摘要：提出了智能变电站二次系统设计方法，该方法以电力设计单位的绘图软件为平台，以一次系统电网模型和二次装置ICD 文件为初始设计信息。设计人员在一次系统模型上进行二次装置的配置，进行虚端子连接，生成可视化的虚拟二次回路、网络物理接线和功能互操作图，用来描述智能变电站二次系统的配置和结构，并自动生成 SCD 文件和 CID 描述文件。该方法提供了智能变电站二次系统设计的可视化手段，利于变电站二次系统集成工作的规范化和标准化，也利于智能变电站安装调试、扩建、改造以及设备的更新。
关键词：智能变电站；二次系统设计；虚端子；虚拟二次回路
引言：智能变电站是智能电网的重要环节，其建设将对变电站的设计、管理、检测和运行维护带来巨大变革。对于智能变电站二次系统的工程设计来说，最具影响的变化就是：智能变电站以通信网络取代了常规二次回路，网络中的虚拟数字信息取代了物理上的电气信号，二次系统功能信息逻辑和信号的输入输出关系与通信网络接线不再一一对应，电缆或光缆最多只能反映出通信上的连接关系，不能描述真实的功能互操作、互通关系。智能装置仅仅是一个通用的运行平台，装置不再反映功能的配置情况。
1 SCL 文件介绍
在智能变电站中，系统、过程和各种应用的信息描述及其之间的信息交换都是通过以 XML 为基础的 SCL（变电站配置语言）文件来完成的。因此智能变电站二次系统从设计开始到施工完成的过程是由二次装置生产商、变电站设计单位和现场施工人员通过 SCL 中的 ICD、SCD 和 CID 文件之间的信息交互来完成的，在智能变电站中，二次装置功能的部署情况以及功能之间的通信关系必须通过IEC61850 的 SCL 配置文件进行描述和承载。上述文件是完成整个智能变电站设计过程的关键文档。
ICD、SCD 和 CID是基于XML语法的文件，是由IEC61850标准在定义变电站配置语言（SCL）时定义的文件类型。这种文件通过元素和属性的定义对智能变电站的所有一次系统和二次系统资源进行描述，文件的后缀名分别以“.ICD”、“.SCD”和“.CID”来命名。
其中 ICD文件描述了 IED 装置的数据模型及其所支持的通信服务，该文件包括对 IED 整体能力的描述，并描述了所需的数据类型的模板，包括逻辑节点的类型规定，相关的变电站以及通信的描述。
SCD文件为全站统一的数据源，该文件描述了所有 IED 的实例配置和通信参数、IED 之间的通信配置以及变电站一次系统结构，以及信号联系信息。
CID 文件为智能装置实例配置文件，该文件描述了一个实例化 IED，变电站以及通信信息描述。
上述文件的元素和属性严格按照 IEC61850 标准中规定的变电站配置语言（SCL）进行语义描述。
2 基本原理和展示方法
本方法以虚拟二次回路为基础，虚拟二次回路是提供给电力设计单位用于智能变电站二次系统设计的一种模型。将虚拟的信号通过可视化的信号连线表征出来，并与传统的虚拟回路表示方法尽量保持一致。 设计系统以电力设计单位的绘图软件为平台。设计的初始信息输入为一次系统设计的电网模型，包括一次主接线图及建模数据。一次电网模型以 IEC61970-CIM 为基础建模，以UML 进行建模描述，并存储在数据库中。设计人员在一次系统模型上进行二次装置的配置，每种二次装置对应二次装置生产厂家的 ICD 文件。当设计人员完成二次装置在一次系统的配置后，通过一次系统的 CIM 模型和 ICD 文件形成 IED 在一次系统中的配置信息。然后在设计系统中设计人员进行二次装置之间的信号虚端子连接，这种信号连接是基于虚拟二次回路进行的，但展现方式还是基于传统二次回路分类（包括电流、电压回路，控制回路和信号监视回路等），以方便设计人员设计。当设计人员将二次信号的回路绘制完成后，系统自动生成在电网中配置的 IED 之间的互操作关系，并自动生成SCD 文件和 CID 描述文件。在此基础上，系统还会生成功能互操作图和满足智能电子装置互操作关系的通信网络。
