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摘要：随着国家电网的智能电网战略不断的推进，基于IEC61850标准的智能变电站自动化技术得到了快速发展。至2015年底已经投运的智能变电站约2500座，“十三五”期间新建变电站全部采用智能变电站技术，我国已成为智能变电站投运数量最多的国家。本文通过分析智能变电站核心SCD的特征，针对二次系统运行维护的关键技术问题，探索“图实相符”的可视化运维技术方案，以便为基于SCD的智能变电站工程应用提供可靠的技术支撑。
关键词：智能变电站；二次系统；可视化；运维技术
1IEC61850标准工程应用分析
1.1智能变电站二次系统基本特征
智能变电站基于IEC61850标准，用变电站配置文件描述：①站内一次设备模型与电气拓扑结构信息；②自动化功能在各间隔内的分配；③智能电子设备能力；④通信配置信息；⑤IED中逻辑节点的映射；⑥IED之间的水平通信与垂直通信等。在工程应用中采用光缆代替电缆，二次系统装置之间的连接关系由数据包通信代替以往硬接线的连接，这样，传统二次以装置端子排为管理边界的理念将彻底打破，站内二次系统成为“黑匣子”，势必给站内运维工作带来了诸多难题，提高了智能变电站二次系统运行中的风险度，威胁着电网安全运行。智能变电站有别于常规变电站的最大差异在于用变电站配置文件SCD描述变电站二次系统之间的信号关联关系，通过工程配置工具（systemconfigurator）及IED配置工具（IEDconfigurator），完成二次系统信号关联的工程配置，SCD文件涵盖二次系统的虚端子、虚回路信息，通过装置配置工具配置形成每个装置的CID文件，见图1。由此可见，SCD的应用构成了智能变电站运行维护的关键。
1.2面向对象的信息描述机制
SCD文件基于IEC61850标准体系，IEC61850体系极为庞大，架构设计上又极其灵活，其核心思想是面向对象建模，见图2。IEC61850标准采用面向对象的建模机制，信息具有自我描述特征，可实现工程应用的互操作，乃至“互换性”。鉴于不同厂家对标准的应用和理解有差异，需要有满足工程实例化需求的细节要求。国家电网公司2008年起开始组织编写《IEC61850工程继电保护应用模型》，从继电保护专业领域规范了IED相关模型的应用要求，满足了“互操作”要求。因此，对于IEC61850标准的实例化要求是推进智能变电站“互操作”及互换性的关键环节。
1.3SCD工程应用现状
由于IEC61850标准主要是从通信机制上体现信号关联性，强调逻辑链路，弱化网络设备。由此，带来了二次系统模型描述机制上的不完整性。二次系统中的物理维护对象和操作对象缺乏有效的模型描述方式，如IEC61850标准Ed1.0没有交换机模型，也没有连接光缆、软压板等模型。这样，就无法实现基于模型的可视化应用，SCD文件中没有交换机模型等信息。因此，现阶段智能变电站由于SCD模型文件的不完整，并没有实现面向对象的信息应用。基本上将IEC61850标准等同于通信规约，应用效果类似常规综自站的IEC61870-5-103。
2需要解决的关键问题
2.1完善SCD建模机制
现阶段SCD文件中模型不完整，如没有系统描述文件（substationspecificationdescription，SSD），缺乏一、二次关联模型，没有过程层交换机模型等，无法实现基于变电站二次系统物理维护对象和操作对象模型化描述的可视化应用。因此，需要根据工程应用要求，从二次系统运行维护、检修操作、故障分析的视角，规范建模原则，补充必要的模型，为构建基于“源端数据维护”信息应用机制奠定模型基础。
2.2“图实相符”的可视化
作为智能变电站二次系统载体，SCD文件通过XML格式描述智能变电站二次系统之间的连接关系，其展现模式与常规综自保护二次回路图形态上差异很大，专业人员很难直观上依据保护专业技术领域知识把握SCD文件的核心要素。因此，需要在全模型SCD基础上，通过建立通信物理连接与逻辑链路映射，及链路与功能回路映射，采用图模映射技术，实现“图实相符”的可视化运维。
2.3基于模型的智能运维
在构建全模型SCD后，信息具备了“自我描述”特征。由于不同信息之间的关联关系已经在SCD模型中清晰定义，因此，在智能变电站运行过程中可实现实时报文与模型的匹配，实现基于模型的智能运维。如二次系统异常智能诊断，检修安措可视化预演，电网故障智能分析等，可极大地提升智能变电站二次系统运行维护安全性和可靠性，为“变电站无人值守”、“调控一体化”、“运维一体化”模式的推进提供技术支持。
