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摘要：随着智能电网战略的逐步推进，基于IEC61850标准协议的智能变电站自动化系统方面的研究也获得了不少成果。截至2015年底，全国已投运约2500座智能变电站，“十三五”规划期间新建变电站将全部采用智能变电站技术方案，我国已成为智能变电站投运数量最多的国家。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。本文在结合智能变电站核心SCD的特征的基础上，分析二次系统运维工作中关键技术难点，探索与实际中“图实相符”的可视化运维方案，为基于SCD的智能站建设工程实际应用提供重要技术支撑。
关键词：智能变电站；继电保护；SCD；可视化
1IEC61850标准工程应用分析
1.1智能变电站二次系统基本特征
智能变电站与常规站的最大不同之处在于变电站配置文件SCD描述变电站二次系统之间的信号关联，通过IED等配置工具，有效完成智能变电站二次系统信号关联工程的文件配置，SCD文件主要包含二次系统的虚端子、虚回路等信息，通过配置工具完成每个装置的CID文件的配置。因此，SCD文件的应用是智能变电站在日常运行维护工作中的关键之处。
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。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”。鉴于各个厂家之间对标准的运用和实践有差异，需要有满足工程实例化需求的要求。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。
1.3 SCD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 SCD完整建模技术路径
2.1一次系统建模规范
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Power Transformer对象可以建在Substation、Voltage Level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Connectivity Node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。
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2.2一、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。
2.3二次系统模型完整性
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，在分支中配置相应的标签，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。
3 可视化运维
3.1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。
3.2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。
3.3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。
4 二次系统信息流优化方案
4.1典型配置方案
在智能变电站系统实际运行中，继电保护设备在线监测、智能诊断设备需要采集过程层合并单元、智能终端的实时运行数据信息，及MMS网络报文信息，在过程层信息采集上与网络分析仪、故障录波器保持一致，在MMS网络的保护装置信息采集上与故障信息系统子站保持一致。因此，从信息采集与分析角度，保护设备在线监测装置与智能诊断设备具有二次系统信息优化和整合的功能。
4.2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逻辑结构。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、现场布置安措可视化、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。
5结语
本文针对智能变电站实际工程的技术特征，分析了变电站SCD目前的应用现状，分析了智能变电站建设工程实际建设中需要解决的重点问题，总结了基于SCD模型的变电站可视化运维的优点，分析了智能变电站二次系统配置方案的优化，对今后智能变电站SCD模型的智能化应用技术路径提供重要参考。
参考文献：
［1］高翔.智能变电站技术［M］.北京：中国电力出版社，2012.
［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，2015，32（3）：47-51.
论文作者:严太山1,郑亚军2
论文发表刊物:《河南电力》2018年4期
论文发表时间:2018/8/17
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