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完整的设计过程由四种视图进行展示，四种视图基于 Auto CAD 进行设计，分别为虚端子排图、虚端子连接图、网络物理接线图和功能互操作图。这四种视图描述了智能变电站二次系统的全部配置和结构。
3 ICD 文件导入方法
首先建立二次装置初始设计模板，用于设计人员进行初始的保护配置。模板的配置以目前主流厂家装置为基础，按照产品类型建立相应的初设 ICD模板，按保护类型分类建立逻辑节点（Logical Note, LN）实例，描述到数据对象（Data Object, DO）层。枚举出所有的功能描述和 DO 实例描述。实例描述从语义定义模板中选择。对于不同电压等级下的同种保护，可以在建立保护类型的时候将电压等级进行区分（如 110 k V 线路保护和 220 k V 线路保护等）。语义库按照《IEC61850工程继电保护应用模型》建模。
设计人员完成保护配置之后即可进行厂家 ICD的导入，导入厂家的装置信息进行模板匹配。在每个 ICD 中都有数据类型模板，采用合并同类型对象的方式，在导入时进行检查，如果没有重复对象就导入，如果存在则无需导入。导入厂家 ICD 时跟初设模板建立关联，在厂家 ICD 层进行参数的调整，在初设模板层调整框架的关联关系。
模板匹配采用自学习或记录标识的方法，同一个厂家的 ICD 导入只要手动匹配过一次后，再次遇到相同的情况能够实现自动匹配。
4 SCD 和 CID 文档生成方法
在 SCD 文件中，其元素由 Header、Substation、Communication、IED、Data Type Templates 等组成。与二次系统设计密切相关的就是 Communication 和IED 的部分。
首先，设计人员通过 Auto CAD 绘制网络通信图和网络物理接线图的过程中，通过网络通信图完成智能装置之间整个通信关系的模型搭建，整个通信关系模型会进入 SCD 的 Communication 部分。其具体方法如下：
① 对 MMS 网分配相应的 IP 地址、子网掩码，双重化的网络分配不同的 IP 段；
② 对 GOOSE 网进行 VLAN 的划分；
③ MAC 地址的分配，采用 IED-61850 中的标准组播地址。
其次，通过用 Auto CAD 自动绘制出各个 IED的虚端子排图，设计人员在其基础上绘制连接线，建立虚端子输入输出的连接关系，形成虚端子连接图，在此过程中，连接关系保存到 Auto CAD 的图形数据库以及模型数据库中，并将关系数据映射到SCD 中的 IED 元素。
在用 Auto CAD 绘制完虚端子连接图后，虚拟二次回路的输入输出对应关系即保存到模型数据库中，从模型数据库中装载数据写到 SCD 和 CID 文件中。
5 结论
本方法采用图形化设计的虚二次回路设计展示设备之间的信息传递，提供了智能变电站二次系统设计的可视化手段，更重要的是强化了设计单位在智能变电站建设工作中的角色和职能，给设计部门提供了介入二次通信集成的能力和手段。利于变电站二次系统集成工作的规范化和标准化，也利于安装调式工作的协调，更利于今后智能变电站工程的扩建、改造以及设备的更新。智能变电站二次系统设计的核心问题是SCD文件和ICD文件的生成，未来的智能变电站二次系统设计必须更改设计理念，在生成设计图纸同时还要输出SCD和CID文件，同时考虑ICD文件的配置标准化，而这种标准必须由设计单位制定，这也是未来的智能变电站二次系统设计必须考虑的问题。
参考文献
[1] 李孟超, 王允平, 李献伟, 等. 智能变电站及技术特点分析[J]. 电力系统保护与控制, 2010, 38(18): 60-79.
[2] 李瑞生, 李燕斌, 周逢权. 智能变电站功能架构及设计原则[J]. 电力系统保护与控制, 2010, 38(21): 24-27.
论文作者:唐霄
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
标签：变电站论文; 智能论文; 系统论文; 文件论文; 回路论文; 装置论文; 模型论文; 《电力设备》2017年第9期论文;