保護SV虛端子連接配置示例，內部信號為母線保護SV輸入虛端子，外部信號為各合并單元的SV輸出虛端子。

圖6 母線保護SV虛端子連接配置示例

接下來對站控層報文進行實例化命名，以便運檢人員更直觀地了解裝置報警信息，如將“GOOSE鏈路1斷鏈”修改為“接收110kV浙大線智能終端GOOSE斷鏈”。完成上述所有工作后，SCD文件配置工作基本完成，可以通過SCD文件配置工具導出并下裝各二次設備的CID（configured IED description）/ CCD（configured circuit description）文件。

綜上所述，在智能變電站SCD文件的配置工作中，各二次設備重新命名及站控層報文重新命名是必不可少且無法簡化的工作。但是，站控層、過程層通信地址分配及虛端子連線這兩項工作的人工參與度、配置工作量均比較大，若能對這兩項工作進行簡化，減少人工參與，則可以大大簡化SCD文件的配置工作量。

2 SCD文件配置方法

SCD文件配置方法包含以下三方面內容：

1）站控層、過程層通信地址自動配置，最大化降低人工參與度。

2）過程層虛端子裝置級配置代替端子級配置，減少過程層虛端子連線工作量，降低錯誤發生概率。

3）SCD文件遠景配置，減少變電站改擴建過程中SCD文件的修改次數，縮小SCD文件修改對二次設備的影響范圍。

2.1 站控層、過程層通信地址自動配置

根據DL/T 1873—2018《智能變電站系統配置描述（SCD）文件技術規范》定義的IED name命名原則，變電站內各二次設備的實例化命名是唯一的，站控層、過程層通信地址也是唯一的，所以可根據各二次設備的實例化命名，自動形成各裝置的站控層、過程層通信地址。

站控層通信地址即IP地址，多為IPV4格式，即“a.b.c.d”格式，對于變電站內的二次設備來說，其IP地址的前三段設置，即a、b、c的設置完全相同，不同的僅d段。

過程層通信地址主要包含組播地址及網絡標識（application ID, APPID），均為16進制格式。如圖3和圖4所示，GOOSE及SV組播地址均為a-b-c- d-e-f格式，且a、b、c、e字段完全相同，GOOSE組播地址的d字段固定為01，SV組播地址的d字段固定為04，e字段根據裝置數量從01開始遞增。網絡標識為4位數字或字母，GOOSE的APPID從0001開始遞增，SV的APPID從4001開始遞增。

GOOSE/SV通信地址格式見表2。由表2可以發現：變電站二次設備的站控層、過程層通信地址均只有一個字段是唯一的，所以在完成二次設備的唯一實例化命名后，SCD文件配置工具即可很方便地統計出變電站內的各電壓等級二次設備數量，根據設備數量可按照統一規則一鍵自動生成各二次設備的站控層、過程層通信地址，完全不需要人工參與。

表2 GOOSE/SV通信地址格式

以220kV變電站為例，具體規則如下：

1）根據各電壓等級的二次設備數量，為各電壓等級二次設備分配站控層通信地址中的d字段范圍，如220kV設備的d字段范圍為1～50，110kV設備的d字段范圍為50～100，35kV設備的d字段范圍為100～150。

2）根據二次設備總數量，為各二次設備分配GOOSE/SV組播地址的f字段，從01開始遞增。

3）根據二次設備總數量，為各二次設備分配APPID，從0001開始遞增，APPID序號應與組播地址號保持一致。

2.2 過程層虛端子裝置級配置

智能變電站內的二次設備主要包含保護控制裝置、合并單元及智能終端等。目前，各二次設備間的過程層虛端子連線均需要端到端手工配置，如圖5和圖6所示。虛端子配置的信息流包含電流、電壓等模擬量信息，刀開關、開關等位置信息，跳閘、遠跳、閉重等跳閘信息等，配置工作量巨大。

為實現過程層虛端子裝置級配置，需滿足以下要求：

1）盡量采用IEC 61850原生邏輯節點（logic node, LN）承載裝置信號。對于相關信息可以承載于IEC 61850專用邏輯節點的情況，應盡量采用專用邏輯節點，以準確表達其物理含義。避免采用不明語義的通用過程I/O（generic GOOSE input/output, GGIO）邏輯節點，以最大限度地實現模型語義的自描述。

2）不同類型二次設備的同一類型輸入輸出信號應采用相同的邏輯節點，并應保證LN實例號相同。邏輯節點類型見表3。

表3 邏輯節點類型

3）對于母線保護、主變保護等跨間隔二次設備，采用標準間隔名作為前綴，以區分不同間隔LN。母線保護采用BUS、BAY（=1, 2,…）標準間隔名前綴表示母線或支路間隔，如BUS1-PDIF1、BAY1-PTRC1等；主變保護采用H、M、L、PTR標準間隔名前綴表示高、中、低壓各側及變壓器本體，如H-PTOC1、M-PTRC1等。

4）SCD文件配置工具應具備二次設備關聯界面，以完成各間隔二次設備的裝置級配置，如圖2所示。關聯界面以間隔名（BAY1、BAY2、…）為關聯基準。工具還能根據各二次設備的IED name確定各間隔與變壓器各側二次設備的對應關系，如220kV變電站的主變2203間隔對應變壓器高壓側二次設備，而500kV變電站的主變5003間隔對應變壓器高壓側二次設備。裝置級關聯見表4。

表4 裝置級關聯

完成裝置級配置后，SCD文件配置工具可按照表5的LN關聯模版完成不同類型二次設備間的過程層虛端子自動配置。

表5 LN關聯模版

對于母線保護、主變保護等跨間隔設備來說，由于涉及同一設備需要關聯多個二次設備的情況，故應基于LN前綴字母進行區分，如母線保護根據間隔序號BAY（=1, 2, …）進行區分，主變保護根據電壓等級（H、M、L）進行區分。

