源端維護在唐山的研究與應用

董智勇，韓寶民，徐 歆

(1.唐山供電公司，河北 唐山 063000;2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061)

0 引言

隨著智能化改造的逐步實施和階段性成果的不斷涌現，智能模型關鍵技術的應用在建設中國特色的堅強智能電網中成為重點內容，電網數據維護應用是其中的核心要點。

唐山220 kV 虹橋智能化變電站在接入調度主站系統過程中，采用源端維護技術實現IEC 61850到IEC 61970 的無縫信息對接。目前IEC 61850 數字化變電站和IEC 61970 調度系統應用成熟。但是，IEC 61850 和61970 的模型、服務接口存在較大的差異性，二者是異構系統。在國內的工程應用中，IEC 61850 標準只應用于變電站內的智能電子設備，變電站與調度中心之間的通訊需要遠動工作站進行協議轉換。由于傳統規約不支持面向對象的建模方法，極大地增加了組態和調試的工作量，而且出錯概率高。采用源端維護技術后，調度系統可以直接訪問IEC 61850 對象模型，轉換為IEC61970 模型，并自動導入生成數據庫表，減少以前冗長的時間和工作量。變電站與調度主站系統之間采用SVG格式來交換主單線圖文件。至此，充分發揮了IEC 61850 和IEC 61970 的技術優越性;同時，也保持兩個異構系統之間的一致性。

變電站SCD 模型采用一體化信息模型建立技術。通過建立一體化的模型維護升級系統可以為電網智能分析系統應用提供一體化模型基礎，解決因模型不統一，或不全面而造成的信息資料的欠缺和智能化比對不完整的情況。公共信息模型定義采用面向對象數據建模技術，并采用統一建模語言作為建模方法。

面向對象是采用使用類和繼承機制，并且對象之間僅能通過傳遞消息實現彼此通信的系統構建。面向對象分析的關鍵，是識別出問題域內的對象，并分析它們相互間的關系，最終建立起問題域的簡潔、精確、可理解的正確模型。分析就是抽取和整理用戶需求并建立問題域精確模型的過程。基本步驟有問題域分析、發現和定義對象和類、識別對象的外部聯系、建立系統的靜態結構模型和建立系統的動態行為模型。采用面向對象設計可將分析階段的需求轉變成符合成本和質量要求的、抽象的系統從而實現方案［1］。

采用面向對象的實現方式為解決變電站與上級主站系統通信模型不一致問題，實現變電站自動化信息與上級調度主站信息的無縫鏈接起到了基礎支撐，為調度中心與變電站實現互動提供數據共享渠道。

項目結合實際應用，在分析變電站模型的特點和應用需求的基礎上，提出變電站模型源端維護方案和架構，并實現了這一方案，為實用型電網模型源端維護技術的建立和關鍵技術的深入研究奠定了堅實的基石。

1 模型關鍵實現技術研究

項目基于目前國內數字化變電站配置模型中缺少一次設備相關配置內容的現狀，深入研究模型關鍵技術［2］。在現有SCD 配置模型基礎上擴充一次設備配置模型。以SCD 為基礎模型的生成、維護存在以下幾個主要關鍵內容。

1.1 模型一致性維護

長期以來，電力系統各類廠家SCD 模型的維護是分散的，而在同一廠家在模型生成的過程中面對不同階段的不同用戶也無法保持模型版本的始終唯一。而轉化后的CIM 模型存在一致性校驗方式方法可以保證模型的維護安全。

1.2 模型完整性維護

模型在實際應用中常常需要進行修改，最后確定后還會在實際的站內維護升級過程中進行不斷的階段性調整，如何保持模型完整性維護尤為重要。采用了模型拼接技術直接按模型拼接規則對后續追加或刪除模型進行數據完整性保留轉移，消除了模型改動有可能造成的源頭數據不確定因子。

1.3 模型正確性維護

模型需要進行一致性校驗，包括語法規則、有效性、完整性檢查等。語法規則檢查CIM RDF 文件是否符合XML、RDF、XML Schema、RDFS、CIM 等語法規則，資源描述是否滿足CIM 定義。

1.4 模型多樣性維護

判斷有效性判斷轉換后的資源rdf:ID 是否唯一有效，資源間關聯關系是否有效等。完整性檢查模型是否能夠全面描述變電站系統規格，特別是一次設備接線是否能夠通過拓撲連接關系的定義還原建立起來，量測定義是否能夠全面描述變電站測控信號。隨著電網調度技術不斷發展，各級調控中心的相繼建設，對模型的需求也各不相同，單一模型已經無法滿足，而需要為不同類型應用系統提供各類模型。

源端維護所需的SCD 文件來源于保護測控裝置生產廠家提供的裝置配置模板文件，子站集成廠家根據變電站系統設計進行實例化后形成包含一次設備及其連接關系、一次設備與二次設備邏輯節點之間關聯關系等描述信息的統一配置文件。配置生成的SCD 文件由用戶統一管理。版本變更時，子站集成廠家向用戶提交新的SCD 文件，用戶采用驗證工具校驗通過后，制定新的版本號，同時通知主站系統集成廠家更新模型，并提供新版SCD 文件。