3SCD完整建模技术路径
3.1一次系统建模规范
SCD文件基于IEC61850标准体系，IEC61850体系极为庞大，架构设计上又极其灵活，如变压器模型PowerTransformer对象可以建在Substation、VoltageLevel或Bay对象下面。因此，需要从应用层面规范一次设备建模原则，补充SSD，因一次设备模型没有母线类型，母线对应的连接点ConnectivityNode对象的命名应以“BUS_XXX”形式表示，以便于为“源端数据维护”模式的应用奠定模型基础。
3.2一、二次关联模型
逻辑节点LNode可以挂在几乎任何标签下面，因此，为了让SCD模型文件能够描述一、二次设备的关联信息，需要进一步细化LNode配置到Substation分支下各个标签的详细规则。鉴于在配置一、二次设备之间的关联模型时，以逻辑节点LNode为单位进行配置粒度过大，因此可以通过语法扩展方式，在LNode标签中扩展desc属性进行配置，来满足一、二次模型关联需求。
3.3二次系统模型完整性
如前所述，IEC61850标准强调通信链路，弱化网络设备，如没有过程层交换机模型、连接光缆模型。此外，国内特有压板模型在IEC61850标准中也是缺乏的。整个二次系统没有完整模型支持，需要补充交换机、压板、连接光缆等模型，以构成二次系统完整的模型描述机制。需要构建逻辑链路与物理链路的关联关系，如用<PhysConn>标签描述逻辑通信链路与物理光缆、物理光口之间的关系；定义通信端口模型，在<Substation>分支中配置相应的<Function>标签，然后在该标签下层配置描述通信端口状态的相应LN；将交换机作为一个物理设备，建模为一个IED对象等。
4可视化运维
4.1变电站全景可视化
在完成SCD全模型建模后，可以采用图模映射技术，实现逐层可视化展示。第一层为变电站单线图，展示全站一、二次设备状态信息，在任何间隔出现异常情况时能够实现报警，提示运维人员处理。
4.2逻辑链路与功能回路关联可视化
通过逻辑链路与功能回路的映射机制，实现光纤中GOOSE链路及各链路通信状态，与二次功能回路直接对应。
4.3基于保护二次原理图可视化
在上述可视化展示的基础上，以保护装置本身为核心，实现交流环节、控制回路及启动（闭锁）回路等关联关系的完整展示，以便于从应用层面上屏蔽IEC61850标准的复杂性。
5优化配置方案探讨
根据国家电网公司企标Q/GDW11361—2014《智能变电站保护设备在线监视与诊断技术规范》。保护在线监测与智能诊断设备分为数据采集单元和数据管理单元两个部分，其中数据采集单元按照网段部署，采集过程层SV、GOOSE信号，在实际工程中需要按照保护小室配置。数据管理单元汇集全站所有数据采集单元的信息，并经MMS网络，汇集保护装置MMS报文。此外，在实现全模型SCD建模后，具备了实时报文与模型的镜像匹配基础。可基于完整应用模型，建立变电站一次设备与保护的关联模型、一次设备与录波通道的关联模型、一次设备电气拓扑模型，在此基础上，电网发生故障时实现面向对象的故障自动分析，并以可视化的方式展示故障诊断结果，为电网事故后的系统快速恢复提供辅助决策支持。由此可见，保护设备状态监测和诊断装置具备了整合网络报文甄别、在线运行状态监视、异常智能诊断、检修安措可视化、故障自动分析等功能的可能，可实现二次系统配置方案的优化，减少现场维护工作量，提升信息共享和应用的集成度。
结论
本文针对智能变电站技术特征，分析了SCD应用现状，阐述了智能变电站工程应用需要解决的主要问题，展示了基于全模型SCD的可视化运维效果，提出了智能变电站二次系统优化配置方案，介绍了基建依托工程的基本应用模式，对于未来智能变电站基于模型的智能化应用提供了可借鉴的技术路径。
参考文献：
［1］高翔.智能变电站技术［M］.北京：中国电力出版社，2017.
［2］罗皎虹，刘韶俊，俞亮.智能变电站SCD在线应用探索［J］.供用电，2017，32（3）：47-51.
论文作者:郑晓琼1,张杰2,柴宏博3
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/27
标签：变电站论文; 模型论文; 智能论文; 系统论文; 建模论文; 标准论文; 链路论文; 《河南电力》2018年13期论文;