隨著國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的實(shí)施，截至2018年福建已建成投產(chǎn)195座智能變電站。由于智能變電站是基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)并采用大量光纜替代電纜，使得其二次回路（虛端子、虛回路）變成了“黑匣子”，導(dǎo)致整個(gè)二次系統(tǒng)深度依賴于變電站系統(tǒng)配置描述文件（system configuration description, SCD）。

但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，SCD文件還存在諸多問題，例如：缺少一次設(shè)備的模型和一、二次設(shè)備間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、沒有邏輯通道（端口）與物理通道（端口）的對應(yīng)關(guān)系等。這些問題的存在，給智能變電站內(nèi)面向?qū)ο蟮母呒墤?yīng)用的實(shí)現(xiàn)帶來了很大困難。

因此，本文針對現(xiàn)階段智能變電站二次系統(tǒng)的特征及存在的問題，分析現(xiàn)有工程SCD文件，提出智能變電站SCD文件全模型擴(kuò)展技術(shù)方案，為實(shí)現(xiàn)智能變電站全面支持面向?qū)ο蟮母呒墤?yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在現(xiàn)階段具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能變電站SCD現(xiàn)狀分析

智能變電站與常規(guī)變電站的最大區(qū)別是其二次系統(tǒng)深度依賴基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的SCD文件[4]。而IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷?，體系極為龐大，架構(gòu)設(shè)計(jì)及其靈活，理論上可方便的實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備間的互操作性。

鑒于不同廠家對標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和理解存在偏差，國家電網(wǎng)公司組織編寫《IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》，從繼電保護(hù)專業(yè)領(lǐng)域規(guī)范了IED相關(guān)模型的應(yīng)用要求，滿足了工程上實(shí)現(xiàn)“互操作”的條件。但是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)主要是從通信機(jī)制上體現(xiàn)信號關(guān)聯(lián)性，強(qiáng)調(diào)邏輯鏈路，弱化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而導(dǎo)致智能變電站二次系統(tǒng)在模型描述機(jī)制上存在天然的不完整性，其部分物理維護(hù)對象和操作對象缺乏有效的模型描述方式。

目前存在的問題主要包括：①缺少一、二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)模型；②缺少交換機(jī)模型；③缺乏邏輯通道（端口）與物理通道（端口）的對應(yīng)關(guān)系；④沒有連接光纜和軟壓板等模型。這些問題的存在，使得基于模型的面向?qū)ο蟮母呒墤?yīng)用功能難以實(shí)現(xiàn)。因此，需要根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)際，從二次系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、檢修操作、故障分析的視角，進(jìn)一步規(guī)范建模原則，研究智能變電站SCD文件全模型擴(kuò)展技術(shù)方案。

2 智能變電站SCD文件全模型擴(kuò)展技術(shù)方案

2.1 一次設(shè)備及一、二次拓?fù)潢P(guān)系建模方案

整體思路是根據(jù)國網(wǎng)福建公司發(fā)布的《智能變電站SSD建模技術(shù)規(guī)范（試行）》[10]的要求，首先對智能變電站內(nèi)的一次設(shè)備進(jìn)行建模，并建立一次設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系；然后將一次設(shè)備與二次設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)建模形成SSD（system specification description）文件；最終集成到SCD文件中。

1）一次設(shè)備建模

結(jié)合變電站主接線圖，應(yīng)用間隔模塊化圖形技術(shù)方法，采用人工“組裝”單線圖的方法，建立一次設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系，并生成各類一次設(shè)備的模型文件。單線圖配置界面如圖1所示。

2）一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)建模

（1）互感器次級建模

根據(jù)一次設(shè)備建模確定的互感器模型（包含電壓互感器和電流互感器），補(bǔ)充配置互感器次級的詳細(xì)信息，主要包含互感器次級名稱、描述、精度、用途等基本信息?；ジ衅鞔渭壗Ｅ渲媒缑嫒鐖D2所示。

圖1 單線圖配置界面

圖2 互感器次級建模配置界面

（2）互感器次級與合并單元關(guān)聯(lián)建模

互感器次級通過合并單元將采樣數(shù)據(jù)傳輸給保護(hù)等裝置。因此，要建立互感器次級與保護(hù)等裝置的采樣信號傳輸關(guān)系，必須先將互感器次級與合并單元SV（sampled value）報(bào)文輸出的相應(yīng)采樣通道進(jìn)行一一關(guān)聯(lián)。互感器次級與合并單元關(guān)聯(lián)配置界面如圖3所示。

圖3 互感器次級與合并單元關(guān)聯(lián)配置界面

（3）斷路器與智能終端關(guān)聯(lián)建模

斷路器本體位置信息是通過智能終端的GOOSE（generic object oriented substation event）報(bào)文傳輸給保護(hù)等裝置。因此，要建立斷路器與保護(hù)等裝置之間的位置信號傳輸關(guān)系，必須先將斷路器本體位置信息與智能終端的GOOSE報(bào)文輸出的相應(yīng)通道進(jìn)行一一關(guān)聯(lián)。斷路器與智能終端關(guān)聯(lián)配置界面如圖4所示。