表5的LN關聯模版只到LN級，應保證各類型虛端子所對應LN的數據（digital object, DO）及數據屬性（digital attribute, DA）一致，比如電流為TCTR.Amp，電壓為TVTR.Vol，刀開關位置為XSWI.Pos.stVal，開關位置為XCBR.Pos.stVal等。

2.3 SCD文件遠景配置

智能變電站改擴建過程涉及二次設備的增加或原有二次設備的更換，兩種情況均會影響跨間隔設備如母線保護裝置的過程層配置。所以，需要對原有的SCD文件進行修改，SCD文件修改完成后需要重新生成母線保護裝置的過程層配置文件，并下載至母線保護裝置中。因為母線保護裝置重新下載了過程層配置文件，且不好評估對母線保護裝置過程配置的影響范圍，所以一般需要對母線保護裝置的所有間隔逐一進行過程層通信驗證，工作量巨大。

SCD遠景配置是解決上述問題的一個比較好的方法，主要針對跨間隔設備如母線保護裝置，即母線保護裝置在投運前按照最大可接入間隔數量進行過程層配置，保證遠期改擴建間隔時不需要重新為母線保護裝置下載過程層配置文件。

根據Q/GDW 11471—2015《智能變電站繼電保護工程文件技術規范》的要求，智能變電站二次設備的過程層配置文件應具備循環冗余校驗（cyclic redundancy check, CRC）碼，以方便評估過程層配置文件是否發生變化，便于過程層配置文件的管理。

為實現改擴建間隔不影響母線保護裝置的過程層配置文件的CRC碼，需要滿足以下條件：①各廠家二次設備的過程層發送數據集的控制塊路徑完全一致；②各廠家二次設備的過程層發送數據集的成員個數完全一致；③各廠家二次設備的過程層發送數據集的成員順序完全一致；④各廠家二次設備的過程層發送數據集的成員定義完全一致。

在滿足上述四個條件的前提下，可以將任一廠家的二次設備ICD（IED capability description）文件設定為模版ICD文件，以便對智能變電站中母線保護裝置過程層配置文件進行遠景配置。對于本期不存在的間隔，可以采用二次設備模版ICD文件進行替代，后期改擴建時再使用實際二次設備的ICD文件替換模版ICD文件，ICD文件的替換不會對母線保護裝置的過程層配置文件產生影響。

2.4 小結

采用本文所提SCD文件配置方法后，SCD文件配置人員的主要工作內容為修改各二次設備的實例名、配置各二次設備的裝置級關聯關系及修改各二次設備的站控層報文名稱等。改進后的SCD文件配置流程如圖7所示。

圖7 改進后的SCD文件配置流程

與圖1所示SCD文件配置流程相比，改進后的配置工作量大大減少，同時也大大降低了SCD文件出錯的風險。此外，因為采用SCD文件遠景配置技術，所以實現了變電站遠期改擴建過程中，母線保護裝置不需要重新下裝CCD/CID文件的目標，節省了調試時間，縮短了改擴建工期。以一個中等規模的220kV變電站為例，傳統配置方法及本文所提配置方法的工作耗時對比見表6。

表6 SCD文件配置工作耗時對比 單位：人·日

3 結論

智能變電站中各二次設備間的信息交互均是基于SCD文件來實現的，所以SCD文件的正確性是智能變電站安全穩定運行的基礎。提高SCD文件配置的標準化、自動化水平是保證SCD文件正確性的一個重要手段。本文所介紹的SCD文件配置方法，將智能二次設備的過程層虛端子配置工作由端子級配置層面提高到裝置級配置層面，大大減少了過程層配置的工作量，通過SCD文件遠景配置實現了母線保護裝置的CCD/CID文件在變電站改擴建過程中保持不變的目標，減少了調試工作量，縮短了改擴建工期。

該SCD文件配置方法需要各廠家二次設備的過程層虛端子所對應的LN類型及實例號完全一致，以及GOOSE/SV發送數據集完全一致。GOOSE/SV發送數據集完全一致的要求比較容易實現，目前二次廠家主流的保護設備、智能終端及合并單元已可滿足這一要求，從而達到SCD文件遠景配置的目標。但是，過程層虛端子所對應的LN類型及實例號完全一致的要求，對現有二次設備的IEC 61850模型文件提出了更高的標準化要求，后期還需討論制定相關的技術規范，以提供有力的技術支撐。

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A system configuration description file configuration method applied to intelligent substation

ZHANG Yongzhi1TANG Xiaohui1WU Qianjiang1WANG Fengguang2Lü Hang2

(1. Zhongshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Zhongshan, Guangdong 528400; 2. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102)

The correctness of substation system configuration description (SCD) files is the basis for the safe and reliable operation of intelligent substation. In order to solve the problems of heavy workload and excessive manual participation of SCD file configuration, automatic configuration technology of SCD file is proposed. It includes three technologies of automatic configuration technology of station and process communication addresses of intelligent secondary devices, device-level configuration of process virtual terminal of intelligent secondary devices, and maximization configuration of SCD file, which reduces the workload of SCD file configuration, improves the automation level of SCD file configuration, reduces the scope of influence of frequent modification of the SCD file on the secondary devices during the modification and expansion of the substation, and ensures the safe and reliable operation of the intelligent substation.

substation configuration description (SCD) files; intelligent substation; process level; station level

2024-01-06

2024-02-01

張勇志（1980—），男，廣東省中山市人，本科，主要從事電力系統繼電保護技術工作。

廣東省電力公司重點科技項目（GDKJXM20230712）