（四川电力设计咨询有限责任公司 成都 610016）
摘要：智能变电站SCD文件自动生成方案研究依托现有的IEC61850标准和行业相关规范、要求为依据，以设计专业的实际需求为出发点，研究一种高效、准确、自动化、可视化的SCD文件自动生成方案，满足当前设计单位对SCD文件生成的技术诉求，提升二次设计工作效率，通过研究成果中提取的业务规则对全站SCD文件进行校验，将可能出现的配置错误提前发现、处理，提高SCD文件的正确性，减少现场调试的反复验证，为智能变电站建设设计提供有力的技术支撑。
关键词：智能变电站；变电站配置描述（SCD）；自动生成；可视化
智能变电站广泛采用IEC61850通信技术，与常规变电站相比，其结构和形态发生了革命性的变化。在工程建设过程中，逐步暴露出二次系统信息模型配置不规范、配置文件随意修改或反复修改等问题，造成智能变电站调试效率低下、建设周期变长，后续运维和改扩建存在困难。主要体现为：①二次设备信息模型标准化程度不高；②二次设备标准化成果应用程度不高；③二次信息模型工程配置与应用不规范。
智能变电站二次设计的难点和重点就表现为如何高效、准确辅助设计人员完成全站系统配置文件（SCD）的生成工作，并且在生成过程中应充分考虑吸收、应用已有的成果积累，生成过程应直观、清晰，具备一定的自动化水平。本文主要研究依据标准化的二次设备，以现有的IEC61850标准和行业相关规范、要求为依据，如何实现智能变电站全站系统配置文件（SCD）的自动生成。
1 研究方向和关键技术
1.1 研究方向
智能变电站的二次设计工作不仅包含与常规变电站相同的用于招标的二次设备配置表和项目实施需要的二次设备配置表、屏柜布置图、通讯配置图、硬节点二次回路图、电缆清册，还增加了虚端子连接表、光缆清册、变电站规范描述文件（SSD）和变电站配置描述文件（SCD）文件等。
目前二次设备物理端口、物理端口命名、装置端子排以及逻辑连接的虚端子命名均已规范化，这使得设计人员可以实现设备之间虚端子自动连接和通信信息自动配置，以满足设计深度和内容的要求，从而有效减少设计周期，提高工程施工效率。
通过对智能电子设备模型文件的解析，提取设备虚端子。根据设计规范，遵循一二次设备的内在关联，归纳总结出不同电压等级下各类主接线形式变电站智能电子设备的配置规则，实现设备种类及数量的自动配置。
根据继电保护原理，形成设备间信息传输的拓扑关系，针对确定的两台设备，以设备功能为基础，将两者包含的虚端子自动关联，形成全站设备虚端子表。对于不能按照规则自动连接的虚端子，保留直观的、可视化的虚端子配置功能，以便于设计人员进行调整。
根据国家电网公司《IEC 61850工程继电保护应用模型》（Q/GDW1396-2012）文中对MMS通信网络和设备访问点MAC地址的要求，实现IP地址和MAC地址的自动分配。根据变电站实际不同，分别研究按照电压等级或间隔进行VLAN划分的原则和实现方法。
1.2 关键技术和难点
1）关键技术
①研究形成ICD文件中虚端子准确、完整提取的方法；
②总结各电压等级变电站的二次设备配置方案；
③归纳二次设备之间基于逻辑的装置级连接关系；
④研究形成全站设备通信参数配置原则和方法；
2）难点
归纳二次设备之间基于功能的虚端子连接规则，模糊处理准确度实现难度较大，是智能变电站SCD文件自动生成功能实现的难点。
2 研究内容
2.1研究各电压等级下不同一次系统对应的二次设备配置原则
在智能变电站设计环节，通过应用《110（66）kV ~220kV智能变电站设计规范》（Q/GDW393-2009）、《330kV ~750kV智能变电站设计规范》（Q/GDW394-2009）和《国家电网公司输变电工程通用设计 110（66）~750kV智能变电站部分（2013年版）》，提取各电压等级下不同方案中系统继电保护及安全自动装置、元件保护和二次设备组柜的具体方案。主要内容包括：①各电压等级下线路保护配置原则；②各电压等级下母线保护配置原则；③各电压等级下母联保护配置原则；④主变压器保护配置原则；⑤各电压等级和主变压器的测量配置原则；⑥各电压等级和主变压器的合并单元、智能终端配置原则。
通过以上梳理和软件设计，可实现基于典型设计方案的全站二次设备自动配置。220kV智能变电站典型保护配置如图2.1所示：
光纤连接器的选型
图2.1 220kV智能变电站典型保护配置图
2.2研究二次设备之间基于逻辑的装置级联接关系
图2.2和图2.3为220kV线路间隔典型的二次系统信息流图，表示了220kV线路间隔包含的线路保护、母线保护、测控、电能表、合并单元、智能终端以及间隔内设备与公用设备母线保护、故障录波器、网络分析仪之间的信息交互，并示意信息流的方向。通过信息流的梳理，总结出各类型间隔内典型设备之间逻辑关系的原则，以220kV线路典型间隔为例，按GOOSE和SV分为两大类。
SV类主要包括：①母线PT合并单元将电压量发送至对应的线路合并单元；②线路合并单元将电流、电压量发送至对应的线路保护；③线路合并单元将电流、电压发送至对应的线路测控。
图2.2 220kV线路间隔的SV信息流图
GOOSE类主要包括：①线路智能终端与线路保护之间交叉的位置信号、跳合闸及重合信号；②线路智能终端与线路测控之间交叉的断路器、刀闸位置、报警信号、智能终端报警信号、测控装置控制命令；③线路合并单元与线路测控之间交叉的报警信号。
图2.3 220kV线路间隔的GOOSE信息流图
2.3研究二次设备之间基于功能的虚端子连接关系