圖4 斷路器與智能終端關(guān)聯(lián)配置界面

2.2 交換機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系建模方案

1）交換機(jī)建模

在智能變電站二次系統(tǒng)中，裝置間還需通過大量交換機(jī)進(jìn)行通信。本方案對IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中缺少的交換機(jī)模型進(jìn)行補(bǔ)充建模。交換機(jī)建模時(shí)，本方案將站內(nèi)所用交換機(jī)區(qū)分為過程層中心交換機(jī)和過程層間隔交換機(jī)。交換機(jī)建模配置界面如圖5所示。

圖5 交換機(jī)建模配置界面

2）交換機(jī)與交換機(jī)連接關(guān)系建模

本方案在建立間隔交換機(jī)與中心交換機(jī)的連接關(guān)系時(shí)，其連接關(guān)系主要包含：①兩臺交換機(jī)有連接關(guān)系的兩個(gè)端口各自的端口編號；②光纖的光纖編號、兩臺交換機(jī)所在的屏柜以及電壓等級等基本信息。交換機(jī)與交換機(jī)連接關(guān)系建模配置界面如圖6所示。

圖6 交換機(jī)與交換機(jī)連接關(guān)系建模配置界面

3）交換機(jī)與裝置連接關(guān)系建模

針對相同的兩臺交換機(jī)與裝置間可能存在多個(gè)端口連接的情況，結(jié)合端口傳送信號的特點(diǎn)，本方案先將網(wǎng)絡(luò)口分類定義為SV口、GOOSE口和SV+ GOOSE混合口3類，再建立交換機(jī)與裝置之間的連接關(guān)系。交換機(jī)與裝置連接關(guān)系建模配置界面如圖7所示。

圖7 交換機(jī)與裝置連接關(guān)系建模配置界面

4）裝置與裝置連接關(guān)系建模

針對相同的兩臺裝置間可能存在多個(gè)端口連接的情況，結(jié)合端口傳送信號的特點(diǎn)，本方案先將端口分類定義為SV口，GOOSE口和SV+GOOSE混合口三類，再建立裝置與裝置之間的連接關(guān)系，同時(shí)定義裝置間信號的傳送方向（單向或雙向）。裝置與裝置連接關(guān)系建模配置界面如圖8所示。

圖8 裝置與裝置連接關(guān)系建模配置界面

2.3 軟壓板建模方案

1）GOOSE輸出軟壓板建模

通過解析SCD中IED（intelligent electronic device）裝置模型的GOOSE輸出軟壓板信息，并結(jié)合SCD文件中的虛回路信息，建立IED裝置GOOSE輸出回路與軟壓板之間的對應(yīng)控制關(guān)系。建模配置界面如圖9所示。

圖9 GOOSE輸出軟壓板建模配置界面

2）GOOSE輸入軟壓板建模

通過解析SCD中IED裝置模型的GOOSE輸入軟壓板信息，并結(jié)合SCD文件中的虛回路信息，建立IED裝置GOOSE輸入回路與軟壓板之間的對應(yīng)控制關(guān)系。建模配置界面如圖10所示。

圖10 GOOSE輸入軟壓板建模配置界面

3）SV輸入軟壓板建模

通過解析SCD中IED裝置模型的SV輸入軟壓板信息，并結(jié)合SCD文件中的虛回路信息，建立IED裝置SV輸入回路與軟壓板之間的對應(yīng)控制關(guān)系。建模配置界面如圖11所示。

圖11 SV輸入軟壓板建模配置界面

2.4 屏柜信息建模方案

1）模型設(shè)計(jì)

由于屏柜信息建模目前尚無任何規(guī)范支撐，同時(shí)為了保持SCD文件的規(guī)范性及考慮SCD文件的大小，本方案將屏柜信息建模為獨(dú)立的屏柜信息模型文件，并在SCD模型文件中增加屏柜信息模型文件鏈接，以實(shí)現(xiàn)模型文件關(guān)聯(lián)。SCD模型命名空間增加鏈接調(diào)整如圖12所示。

圖12 SCD模型命名空間

在SCD中擴(kuò)充私有信息，增加屏柜信息模型文件鏈接及其CRC校驗(yàn)碼信息，如圖13所示。

圖13 屏柜信息模型信息

本方案的屏柜信息采用XML文件格式進(jìn)行建模。其中屏柜信息主要包含裝置、壓板、空開、回路端子等基本信息。具體內(nèi)容見表1。

表1 屏柜信息內(nèi)容

2）建模工具

本方案將屏柜信息建模功能集成到原有的SCD模型管理工具上，方便實(shí)現(xiàn)屏柜信息模型可視化建模及模型維護(hù)管理。系統(tǒng)配置器屏柜信息建模及維護(hù)界面如圖14所示。屏柜信息模型如圖15所示。

圖14 系統(tǒng)配置器

圖15 屏柜信息模型

結(jié)論

本文首先分析了智能變電站SCD文件的現(xiàn)狀，針對目前存在的問題，提出了智能變電站SCD文件全模型擴(kuò)展技術(shù)方案，并在福建500kV東崗變實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。該方案擴(kuò)展了二次系統(tǒng)模型描述機(jī)制，很好地解決了目前智能變電站二次系統(tǒng)中部分物理

維護(hù)對象和操作對象缺乏有效模型的問題，使得整個(gè)智能變電站二次系統(tǒng)具備了基于模型的對象管理的條件，為后期開發(fā)可視化運(yùn)維、一鍵式安措和二次系統(tǒng)在線監(jiān)測及智能診斷等高級應(yīng)用方面打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。