圖1 源端維護總體框架

2 模型關鍵技術實際應用

2.1 模型建立

模型圖形收集全站各個廠家裝置包括測控裝置的ICD 配置文件形成SCD 文件，測試導入的SCD 文件的信息是否符合IEC 61850 要求并導入配置器。

2.2 模型拼接

針對IEC 61850 標準中配置描述語言基于可擴展標志語言(Extensible Markup Language XML)1.0版，采用XML Schema 格式描述對象模型，是分層結構可以有多層嵌套。SCD 模型文件必須符合IEC 61850－6 部分XML Schema 語法和這8 個Schema文件中規定的語法規范。

針對IEC 61970 以CIM 公共信息模型傳遞變電站的設備模型，包括間隔、母線、開關、刀閘、接地刀閘、交流線段、容抗器、負荷、終端設備等，并包含設備間的完整拓撲關系。為實現前置數據的自動接入，模型中還包括上/下行點號、極性、系數、基值等信息。采用統一模型配置工具生成CIM 文件。

完成模型拼接后，在唐山調度主站系統接入變電站模型，并對廠站的設備模型進行校驗，獲得符合IEC 61970 標準并滿足電力系統的一般要求的模型文件;然后將驗證通過的模型與數據庫中相應廠站的設備模型進行比較，分析并展示兩者之間的差異;經確認無誤后，將其更新到調度主站系統中。

2.3 模型信息同步驗證

針對系統入庫模型，在新的廠站信息內查詢數據關聯是否合理，數據唯一性ID 是否已經自動添加，廠站信息是否沖突。由于是試驗技術應用，采用新廠站接入目標廠站模型數據。

通過圖形導入系統驗證二次信息和一次信息的唯一性關聯認證是否合理有效，并核對信號，驗證源端維護功能。實驗結果:數據正確，導入成功。

3 源端維護技術的拓展

3.1 模型映射

IEC 61850 標準總結了智能變電站內信息傳輸所必需的通信服務，設計了獨立于所采用網絡和應用層協議的抽象通信服務接口(ASCI)。在IEC 61850－7－2 中，建立了標準兼容服務器所必須提供的通信服務的模型，包括服務器模型、邏輯設備模型、邏輯節點模型、數據模型和數據集模型。客戶通過ACSI，由特定通信服務映射(SCSM)，映射到所采用的具體協議棧，例如制造報文規范(MMS)等。目前已經頒布的特定通信服務映射標準有:IEC 61850－8－1、IEC 61850－9－1、IEC 61850－9－2、IEC 61850－80－1 等方式。

映射服務基于必須要基于邏輯節點的數據和功能需要建模，邏輯節點是信息交換的最小功能單元。映射服務建議采用IEC 104 方式。IEC 61850 公共數據類(CDC)由不同類型的數據屬性組成，每個數據屬性應映射到不同的IOA。可以通過CDC 數據映射方法和IEC 61850 服務映射方法建立不同的映射渠道［3］。

3.2 模型拼接

實際應用在各級調度中的數據源包括圖形數據和模型數據在內的需求不盡相同，必須對輸出的模型圖形進行合理、安全的裁減、分割、組合才可能在各級調度之間進行應用，還需考慮模型的一致性，進行模型的對比生成圖形。

多樣應用圖形還需考慮和反映設備的低偶合性，支持數據背景，集成數據類型。

4 總結

源端維護技術的研究主要達到以下目的:通過IEC 61850 模型拼接技術實現IEC 61850 到IEC 61970 的無縫對接。變電站模型拼接的主要目的是基于數字化變電站遠動工作站，形成最新的變電站模型文件并進行主站模型的更新和維護。在進行廠站導入的時候，不進行區域判斷，直接進行與主站模型的比較和更新。

采用圖形化方式在變電站側通過可視圖模配置工具繪制變電站設備，并輸出規范化的變電站SCD模型以及SVG 格式接線圖。建立圖形與模型之間的關聯關系，通過FTP 文件服務上傳。

圖2 SVG 圖形交互流程

應用唐山調度系統對SCD 模型進行校驗，校核通過后轉換生成包含信號映射信息的CIM 模型。采用IEC 61850－80－1 規約建立實時通信連接，驗證IEC 61850 與IEC 61970 的模型對接，實現源端維護。

源端維護模型拼接技術作為智能調度系統中基于統一信息建模技術的實際高級應用，為改造日益龐大的調度數據系統，提供正確、有效、合理、安全的數據源，為調度智能分析、決策等智能化應用提供統一的基礎。

圖形和模型，是智能調度應用功能建設的基礎。針對以上內容實現關鍵技術和應用前景，著重研究了模型轉換拼接的核心技術，并提出了可持續性建設關鍵部分的思路和應用方式。項目成功驗證實施了唐山地區源端維護的工程試點工作，必將為智能電網的建設提供強有力支撐。

［1］姚建國，楊勝春，高宗和，等.電網調度自動化系統發展趨勢展望［J］.電力系統自動化，2007(13):7－11.

［2］朱永利，王德文，王艷.基于IEC 61850 的電力遠動通信建模方法［J］.電力系統自動化，2009，33(21):72－76.

［3］童曉陽，王曉茹，丁力.采用IEC 61850 構造變電站廣域保護代理信息模型［J］.電力系統自動化，2008，32(5):63－67.