基于已梳理完毕的设备逻辑关系，将不同设备按照信号的开入和开出分为两大类。对于存在虚回路连接的两个设备，通过对设备内标准的虚端子的信息应用实现虚回路自动关联。
标准化的虚端子包括3个属性，分别为：虚端子编号、虚端子名称（信号功能描述）、虚端子路径（数据属性）。虚端子编号与信号严格按照国家电网公司输变电工程通用设备规范，虚端子功能描述严格按照IEC61850标准和Q/GDW 1396-2013《IEC 61850 工程继电保护应用模型》标准中的要求确定，虚端子数据属性按照IEC61850标准中定义的数据点的数据引用路径确定。
对于两侧同名虚端子，自动关联，对于两侧不同名虚端子，首先对数据集属性的检索，缩小两侧设备可能的虚端子范围，然后结合虚端子名称中关键字段进行匹配，实现自动关联。同时，前文表述的虚回路自动关联规则和步骤也可适用于针对已有SCD文件进行检测，可将集成阶段由于人工因素发生的连接错误、连接缺失等问题提前发现，减少现场调试环节工作量，提高效率，保障质量。
2.3研究全站二次设备通信参数的自动化配置方案
IP分配分为两种方式，一是双重化的网络分配相同的IP地址，一条网络作为热备用，只有主网络发生故障时才通过备用网络发送报文； 另一种是双重化的网络分配不同的IP地址，同步发送相同报文，双网独立工作。按照保护双重化的要求，单套保护需要挂在双网时，由保护提供双网口。
对于双网独立IP地址的分配，双重化的网络A网、B网分属不同的网段，即不同的子网，其网络号分别是172.16.0.0 和172.17.0.0。对于同一个装置的两个端口的冗余方案，采用网段不同，低位IP地址相同的分配方式（以智能装置1为例， 两个端口的IP地址172.16.0.1， 172.17.0.1，低位IP地址相同）。
2.4研究基于前述设计成果的全站系统配置文件自动化生成方案
变电站系统配置是指针对变电站系统各设备之间交互信息与通信信息进行建模，目的是完成全站系统的通信网络划分和设备之间信息交互模型，最终生成全站系统配置文件。将各二次设备ICD文件导入后，可获取全站所有智能电子设备的预配置信息，通过计算机统一对各IED进行信息配置，根据现场需要调整各智能电子设备中的实际配置。例如：调整报告控制块的客户端使能控制、增加IED设备之间的关联信息Association、对IED中LN的虚拟输入/输出等设备之间的信息进行调整，划分通信子网、分配各设备的网络地址和MAC地址等，最终生成符合规范的智能变电站SCD文件。
3 实际工程应用及分析
3.1 应用案例
本研究依托资铁220kV变电站新建工程，通过与相关智能变电站设计软件厂家深度合作，形成220kV变电站典型设计方案，资铁220kV变电站已交付投产。
通过研究对应二次设备的逻辑关系，解析虚端子，制定虚回路自动关联方案，实现保护与合并单元、智能终端的虚回路典型自动关联，并实现虚回路的可视化展示。
定义光缆清册表、虚回路配置表、VLAN配置表、装置IP地址配置表等多种表格；通过对导出SCD文件的版本上增加CRC校验码，对于后期SCD文件版本管控提供便利。
3.2 效益分析
直接效益：通过工程实例的应用和验证，资铁220kV变电站的设计用时缩短30%，配置准确性提高，大幅降低设计人员繁琐的机械劳动，二次修改少，保障了设计成果的高标准。
间接效益：由于SCD文件自动生成的准确性得到提高，有效减少现场调试环节中大量的重复验证工作，缩短调试周期的同时更好地保障了调试质量，降低了变电站的建设成本。
4 存在的问题
4.1 典型设计方案
由于智能变电站SCD自动生成依赖于典型设计方案，因此需要针对不同的主接线方式制定各种典型设计方案，由于目前工程面临各种特殊情况，容易在后期出现无法套用典型设计方案的情况，仍然需要手动关联。
4.2 改扩建工程的问题
随着智能变电站的推广，智能变电站的改扩建工程日益增多，对于改扩建项目的SCD签入后，相关信息存在配置不全的情况，对修改后的SCD存在完整性问题。
4.3 改进建议
针对智能变电站典型设计方案可以按照电压等级的方式，不一定按照整站套用方式，利用模块化设计，增强灵活性。依托工程，在工程设计过程中对项目研究成果进行试点应用和技术检验，在应用过程中不断对SCD文件自动方法进行完善，在形成完善、稳定的方法后可在电力设计领域推广应用，扩大上述技术及其实际系统的应用范围，提高智能变电站SCD文件自动生成自动化水平。
5 结论
1） 实现智能变电站二次设备自动配置。通过预定义的变电站二次设计方案，在设计起初，只需要通过选择待设计变电站二次方案，即完成全站二次设备的标准化配置，为虚回路自动关联提供前提。
2） 实现二次设备间虚回路自动连接。通过对“六统一”设备中虚端子的解析，以虚端子功能描述和路径描述为关键字段，按虚端子同名或不同名分类处理，实现快速虚回路自动关联。
3）实现二次设备通信参数的自动配置。遵循相关技术规范，通过计算机实现网络分配和参数的自动配置。
4） 实现全站系统配置文件的自动生成。基于已完成的设计成果，通过计算机自动生成满足要求的变电站SCD文件，并应用于实际工程。
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论文作者:陈洛风
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：变电站论文; 设备论文; 端子论文; 智能论文; 文件论文; 回路论文; 线路论文; 《电力设备》2017年第32期论文;